R值回彈法結(jié)構(gòu)混凝土抗壓檢測(cè)技術(shù)研究

董 玉

（上海同濟(jì)檢測(cè)技術(shù)有限公司,上海市 200092）

0 引言

混凝土是土木工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料，它的質(zhì)量直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性[1]。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展為混凝土結(jié)構(gòu)的狀況與性能提供了依據(jù)?；貜椃ㄗ鳛闊o(wú)損檢測(cè)的一種手段，在我國(guó)已經(jīng)使用50多年，這不僅是因?yàn)榛貜椃ê?jiǎn)便靈活、成本低廉，也是由于我國(guó)已經(jīng)解決了回彈法使用精度不高和不能普遍推廣等問(wèn)題。

目前，在上海市結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的回彈法檢測(cè)中，R值回彈法應(yīng)用最為廣泛。R值回彈法是用一個(gè)彈簧驅(qū)動(dòng)的重錘，通過(guò)彈擊桿彈擊混凝土表面，并測(cè)出重錘被反彈回來(lái)的距離，以回彈值（反彈距離與彈簧初始長(zhǎng)度之比）作為強(qiáng)度相關(guān)的指標(biāo)，來(lái)推定混凝土強(qiáng)度的一種方法[2]。

1948年，瑞士工程師E.Schmidt研制出世界上第一臺(tái)R值回彈儀，為混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)提供了一種簡(jiǎn)便的方法[3]。我國(guó)自20世紀(jì)50年代中期便使用回彈法進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)。1978年，國(guó)家建設(shè)委員會(huì)將包括回彈法在內(nèi)的《混凝土質(zhì)量非破損檢驗(yàn)技術(shù)研究》正式列為重大科研項(xiàng)目[4]。1985年，《回彈法評(píng)定混凝土抗壓強(qiáng)技術(shù)規(guī)程》（JGJ23-85）作為我國(guó)第一部非破損檢驗(yàn)混凝土強(qiáng)度的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開始試行。

對(duì)于回彈法上海也已制定了地方標(biāo)準(zhǔn)DG/TJ08-2020-2007《結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》，但由于上海制定關(guān)于回彈法地方標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間較長(zhǎng)，回彈法測(cè)強(qiáng)曲線有必要進(jìn)行驗(yàn)證，作為現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有效補(bǔ)充。為提高混凝土結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，有必要對(duì)R值回彈法進(jìn)行進(jìn)一步研究。

1 試驗(yàn)概況

1.1 混凝土試塊

本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了1 134個(gè)混凝土試塊。根據(jù)上海工程建設(shè)常用的混凝土強(qiáng)度區(qū)間和混凝土強(qiáng)度需要檢測(cè)時(shí)的齡期等具體情況，此次研究選擇的混凝土強(qiáng)度范圍為20～70 MPa，齡期范圍為14～720 d。

混凝土強(qiáng)度等級(jí)劃分為：C20、C25、C30、C35、C40、C50、C60。每個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土拌合物應(yīng)從同一盤混凝土中取樣，試件采用振動(dòng)臺(tái)成型，混凝土試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。

混凝土試塊齡期劃分為 14 d、28 d、60 d、90 d、120 d、180 d、360 d、720 d。每一齡期制作十八塊150 mm×150 mm×150 mm立方體試塊。試塊上用鐵釘刻上樣品編號(hào)、強(qiáng)度等級(jí)、成型日期。

試塊成型24 h后，作好標(biāo)記，放在戶外成‘品’字型堆放，每天澆水兩次，連續(xù)7 d，以后自然養(yǎng)護(hù)。每次檢測(cè)前3 d，把到試驗(yàn)齡期的試塊搬至合適的場(chǎng)所，防止雨淋，保持試塊的干燥。

1.2 試驗(yàn)方案

選取同一強(qiáng)度等級(jí)同一齡期的九塊試塊采用R值回彈法進(jìn)行檢測(cè)，所使用儀器為的R值回彈儀（率定值80±1），回彈的測(cè)試面為試塊的成型面的側(cè)面，應(yīng)清理干凈，不得有油污、浮灰等。

