混凝土抗壓強(qiáng)度回彈法在建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)與鑒定工作中的應(yīng)用

涂啟華，雷建國，唐 平，吳福成

（1、廣州廣檢建設(shè)工程檢測(cè)中心有限公司 廣州 510600；2、廣深珠高速公路有限公司 廣州 510030；3、廣州建筑灣區(qū)智造科技有限公司 廣州 510730）

0 引言

混凝土強(qiáng)度回彈法作為工程結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)、控制實(shí)體混凝土質(zhì)量最為常用的無損檢測(cè)方法之一，但在建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)與鑒定工作中還存在著許多誤區(qū)，結(jié)合多年工作實(shí)踐，從回彈儀選定、現(xiàn)場(chǎng)回彈檢測(cè)、構(gòu)件及檢測(cè)面選擇、混凝土齡期、碳化、混凝土強(qiáng)度等方面，對(duì)影響回彈法檢測(cè)結(jié)果的因素進(jìn)行綜合分析，以加深對(duì)回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度的理解，提高回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度的精度。

1 回彈儀的選定

《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程：JGJ∕T 23—2011》［1］的統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線方程是由混凝土實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按最小二乘法原理，通過回歸得到的冪函數(shù)曲線方程，其適用范圍為10.0～60.0 MPa，即采用標(biāo)稱能量為2.207 J 普通回彈儀進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)的適用范圍?！陡邚?qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程：JGJ∕T 294—2013》適用強(qiáng)度等級(jí)為C50～C100 的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)，并規(guī)定無專用測(cè)強(qiáng)曲線和地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，需對(duì)全國高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線驗(yàn)證后，可采用規(guī)程給出的全國高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線公式，測(cè)強(qiáng)曲線的驗(yàn)證可采用高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)相同原材料、澆筑成型工藝、養(yǎng)護(hù)條件的標(biāo)準(zhǔn)試件或同條件標(biāo)準(zhǔn)試件或采用鉆取混凝土芯樣的方法，李操［2］給出高強(qiáng)混凝土全國測(cè)強(qiáng)曲線的驗(yàn)證實(shí)例，很多學(xué)者結(jié)合本地區(qū)的特點(diǎn)，建立高強(qiáng)混凝土專用測(cè)強(qiáng)曲線和地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線［3-9］。對(duì)相同構(gòu)件，當(dāng)其設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C50～C60 時(shí)，采用普通回彈儀或高強(qiáng)回彈儀進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)均不違反規(guī)定，這種情況下，儀器的選擇往往就顯得尤為重要。普通回彈儀標(biāo)稱能量為2.207 J，影響深度相對(duì)較淺；高強(qiáng)回彈儀標(biāo)稱能量為4.5 J 或5.5 J，彈擊時(shí)影響范圍相對(duì)較深，高望清等人［10-11］研究發(fā)現(xiàn)4.5 J 高強(qiáng)回彈儀對(duì)地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線具有較高測(cè)試精度和適用性。對(duì)養(yǎng)護(hù)條件相對(duì)較好的地鐵高架墩柱、預(yù)制管片構(gòu)件，兩種儀器的檢測(cè)結(jié)果差別不明顯；但對(duì)于自然干燥養(yǎng)護(hù)的墻、柱構(gòu)件，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50 及以上時(shí)，采用高強(qiáng)回彈儀進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果能更準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度，并且結(jié)果大于60 MPa 時(shí)，可以給出現(xiàn)有齡期混凝土強(qiáng)度推定值。當(dāng)混凝土設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度等級(jí)不小于C60 時(shí)，《高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度回彈法檢測(cè)技術(shù)規(guī)程：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ∕T 15-186—2020》建議采用普通回彈儀和高強(qiáng)回彈儀對(duì)部分構(gòu)件分別進(jìn)行預(yù)估檢測(cè)，當(dāng)兩種回彈儀檢測(cè)結(jié)果均小于60 MPa 時(shí)，采用普通回彈儀；當(dāng)兩種回彈儀檢測(cè)結(jié)果均不小于60 MPa 時(shí)，采用高強(qiáng)回彈儀；當(dāng)兩種回彈儀檢測(cè)結(jié)果不一致時(shí)，采用其他有效方法（如鉆芯法等）進(jìn)行檢測(cè)。

2 回彈值的檢測(cè)

