回彈法檢測混凝土強(qiáng)度
2006-10-08 00:00
摘要：介紹了回彈儀檢測混凝土強(qiáng)度的儀器、原理和方法，以及影響檢測強(qiáng)度值的因素，提供了無損檢測最廣泛、最簡便、準(zhǔn)確的測定混凝土強(qiáng)度的方法。
關(guān)鍵詞：碳化深度；回彈值；抗壓強(qiáng)度；混凝土
現(xiàn)場檢測混凝土強(qiáng)度的檢測方法很多，如鉆芯法、拔出法、壓痕法、射擊法、回彈法、超聲法、回彈超聲綜合法、超聲衰減綜合法，射線法落球法等，其中回彈法、超聲回彈綜合法是應(yīng)用最廣的無損檢測方法，混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度與無損檢測的參數(shù)（ 超聲聲速值、回彈值、拔出力等）之間建立起來的關(guān)系曲線稱為測強(qiáng)曲線，它是無損檢測推定混凝土強(qiáng)度的基礎(chǔ)。測強(qiáng)曲線根據(jù)材料來源，分為統(tǒng)一測強(qiáng)曲線、地區(qū)測強(qiáng)曲線和專用（ 率定）測強(qiáng)曲線三類。
利用回彈儀（ 一種直射錘擊式儀器）檢測普通混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗壓強(qiáng)度的方法簡稱回彈法。下面著重介紹回彈法檢測混凝土強(qiáng)度。
1 檢測原理及特點(diǎn)
1.1 原理
由于混凝土的抗壓強(qiáng)度與其表面硬度之間存在某種相關(guān)關(guān)系，而回彈儀的彈擊錘被一定的彈力打擊在混凝土表面上，其回彈高度（ 通過回彈儀讀得回彈值）與混凝土表面硬度成一定的比例關(guān)系。因此以回彈值反映混凝土表面硬度，根據(jù)表面硬度則可推求混凝土的抗壓強(qiáng)度。
1.2 特點(diǎn)
用回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度，雖然檢測精度不高，但是設(shè)備簡單、操作方便、測試迅速，以及檢測費(fèi)用低廉，且不破壞混凝土的正常使用，故在現(xiàn)場直接測定中使用較多。
影響回彈法準(zhǔn)確度的因素較多，如操作方法、儀器性能、氣候條件等。為此，必須掌握正確的操作方法，注意回彈儀的保養(yǎng)和校正。
《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（ JG J/T23-2001）中規(guī)定：回彈法檢測混凝土的齡期為7 d～1 000 d，不適用于表層及內(nèi)部質(zhì)量有明顯差異或內(nèi)部存在缺陷的混凝土構(gòu)件和特種成型工藝制作的混凝土的檢測，這大大限制了回彈法的檢測范圍。
另外，由于高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度基數(shù)較大，即使只有15% 的相對誤差，其絕對誤差也會很大而使檢測結(jié)果失去意義。
2 儀器
測量回彈值使用的儀器為回彈儀?；貜梼x的質(zhì)量及其穩(wěn)定性是保證回彈法檢測精度的技術(shù)關(guān)鍵。
2.1 類型
國內(nèi)回彈儀的構(gòu)造及零部件和裝配質(zhì)量必須符合《混凝土回彈儀》（ JJG 817-93）的要求。回彈儀按回彈沖擊能量大小分為重型、中型和輕型。普通混凝土抗壓強(qiáng)度不大于C50 時，通常采用中型回彈儀；混凝土抗壓強(qiáng)度不小于C60 時，宜采用重型回彈儀。
傳統(tǒng)的回彈儀是通過直接讀取回彈儀指針?biāo)谖恢米x數(shù)來測取數(shù)據(jù)的，為一直讀式。目前已有的新產(chǎn)品有自記式、帶微型工控機(jī)的自動記錄及處理數(shù)據(jù)等功能的回彈儀。
2.2 影響檢測性能的因素