回彈檢測(cè)完畢后按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50081-2002）的規(guī)定使用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行立方體試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得到試塊的立方體抗壓強(qiáng)度值，準(zhǔn)確至0.1 MPa。

混凝土試塊試壓完畢，在試塊的被彈擊時(shí)混凝土試塊的側(cè)面用2%的酚酞酒精溶液進(jìn)行碳化深度試驗(yàn)，并用專用碳化深度測(cè)試儀測(cè)量混凝土試塊的碳化深度值。

使用剪壓儀對(duì)同一強(qiáng)度等級(jí)同一齡期的余下九塊試塊進(jìn)行剪壓試驗(yàn)，剪壓試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在立方試件的澆注側(cè)面，在每試塊的澆注側(cè)面進(jìn)行1個(gè)剪壓試驗(yàn)。

剪壓試驗(yàn)完畢后的試塊按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50081-2002）的規(guī)定進(jìn)行立方體試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得到試塊的立方體抗壓強(qiáng)度值，準(zhǔn)確至0.1 MPa。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次R值回彈法回歸數(shù)據(jù)總數(shù)494個(gè)（試塊強(qiáng)度大于70 MPa的數(shù)據(jù)未列入統(tǒng)計(jì)），試塊各強(qiáng)度數(shù)據(jù)分布詳見表1。

表1 R值回彈法回歸試塊強(qiáng)度分布表

2.2 數(shù)據(jù)回歸

（1）二元冪函數(shù)回歸

R值回彈法檢測(cè)強(qiáng)度回歸方程見式（1）：

式中：R為回彈值；dm為碳化值。

對(duì)三家不同檢測(cè)機(jī)構(gòu)的R值回彈法數(shù)據(jù)進(jìn)行了二元冪函數(shù)回歸，見表2。

表2 R值回彈法強(qiáng)度曲線二元冪函數(shù)回歸

（2）一元線性回歸

酚酞酒精溶液可以成為混凝土是否碳化的一種檢測(cè)方法，但有時(shí)它所指示的上述界面到混凝土表面的垂直距離并不一定是混凝土的碳化層。

由于當(dāng)今混凝土中摻有一定數(shù)量的粉煤灰或礦渣粉，使混凝土表面摻合料的“濃度”高于內(nèi)部[5]。造成檢測(cè)產(chǎn)生假性碳化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對(duì)混凝土表面硬度沒(méi)有多少提高，但由此計(jì)算的回彈強(qiáng)度推定值卻因?yàn)榧傩蕴蓟疃鹊囊攵^大程度的銳減。

此外，工程實(shí)體混凝土碳化檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，同一構(gòu)件不同部位的碳化值也不盡相當(dāng)，碳化深度值檢測(cè)存在離散和誤差較大、測(cè)量難度高等特點(diǎn)，很難準(zhǔn)確測(cè)出碳化深度值。

因此建議R值回彈法檢測(cè)強(qiáng)度回歸方程可以不考慮碳化影響，用一元線性方程見式（2）：

式中：R為回彈值。

對(duì)三家不同檢測(cè)機(jī)構(gòu)的R值回彈法數(shù)據(jù)進(jìn)行了一元線性回歸，見表3和圖1。

表3 R值回彈法強(qiáng)度曲線一元線性回歸

圖1 R值一元線性回歸

2.3 回歸曲線分析

（1）三家檢測(cè)單位合并數(shù)據(jù)二元冪函數(shù)回歸方程的平均相對(duì)誤差δ為8.1%，小于14.0%；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er為10.9%，小于17.0%，滿足地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線的要求。

（2）三家檢測(cè)單位合并數(shù)據(jù)一元線性回歸方程平均相對(duì)誤差δ為8.1%，小于14.0%；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er為10.8%，小于17.0%，均滿足地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線的要求。

（3）根據(jù)三家檢測(cè)單位合并后R值回彈法檢測(cè)強(qiáng)度的二元冪函數(shù)回歸方程見式（3）：

在不同碳化值下與DG/TJ08-2020-2007《結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》測(cè)強(qiáng)曲線見式（4）：