回彈檢測(cè)時(shí)，回彈儀的軸線應(yīng)始終垂直于混凝土檢測(cè)面，并且緩慢施壓不能沖擊，待彈擊拉簧彈性變形完全恢復(fù)時(shí)再進(jìn)行下一個(gè)點(diǎn)的彈擊，正常一個(gè)構(gòu)件10個(gè)測(cè)區(qū)160個(gè)點(diǎn)普通回彈儀彈擊時(shí)間約為2～3 min，高強(qiáng)回彈儀沖擊能量大，彈擊時(shí)間約為4～5 min，在彈簧能量未完全釋放即進(jìn)行下一個(gè)點(diǎn)快速彈擊，導(dǎo)致彈擊錘不在刻度尺上的“0”處起跳，彈擊時(shí)回彈儀處于非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，會(huì)使結(jié)果顯示嚴(yán)重偏低不準(zhǔn)確。為避免對(duì)同一構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度的推定結(jié)果存在因人而異的混亂現(xiàn)象，文獻(xiàn)［1］規(guī)定，凡從事回彈法檢測(cè)的人員應(yīng)經(jīng)過專門的技術(shù)培訓(xùn)并持有相應(yīng)的資格證書。

3 檢測(cè)構(gòu)件和檢測(cè)面的選擇

由于回彈法統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線是基于表面無損傷和無缺陷的試件建立的，當(dāng)用于表面有缺陷和損傷部位測(cè)試時(shí)，檢測(cè)結(jié)果會(huì)有系統(tǒng)不確定性或偏差。在專項(xiàng)檢查中，遇到選取容易澆錯(cuò)混凝土的梁與墻柱結(jié)合處，或表面狀態(tài)不好，比如孔洞、氣孔、麻面起砂等位置進(jìn)行混凝土實(shí)體回彈檢測(cè)時(shí)，需要按照如下程序進(jìn)行：檢測(cè)前，先要查清結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明中關(guān)于節(jié)點(diǎn)混凝土澆筑規(guī)定及節(jié)點(diǎn)混凝土澆筑大樣，如圖1所示，看清設(shè)計(jì)規(guī)定豎向構(gòu)件墻柱與梁板混凝土強(qiáng)度相差5 MPa之內(nèi)節(jié)點(diǎn)區(qū)域是用梁板混凝土進(jìn)行澆筑，相差5 MPa 以上是設(shè)置快易收口網(wǎng)按強(qiáng)度高的豎向構(gòu)件混凝土進(jìn)行澆筑，或在節(jié)點(diǎn)區(qū)域設(shè)置豎向短鋼筋后按梁板混凝土進(jìn)行澆筑的，同時(shí)要問清現(xiàn)場(chǎng)施工人員、查閱施工記錄、監(jiān)理旁站記錄等資料，只有清楚梁柱墻節(jié)點(diǎn)澆筑方式，才能合理選擇不同回彈儀，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行正確推定。同時(shí)，回彈檢測(cè)面必須是混凝土原漿面，由于現(xiàn)場(chǎng)模板、施工振搗、養(yǎng)護(hù)、拆模等原因造成構(gòu)件表面氣孔、麻面起砂產(chǎn)生疏松層，應(yīng)將疏松層清除后方可進(jìn)行回彈檢測(cè)。對(duì)既有房屋進(jìn)行鑒定時(shí)，已經(jīng)粉刷的構(gòu)件應(yīng)將粉刷層、抹灰層清除干凈，遇表面不平整尚需進(jìn)行磨平后進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 節(jié)點(diǎn)混凝土澆筑大樣Fig.1 Detail of Node Pouring

4 混凝土構(gòu)件齡期

對(duì)既有建筑物進(jìn)行鑒定時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)件混凝土澆筑齡期大于1 000 d 情況。雖然統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線適用于14～1 000 d的混凝土強(qiáng)度換算，但文獻(xiàn)［1］第4.1.6條規(guī)定，當(dāng)檢測(cè)條件與測(cè)強(qiáng)曲線的使用條件有較大差異時(shí)，可以采用在構(gòu)件上鉆取的混凝土芯樣或同條件試塊對(duì)測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值進(jìn)行修正。已完工的既有建筑，通常同條件試塊不易獲取，現(xiàn)場(chǎng)多采用鉆取芯樣對(duì)回彈強(qiáng)度換算值按樣本修正量方法進(jìn)行修正。先在選定構(gòu)件上測(cè)定測(cè)區(qū)回彈值，在鉆取芯樣測(cè)區(qū)測(cè)定碳化深度值，然后再鉆取芯樣。同時(shí)，文獻(xiàn)［1］還規(guī)定，對(duì)同一強(qiáng)度等級(jí)混凝土修正時(shí)，公稱直徑宜為100 mm，高徑比為1 的標(biāo)準(zhǔn)芯樣數(shù)量不應(yīng)少于6 個(gè)。實(shí)踐證明，采用鉆芯修正回彈的方法來檢測(cè)長(zhǎng)齡期混凝土構(gòu)件抗壓強(qiáng)度是可行的。既有建筑結(jié)構(gòu)鑒定中遇到原構(gòu)件混凝土齡期超過1 000 d，又由于結(jié)構(gòu)構(gòu)造截面過小、內(nèi)部鋼筋過密無法采用回彈鉆芯修正進(jìn)行修正，實(shí)測(cè)碳化深度大于6 mm，且非仲裁性檢驗(yàn)時(shí)，《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)：GB 50292—2015》附錄K規(guī)定可采用齡期修正的方法對(duì)原構(gòu)件混凝土的回彈值進(jìn)行修正。