影響回彈儀檢測性能的主要因素有：① 回彈儀機(jī)芯主要零件的裝配尺寸，包括彈擊拉簧的工作長度、彈擊錘的沖擊長度以及彈擊錘的起跳位置等。② 主要零件的質(zhì)量，包括拉簧剛度、彈擊桿前端的球面半徑、指針長度和摩擦力、影響彈擊錘起跳的有關(guān)零件。③ 機(jī)芯裝配質(zhì)量，如調(diào)零螺釘、固定彈擊拉簧和機(jī)芯同軸度等。
2.3 鋼砧率定作用
我國傳統(tǒng)的回彈儀率定方法是：在符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼砧上，將儀器垂直向下率定。
由上述影響回彈儀檢測性能的主要因素可知，僅以鋼砧率作為檢驗(yàn)合格與否往往是欠妥的。只有在儀器３個裝配尺寸和主要零件質(zhì)量合格的前提下，鋼砧率定值才能夠作為檢驗(yàn)合格與否的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。
3 檢測強(qiáng)度值的影響因素
回彈法是根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)表面約6 m m 厚度范圍的彈塑性能，間接推定混凝土的表面強(qiáng)度，并把構(gòu)件豎向側(cè)面的混凝土表面強(qiáng)度與內(nèi)部看作一致。因此，混凝土構(gòu)件的表面狀態(tài)直接影響推定值的準(zhǔn)確性和合理性。
3.1 原材料
3.1.1 水泥
水泥品種對回彈法測強(qiáng)的影響，還存在爭議。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，只要考慮了碳化深度的影響，可以不考慮水泥品種的影響。
3.1.2 集料
已有的研究表明，只要普通混凝土用細(xì)集料的品種和粒徑符合《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》（ JG J52）的規(guī)定，對回彈法測強(qiáng)的影響不顯著。
3.1.3 粗集料
目前，人們對粗集料品種的影響還沒有一致的認(rèn)識。一般在制訂地方測強(qiáng)曲線時，結(jié)合具體情況予以考慮。
3.2 外加劑
在普通混凝土中，外加劑對回彈法測強(qiáng)的影響不顯著。摻有外加劑的混凝土測強(qiáng)曲線比不摻者的強(qiáng)度偏高1.5 M Pa～5 M Pa。這對于采用統(tǒng)一測強(qiáng)曲線進(jìn)行的回彈法檢測，所得混凝土強(qiáng)度的安全性是可以接受的。
3.3 成型方法
總體上，不同強(qiáng)度等級、不同用途的混凝土混合物，應(yīng)有各自相應(yīng)的最佳成型工藝。但是只要混凝土密實(shí)，其影響一般較小。噴射混凝土和表面通過特殊物理方法、化學(xué)方法成型的混凝土，統(tǒng)一測強(qiáng)曲線的應(yīng)用要慎重。
3.4 養(yǎng)護(hù)方法及濕度
混凝土在潮濕的環(huán)境或水中養(yǎng)護(hù)時，由于水化作用較好，早期和后期強(qiáng)度均比在干燥條件下養(yǎng)護(hù)得高，但表面硬度由于被水軟化而降低。不同的養(yǎng)護(hù)方法產(chǎn)生不同的濕度對混凝土強(qiáng)度及回彈值都有很大的影響。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)與自然養(yǎng)護(hù)的混凝土含水率不同，右強(qiáng)度發(fā)展不同，則表面強(qiáng)度也不同。在早期，這種差異更明顯。濕度對強(qiáng)度的混凝土的影響較大，但隨強(qiáng)度的增加，濕度的影響逐漸減小。
3.5 碳化及齡期
水泥一經(jīng)水化游離出大約35% 的氫氧化鈣，它對混凝土的硬化起了重大的作用。已經(jīng)硬化的混凝土表面受到二氧化碳的作用，使氫氧化鈣逐漸變化，生成硬度較高的碳酸鈣，即發(fā)生混凝土的碳化現(xiàn)象，它對回彈法測強(qiáng)有顯著的影響。
