混凝土結(jié)構(gòu)中回彈法檢測技術(shù)的檢測及分析

(鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 河南 鄭州 451100)

引言

目前我國建筑的主要結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。但鋼筋和混凝土為兩種不同的物質(zhì)，將它們?nèi)诤显谝黄饡芎芏喾矫娴挠绊?，混凝土無損檢測技術(shù)通過測定與混凝土性能有關(guān)的物理量，推定混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度、勻質(zhì)性。在混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測中采用回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度。該方法不會損壞結(jié)構(gòu)的整體性，而且回彈儀成本低廉、操作簡便，可以快速得出檢測結(jié)果，在工程檢測鑒定中應(yīng)用廣泛，其中混凝土強(qiáng)度采用回彈法，鋼筋保護(hù)層和鋼筋間距采用電磁感應(yīng)法。

一、回彈法檢測構(gòu)件混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)

(一)回彈法基本原理：混凝土回彈儀式用一彈簧驅(qū)動(dòng)彈擊錘并通過彈擊桿彈擊混凝土表面所產(chǎn)生的瞬時(shí)彈性變形的恢復(fù)力，使彈擊錘帶動(dòng)指針彈回并指示出彈回的距離。以回彈值(彈回的距離與沖擊前彈擊錘與彈擊桿的距離之比，按百分比計(jì)算)作為混凝土抗壓強(qiáng)度相關(guān)的指標(biāo)之一，來推定混凝土的抗壓強(qiáng)度。

回彈法測試混凝土強(qiáng)度是利用混凝土的強(qiáng)度與表面硬度間存在的相關(guān)關(guān)系，用檢測混凝土表面硬度的方法來間接檢驗(yàn)或推定混凝土強(qiáng)度。回彈值實(shí)際反映的是混凝土的表面硬度。混凝土強(qiáng)度越高，表面硬度也越高，二者之間有一定相關(guān)性?；炷帘砻娴奶蓟灿绊懟貜椫档么笮　Ｒ虼?，使用回彈儀測定混凝土表面硬度，就可以根據(jù)測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算表，推測出混凝土的強(qiáng)度。由于測量是在混凝土表面，所以屬于表面硬度法的一種。

由于測試方向、水泥品種、養(yǎng)護(hù)條件、齡期、碳化深度等的不同，所測回彈值也有所不同，應(yīng)予以修正，然后再查相應(yīng)的混凝土強(qiáng)度關(guān)系圖表，求得所測的構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度。

(二)回彈儀要求：回彈儀除應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《回彈儀》GB/T9138的規(guī)定外，尚應(yīng)符合回彈儀基本要求：

1.水平彈擊時(shí)，在彈擊錘脫鉤瞬間，回彈儀的標(biāo)稱能量應(yīng)為2.207J。

2.在彈擊錘與彈擊桿碰撞的瞬間，彈擊拉簧應(yīng)處于自由狀態(tài)，且彈擊錘起跳點(diǎn)應(yīng)位于指針指示刻度尺上的“0”處。

3.數(shù)字式回彈儀應(yīng)帶有指針直讀示值系統(tǒng)。數(shù)字顯示的回彈值與指針直讀示值相差不應(yīng)超過1。

4.回彈儀使用時(shí)的環(huán)境溫度應(yīng)為(-4～40)℃。

5.回彈儀應(yīng)具有產(chǎn)品合格證及計(jì)量檢定證書，并應(yīng)在回彈儀的明顯位置上標(biāo)注名稱、型號、制造廠名(或商標(biāo))、出廠編號等。

6.回彈儀可以是數(shù)顯一體式的，也可以是指針直讀式的。

7.對于數(shù)字式回彈儀，還應(yīng)按產(chǎn)品要求的維護(hù)程序進(jìn)行維護(hù)。

8.回彈儀使用完畢，應(yīng)使彈擊桿伸出機(jī)殼，并應(yīng)清除彈擊桿、桿前端球面以及刻度尺表面和外殼上的污垢、塵土。回彈儀不用時(shí)，應(yīng)將彈擊桿壓入機(jī)殼內(nèi)，經(jīng)彈擊后應(yīng)按下按鈕，鎖住機(jī)芯，然后裝入儀器箱。儀器箱應(yīng)平放在干燥陰涼處。當(dāng)數(shù)顯一體式回彈儀長期不用時(shí)，應(yīng)取出電池。

(三)碳化原理及要求

碳化現(xiàn)象是水泥經(jīng)水化游離出氫氧化鈣，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從而使回彈值增大，但對混凝土強(qiáng)度影響不大。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，雖然回彈值隨碳化深度的增加而增大，但碳化深度達(dá)到6mm，這種影響基本不再增長，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，碳化深度值的測量準(zhǔn)確與否與回彈值一樣，直接影響推定混凝土強(qiáng)度的精度，在碳化深度的測試中，注意其深度值應(yīng)為垂直距離，而非孔洞中呈現(xiàn)的非垂直距離，孔洞內(nèi)的粉末和碎屑一定要清除干凈之后再測量，否則將難以區(qū)分已碳化和未碳化的界線，造成較大的測試誤差。