5 混凝土碳化

混凝土的碳化是混凝土中水泥水化后產(chǎn)生的氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其化學(xué)方程式見式⑴：

碳化生成碳酸鈣會(huì)使混凝土表面硬度增加，回彈值偏大，文獻(xiàn)［1］采用碳化修正系數(shù)方法對(duì)回彈結(jié)果進(jìn)行修正。對(duì)測(cè)區(qū)平均回彈值Rm=38.0 MPa，碳化深度dm=0.0 mm 時(shí)，混凝土強(qiáng)度換算值fccu,j=40.0 MPa；dm=4.0 mm 時(shí)，fccu,j=34.1 MPa，碳化深度0.0 mm 與4.0 mm強(qiáng)度換算值相差5.9 MPa，可見碳化深度顯著影響混凝土強(qiáng)度。在實(shí)際工程檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，施工使用的酸性脫模劑（廢機(jī)油），pH值為4.0，會(huì)與構(gòu)件混凝土表面的堿性物質(zhì)反應(yīng)造成假性碳化現(xiàn)象［12］，但廢機(jī)油作為脫膜劑因涂刷不均勻拆模后會(huì)使構(gòu)件表面出現(xiàn)顏色深淺不一的污染現(xiàn)象，現(xiàn)在工程項(xiàng)目上已較少使用。某裝配式住宅樓項(xiàng)目采用預(yù)制凸窗、預(yù)制樓梯、疊合板等預(yù)制構(gòu)件，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)均為C30，構(gòu)件廠自拌混凝土，水泥使用PO42.5R 普通硅酸鹽水泥，28 d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到53.1 MPa，粉煤灰為優(yōu)質(zhì)Ⅱ級(jí)粉煤灰，摻量為15%，砂為Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.6，石為5～25 mm連續(xù)粒徑，膠材用量321 kg，水膠比為0.53，符合《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程：JGJ 55—2011》及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（2015年版）：GB 50010—2010》要求，混凝土配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比Tab.1 Concrete Mix Ratio

由于預(yù)制凸窗占地面積大，為提高構(gòu)件生產(chǎn)效率，在預(yù)制廠成型后，一般第2 天拆模，第3 天運(yùn)至室外露天堆場(chǎng)，每日2次灑水養(yǎng)護(hù)，如圖2所示?，F(xiàn)場(chǎng)安裝后抽查構(gòu)件表面平整、光潔，澆筑齡期79 d，實(shí)測(cè)碳化深度達(dá)3.0～4.0 mm，采用鉆芯法檢測(cè)4 個(gè)預(yù)制凸窗構(gòu)件，抗壓強(qiáng)度推定值分別為35.2 MPa、31.4 MPa、38.3 MPa、36.1 MPa，均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。現(xiàn)場(chǎng)使用水性脫模劑pH 值為8.66，排除脫模劑造成假性碳化原因，材料配比亦符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，分析碳化異常原因主要在早期養(yǎng)護(hù)。工程項(xiàng)目及預(yù)制構(gòu)件廠位于廣州，屬海洋性亞熱帶季風(fēng)氣候，6～9月天氣尤其炎熱，成型構(gòu)件表面早期失水過快，不利于混凝土中膠凝材料水化成熟以及表面強(qiáng)度增長(zhǎng)；另外，為振搗密實(shí)，混凝土入模機(jī)械搗棒振搗，造成構(gòu)件表面及側(cè)面1 cm 左右漿多骨料少，加上保濕養(yǎng)護(hù)不充分，會(huì)使構(gòu)件表面強(qiáng)度低于內(nèi)部強(qiáng)度。按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范：GB 50666—2011》的要求：①混凝土澆筑后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，預(yù)制構(gòu)件可根據(jù)需要選擇灑水、覆蓋、噴涂養(yǎng)護(hù)劑等方式；②采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥配置的混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7 d；③灑水養(yǎng)護(hù)應(yīng)保證混凝土表面處于濕潤(rùn)狀態(tài)，使混凝土中的膠凝材料能夠充分水化。在現(xiàn)場(chǎng)安裝好的預(yù)制凸窗外側(cè)面，即試件成型的底面進(jìn)行回彈及碳化深度檢測(cè)，回彈值明顯高于側(cè)面，且碳化深度值2 mm 左右，也低于構(gòu)件側(cè)面碳化深度檢測(cè)值。因此，在干燥的預(yù)制構(gòu)件表面碳化深度檢測(cè)時(shí)，特別是遇到碳化深度較大的情況，為提高回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度的精度，需要了解混凝土原材、制作成型、澆筑、養(yǎng)護(hù)等，需作進(jìn)一步分析判斷才能得到準(zhǔn)確結(jié)果。