碳化使混凝土表面硬度增加，回彈值增大，但對混凝土強(qiáng)度影響不大，從而影響混凝土強(qiáng)度與回彈值的相關(guān)關(guān)系。不同的碳化深度對其影響不一樣。對不同強(qiáng)度等級的混凝土，同一碳化深度的影響也有差異。
國外消除碳化影響的做法是磨去混凝土碳化層或不允許對齡期較長的混凝土進(jìn)行測試。我國是用碳化深度作為一個測強(qiáng)參數(shù)來反映碳化的影響。雖然回彈值隨碳化深度的增加而增大，但碳化深度達(dá)到6 m m ，這種影響基本不再增長。
3.6 泵送混凝土
根據(jù)福建建筑研究院的試驗(yàn)研究，對于泵送混凝土用測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算得出的換算強(qiáng)度值普遍低于混凝土的實(shí)際抗壓強(qiáng)度（ 試件強(qiáng)度）值。換算強(qiáng)度值越低，誤差越大，且正偏差居多。
當(dāng)換算強(qiáng)度值在50 M Pa 以上時影響減小。誤差修正可以按表1執(zhí)行。
3.7 混凝土表面缺陷
根據(jù)檢測經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)件混凝土局部表面偶爾出現(xiàn)異常狀態(tài)，強(qiáng)度異常低，在分析排除施工或材料異常的情況下，應(yīng)考慮存在混凝土表面與內(nèi)部強(qiáng)度差異較大的可能。造成表面強(qiáng)度局部異常的常見原因有施工振搗過甚，表面離析，砂漿層太厚，局部混凝土表面潮濕軟化，構(gòu)件表面粗糙，檢測前未按要求認(rèn)真打磨等操作失誤或測區(qū)劃分錯誤。混凝土表層強(qiáng)度幾乎不影響構(gòu)件的承載力和剛度，因此若仍按規(guī)程以測區(qū)強(qiáng)度最小值來推定，必然過于保守，可能導(dǎo)致錯誤決策，故有必要先進(jìn)行異常值的判斷，當(dāng)判定屬于數(shù)據(jù)異常時，有條件的可采取鉆芯法進(jìn)一步檢測。
3.8 混凝土結(jié)構(gòu)中表層鋼筋對回彈值的影響
采用回彈儀所測得的回彈值只代表混凝土表面層2 cm ～3 cm的質(zhì)量。因此，在實(shí)際工作中，鋼筋對回彈值的影響要視鋼筋混凝土保護(hù)層厚度、鋼筋直徑及疏密程度而定。如果在工程施工中，按規(guī)定混凝土中鋼筋保護(hù)層厚度普遍大于20 m m ，用回彈儀進(jìn)行對比回彈，混凝土回彈值波動幅度不大，可視為沒有影響。在通常的情況下，混凝土保護(hù)層厚度基本大于規(guī)范規(guī)定值，在回彈檢測混凝土強(qiáng)度過程中，對鋼筋的影響可忽略不計(jì)。
4 檢測方法
4.1 數(shù)據(jù)采集
4.1.1 工程資料
用回彈法檢測前，應(yīng)全面、正確了解被測結(jié)構(gòu)的情況，如混凝土設(shè)計(jì)參數(shù)、混凝土實(shí)際所用混合物材料、結(jié)構(gòu)名稱、結(jié)構(gòu)形式等。
4.1.2 測區(qū)回彈值
測區(qū)的選定采用抽檢的方法，在0.2 m ×0.2 m 范圍內(nèi)測點(diǎn)均勻分布。所選測區(qū)相對平整和清潔，不存在蜂窩和麻面，也沒有裂縫、裂紋、剝落，層裂等現(xiàn)象。按照利用回彈儀進(jìn)行無損檢測的規(guī)范， 即根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)范》（ JG J/T23-2001）的規(guī)定，在每一個檢測區(qū)測取16 個回彈值。每一讀數(shù)都精確到1。測點(diǎn)間距不小于20 m m ，測點(diǎn)距構(gòu)件邊緣不小于30 m m 。在檢測時，回彈儀的軸線始終垂直于被檢測區(qū)的測點(diǎn)所在面。
4.1.3 碳化深度
在有代表性的測區(qū)進(jìn)行碳化深度測定。當(dāng)碳化深度大于2.0 m m 時，應(yīng)在每個測區(qū)進(jìn)行碳化深度測定。