比較可得出：當(dāng)R值為26～35時(shí)（對(duì)應(yīng)強(qiáng)度15～35 MPa），其強(qiáng)度計(jì)算值略高于《結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ08-2020-2007）的回歸方程的強(qiáng)度計(jì)算值，強(qiáng)度值增加約0.1～2.7 MPa；當(dāng)R值為36～48時(shí)（對(duì)應(yīng)強(qiáng)度35～70 MPa），強(qiáng)度值降低約為0.4～10.0 MPa，當(dāng)強(qiáng)度值越高，其降低幅度越大。

由此可見，本項(xiàng)目得出的R值回彈法檢測(cè)強(qiáng)度的二元冪函數(shù)回歸方程較《結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ08-2020-2007）的回歸方程有所調(diào)整。

（4）考慮到混凝土假性碳化等原因，假性碳化實(shí)際未對(duì)混凝土表面的硬度的增加起到作用，因此除了回歸冪函數(shù)曲線方程外，不考慮碳化影響，還用一元線性進(jìn)行了回歸。根據(jù)三家檢測(cè)單位合并后R值回彈法檢測(cè)強(qiáng)度的一元線性回歸方程見式（5）：

在不同碳化值下與公式4測(cè)強(qiáng)曲線比較見圖2。

圖2 R值一元線性回歸與公式4二元回歸曲線對(duì)比

從圖2中可以看出，當(dāng)R值為26～36時(shí)（對(duì)應(yīng)強(qiáng)度 15～35 MPa），其強(qiáng)度計(jì)算值大于《結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ08-2020-2007）的回歸方程的強(qiáng)度計(jì)算值，強(qiáng)度值增加約 0.4～1.3 MPa；當(dāng)R值為37～48時(shí)（對(duì)應(yīng)強(qiáng)度35～70 MPa），強(qiáng)度值降低約為 0.1～10.7 MPa，當(dāng)強(qiáng)度值越高，其降低幅度越大。

3 研究成果

成型了不同強(qiáng)度等級(jí)、不同齡期的同條件試塊，檢測(cè)其R值回彈值、碳化值和立方體抗壓強(qiáng)度值，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)分析，提出了R值回彈法測(cè)強(qiáng)專用曲線（冪函數(shù)回歸和線性回歸）。專用曲線平均相對(duì)誤差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差能夠滿足地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線的要求。R值回彈測(cè)強(qiáng)專用曲線見式（3）、式（5）。

上述測(cè)強(qiáng)專用曲線與《結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ08-2020-2007）相比，當(dāng)R值為26～35時(shí)（對(duì)應(yīng)強(qiáng)度15～35 MPa），其強(qiáng)度計(jì)算值略高；當(dāng)R值為36～48時(shí)（對(duì)應(yīng)強(qiáng)度35～70 MPa），強(qiáng)度計(jì)算值有所降低。

考慮到假性碳化的存在，建議使用式（5）作為地標(biāo)測(cè)強(qiáng)曲線。

4 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目對(duì)現(xiàn)有R值回彈法專用曲線進(jìn)行驗(yàn)證，提出由于酚酞酒精溶液檢測(cè)混凝土碳化狀況具有不準(zhǔn)確性，現(xiàn)今混凝土中摻雜的粉煤灰和礦渣粉造成假性碳化，同一構(gòu)件不同部位碳化值不同，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確判斷碳化深度值。因此認(rèn)為可以忽略碳化影響，建立R值回彈法檢測(cè)強(qiáng)度的一元回歸線性方程。

R值回彈法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)為混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體的強(qiáng)度提供了保障，對(duì)其專用曲線的驗(yàn)證提高現(xiàn)有測(cè)強(qiáng)曲線準(zhǔn)確度，作為現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的有效補(bǔ)充,為修訂相應(yīng)的上海工程建設(shè)規(guī)范打好扎實(shí)基礎(chǔ)。降低了混凝土強(qiáng)度的漏檢、誤判，為混凝土實(shí)體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的使用壽命與承載能力提供了一定的保障，確保合格地工程項(xiàng)目投入社會(huì)使用，從而保障了人民的生命與財(cái)產(chǎn)的安全。