測量碳化深度值時(shí)應(yīng)用專用測量儀器，不能采用目測方法，在檢測已用粉刷砂漿覆蓋的構(gòu)件碳化深度時(shí)，由于測試面受水泥砂漿的充填滲透影響，其表層含堿量較高而用于碳化測試的酚酞酒精溶液遇堿即變紅，極易使人產(chǎn)生視覺誤差，認(rèn)為其碳化深度值很小，如果認(rèn)真觀察測試孔洞可發(fā)現(xiàn)外表層顏色較深，而孔內(nèi)混凝土變化的顏色較淺，因而顏色較淺部分的厚度才為混凝土實(shí)際的碳化深度。

二、鋼筋掃描儀原理及特點(diǎn)

鋼筋掃描儀具體所體現(xiàn)的是電磁感應(yīng)檢測法，其工作原理：電磁感應(yīng)檢測法就是指通過使用一定的電磁發(fā)射感應(yīng)器，向混凝土的內(nèi)部發(fā)射電磁波，當(dāng)受到混凝土內(nèi)部的鋼筋結(jié)構(gòu)的作用，電磁波就會產(chǎn)生相應(yīng)的二次感應(yīng)磁場，我們通過接收產(chǎn)生的二次感應(yīng)磁場的脈波強(qiáng)度來分析混凝土中的鋼筋保護(hù)層厚度，這種檢測方法總體來說更加的精準(zhǔn)、正確。

三、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及影響因素分析

(一)回彈數(shù)據(jù)

所選測區(qū)在板式無砟軌枕兩個(gè)側(cè)面以及高速公路擋板的側(cè)面進(jìn)行選擇，應(yīng)使所劃測區(qū)大小規(guī)格相同。測區(qū)的選定采用抽檢的方法。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》(JGJ/T23-2011)的規(guī)定，在每一個(gè)測區(qū)取16個(gè)回彈值，并在去掉三個(gè)最大值、三個(gè)最小值后取平均值。在計(jì)算時(shí)測區(qū)平均回彈值采用的計(jì)算方法和建立測強(qiáng)曲線時(shí)的取舍方法一致，不會引進(jìn)新的誤差。確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

檢測時(shí)，應(yīng)注意回彈儀的軸線應(yīng)始終垂直于混凝土檢測面，由于現(xiàn)場檢測條件的限制，有時(shí)不能滿足水平方向檢測混凝土澆筑側(cè)面的要求，需修正。當(dāng)檢測時(shí)回彈儀為非水平方向且測試面為非混凝土的澆筑側(cè)面時(shí)，應(yīng)先對回彈值進(jìn)行角度修正，修正后的值可理解為水平方向檢測混凝土澆筑側(cè)面的回彈值。不允許修正后的值直接與原始回彈值相加減。

在檢測過程中，回彈儀的軸線始終垂直于被檢測區(qū)的測點(diǎn)所在面。

(二)回彈法影響因素分析

1.混凝土材料的影響：水泥的影響；相關(guān)的資料分析表明，水泥品種對回彈法的影響比較大，高鋁水泥的混凝土強(qiáng)度比普通水泥要高。此外，水泥品種和水泥用量的差異，品種上的差異會帶來水化產(chǎn)物中堿性物質(zhì)的含量及混凝土滲透性的差異，構(gòu)成對碳化速度的差異；同情況下水泥用量大，混凝土強(qiáng)度相對較高、密實(shí)度相對較大，碳化速度也相對較慢。外加劑和摻合料的影響；《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》JGJ/T23-2011中的“統(tǒng)一測強(qiáng)曲線”是針對小摻外加劑或僅摻非引氣性外加劑的普通混凝土材料而言的。普通混凝土添加適量的摻合料給混凝土帶來了一定的優(yōu)越性，不過隨著摻合料的添加，必然帶來水泥用量的相對減少，如果粉煤灰摻量多到一定程度，會導(dǎo)致混凝土表面變得松散且引起碳化程度迅速增加，如果增加速度與表面硬度不成正比，將導(dǎo)致混凝土表而硬度進(jìn)一步下降。

2.施工質(zhì)量的影響混凝土的澆筑和振搗的質(zhì)量對其強(qiáng)度有著直接的影響：如果施工帶來混凝土存在缺陷，勢必增加二氧化碳的擴(kuò)散速度，加快碳化速度，導(dǎo)致混凝土表而疏松。

3.外部環(huán)境因素的影響外部溫度對混凝土的碳化速度有一定的影響：通過試驗(yàn)研究結(jié)果表明，環(huán)境相對溫度在50%到60%之間時(shí)，碳化速度最快。混凝土表面一旦碳化后，其表面硬度逐漸增高，使回彈值與強(qiáng)度的增加速率不等，強(qiáng)度推定值偏高。