4.2 強(qiáng)度計(jì)算
4.2.1 回彈值計(jì)算
從每一個測區(qū)所得的16 個回彈值中，剔除3 個最大值和3個最小值后，將余下的10 個回彈值按下列公式計(jì)算平均值：
式中，Rm 為測區(qū)平均回彈值，精確至0.1；Ri為第i 個測點(diǎn)的回彈值。
4.2.2 回彈值修正
?、?對于回彈儀非水平方向檢測混凝土澆筑側(cè)面時，回彈值按下式校正。
Rm=Rm α+Raα
式中，Rm α 為非水平方向檢測時測區(qū)的平均回彈值，精確至0.1；Raα 為非水平方向檢測時測區(qū)的平均回彈值的修正值，按表2 取值。
?、?將回彈儀水平方向檢測混凝土澆筑表面時得的回彈值，或相當(dāng)于水平方向檢測混凝土澆筑面時的回彈值，按下式修正：
Rm=Rmt＋Rat， Rm=Rmb＋Rab.
式中，Rmt，Rmb 為水平方向（ 或相當(dāng)于水平方向）檢測混凝土澆筑表面、底面，測區(qū)的平均回彈值，精確至0.1；Rat，Rab 為混凝土澆筑表面、底面回彈值的修正值，按表3 取值。
4.2.3 碳化深度計(jì)算
對于抽檢碳化深度的計(jì)算，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算，以平均值作為測區(qū)碳化深度。
4.2.4 測強(qiáng)曲線應(yīng)用
對于沒有可以利用的地區(qū)和專用混凝土回彈測強(qiáng)曲線，測區(qū)混凝土強(qiáng)度的求取，可以按規(guī)范附錄中所提供的“ 測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算表”換算。
4.3 異常數(shù)據(jù)分析
混凝土強(qiáng)度不是定值，它服從正態(tài)分布。混凝土強(qiáng)度無損檢測屬于多次測量的試驗(yàn)，可能會遇到個別誤差不合理的可疑數(shù)據(jù)，應(yīng)予以剔除。根據(jù)統(tǒng)計(jì)理論，絕對值越大的誤差，出現(xiàn)的概率越小，當(dāng)劃定了超越概率或保證率時，其數(shù)據(jù)合理范圍也相應(yīng)確定。因此，可以選擇一個“ 判定值”去和測量數(shù)據(jù)比較，超出判定值者則認(rèn)為包含過失誤差而應(yīng)剔除。
4.4 強(qiáng)度推定
按批量檢測，其混凝土強(qiáng)度推定值由下式計(jì)算：
式中，Rm ，m ine 為該批構(gòu)件中最小的測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的平均值（ M Pa），精確至0.1 M Pa。
該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值取上述公式中（ Rm 或R2）較大值。
對于按批量檢測的構(gòu)件，當(dāng)該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差出現(xiàn)下列情況之一時，則該批構(gòu)件應(yīng)該全部按單個構(gòu)件進(jìn)行檢測：① 當(dāng)該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度平均值小于25 M Pa 時，S 大于4.5 M Pa。② 當(dāng)該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度平均值不小于25 M Pa時，S 大于5.5 M Pa。
當(dāng)按單個構(gòu)件計(jì)算時以最小值為該構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值：
R=Rm ，m ine .
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