4.回彈儀的影響：如果回彈儀處在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，那么用其進(jìn)行構(gòu)件檢測，其結(jié)果的系統(tǒng)誤差就是不可避免的。

5.回彈法測區(qū)選擇的影響：實(shí)踐證明，回彈法測區(qū)的選擇對測強(qiáng)結(jié)果有較大的影響，相關(guān)規(guī)定要求在布置檢測構(gòu)件的測區(qū)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制相鄰兩個(gè)測區(qū)的間距小于2m；同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制測區(qū)與構(gòu)件端部或施工縫邊緣之間的距離(0.2m≤d≤0.5m)；回彈儀檢測時(shí)的測區(qū)最好布置在與水平方向混凝土澆筑面的垂直方向的可測面上，在構(gòu)件的重要部位及薄弱部位必須布置測區(qū)，注意有效地避開預(yù)埋件。對于薄壁上構(gòu)件所在處，不要布置測區(qū)，薄壁構(gòu)件受到彈擊作用會發(fā)生的振動(dòng)，勢必導(dǎo)致回彈能量的耗散，帶來檢測結(jié)果偏低。

6.測試面因素的影響：實(shí)踐表明，檢測時(shí)如果遇到麻面或有浮漿的構(gòu)件，而且在實(shí)施回彈前沒有用砂輪將測試而磨平，會帶來測試結(jié)果偏低；如果我們在測試時(shí)，僅僅看到測試面達(dá)到清潔、平整是不夠的，還應(yīng)該看到混凝土在被水泡過之后其表而硬度會有所降低，潮濕或浸水的混凝土對回彈法檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性有較大的影響，遇到這種情況，如果采用熱火、電源對其強(qiáng)制干燥，容易導(dǎo)致混凝土面層被灼傷，對檢測精確度的影響更大。

(三)電磁感應(yīng)法試驗(yàn)結(jié)果分析

利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測，不僅受到相鄰鋼筋的影響，混凝土中的水泥、骨料、鋼筋材質(zhì)也均會影響檢測結(jié)果。

影響因素分析:

1.外加磁場的影響：根據(jù)電磁感應(yīng)法鋼筋探測儀的工作原理，為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，測試前需避開外加磁場，相關(guān)研究表明，儀器間的間距應(yīng)不小于2m，否則就會有磁場的干擾。

2.混凝土中水泥、骨料及其他摻合料《混凝土中鋼筋檢測技術(shù)規(guī)程》JGJ/T152- 2008規(guī)定，電磁感應(yīng)法鋼筋探測儀不適合含有鐵磁性的混凝土，若混凝土中帶磁性，則需要對測試結(jié)果進(jìn)行修正。因此，測試前，需確認(rèn)混凝土中的水泥、骨料及其他摻合料是否帶有磁性，如火山灰水泥、帶有磁性的骨料等，均影響測試結(jié)果。

3.鋼筋的種類：國內(nèi)鋼筋生產(chǎn)廠家眾多，所用鋼材的鐵質(zhì)材料有差異，鋼筋還分為圓鋼和帶肋鋼筋，磁介質(zhì)系數(shù)不同，造成相同直徑不同種類鋼筋的鐵磁質(zhì)不一樣，磁感應(yīng)曲線不歸一化，因此鋼筋的種類對檢測結(jié)果也有一定影響。

4.鋼筋的疏密程度及保護(hù)層厚度大?。寒?dāng)鋼筋間距小于臨界值時(shí)，鋼筋越密，檢測出的保護(hù)層厚度偏小越多，保護(hù)層厚度越大，鋼筋間距的臨界值越小。檢測面的平整度；當(dāng)檢測面不平時(shí)儀器示值偏大，平整度的影響更為明顯。

5.分布筋對主筋的影響：在預(yù)制好的高速擋板中，先用儀器探測出分布筋位置，再探測出主筋位置。為了確保位置準(zhǔn)確，用直徑為6mm的沖擊鉆在測出鋼筋的位置上鉆個(gè)小孔，同時(shí)用深度游標(biāo)卡尺量出保護(hù)層厚度值。試驗(yàn)證明，當(dāng)儀器在100mm箍筋之間測主筋保護(hù)層厚度時(shí)，儀器示值為真值；當(dāng)儀器在箍筋上方測主筋保護(hù)層厚度時(shí)，儀器示值偏小。

結(jié)束語

總而言之，采用現(xiàn)行回彈法測強(qiáng)規(guī)程進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測時(shí)，除了按該規(guī)程有關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作檢測外，除了進(jìn)行必要的復(fù)測外，還應(yīng)分析產(chǎn)生異常的原因，使回彈法更好地在監(jiān)督、檢測結(jié)構(gòu)工程和混凝土質(zhì)量中發(fā)揮作用，混凝土檢測試驗(yàn)，是評定建筑構(gòu)件的質(zhì)量以及性能的一項(xiàng)檢測工作，它適應(yīng)我國社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，建筑規(guī)模日益宏大的現(xiàn)狀，也是有效保證鋼筋混凝土施工質(zhì)量的重要手段。