圖2 預(yù)制凸窗及樓梯Fig.2 Precast Bay Window and Stair

6 關(guān)于混凝土強(qiáng)度

在專項(xiàng)檢查中，經(jīng)常出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊的強(qiáng)度高于設(shè)計(jì)要求，而實(shí)體構(gòu)件回彈推定值低于設(shè)計(jì)要求的現(xiàn)象，很多人就此對(duì)回彈法產(chǎn)生誤解，認(rèn)為回彈法檢測(cè)結(jié)果偏低不準(zhǔn)確。其實(shí)，結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度與標(biāo)養(yǎng)試塊強(qiáng)度是有較大差異的，并且結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度通常低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土強(qiáng)度，這主要是由于現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)條件與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件的差異，包括澆筑振搗、養(yǎng)護(hù)溫度、濕度等條件的差異。這種差別見陜西省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《回彈法檢測(cè)泵送混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程：DBJ∕T 61-46—2007》第7.0.3條注2：構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值與標(biāo)養(yǎng)試塊強(qiáng)度比較時(shí)，可給其乘1.1 系數(shù)。為比較鉆芯法與回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度結(jié)果，先在選定構(gòu)件上測(cè)定回彈值，碳化深度值，然后在回彈測(cè)區(qū)鉆取3個(gè)芯樣試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，結(jié)果表明，采用高強(qiáng)回彈儀對(duì)采用薄膜保水養(yǎng)護(hù)，表面狀態(tài)無明顯缺陷的某工程C60 首層7×F 軸柱混凝土構(gòu)件，采用高強(qiáng)回彈儀檢測(cè)結(jié)果推定強(qiáng)度值為66.6 MPa 與鉆芯結(jié)果65.1 MPa、67.7 MPa、68.7 MPa 無顯著性差別；而采用自然養(yǎng)護(hù)，碳化深度為3.5 mm 的C30 二層2×F～G軸梁混凝土構(gòu)件，普通回彈儀檢測(cè)的混凝土強(qiáng)度推定值35.9 MPa 比鉆芯抗壓強(qiáng)度值41.1 MPa、41.0 MPa、43.4 MPa 偏小，且差別較大。這就說明，當(dāng)檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)外質(zhì)量無明顯差異，表面狀態(tài)越接近試驗(yàn)室成型試塊的4 個(gè)側(cè)面時(shí)，采用測(cè)強(qiáng)曲線計(jì)算出來混凝土強(qiáng)度推定值就越接近構(gòu)件真實(shí)強(qiáng)度。在質(zhì)量問題處理時(shí)，對(duì)回彈法混凝土強(qiáng)度推定值低于設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，特別是碳化深度較大的，可以根據(jù)鉆芯檢測(cè)結(jié)果，按《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程：JGJ∕T 384—2016》第6.3.5條及條文說明，取芯樣試件抗壓強(qiáng)度值的算術(shù)平均值用于構(gòu)件的承載力評(píng)定，結(jié)合設(shè)計(jì)復(fù)核結(jié)果對(duì)其進(jìn)行專項(xiàng)處理。

7 結(jié)語

回彈法檢測(cè)推定混凝土抗壓強(qiáng)度作為現(xiàn)場(chǎng)采集最為重要數(shù)據(jù)之一，需要引起檢測(cè)鑒定技術(shù)人員足夠的重視。目前，碳化深度檢測(cè)是利用酚酞遇堿變紅原理的方法進(jìn)行測(cè)量的，而不是采用更為準(zhǔn)確的碳酸鈣定量分析法，遇到現(xiàn)場(chǎng)使用酸性脫模劑、干燥環(huán)境早期養(yǎng)護(hù)不夠時(shí)使用該方法有其局限性?，F(xiàn)場(chǎng)采用回彈法對(duì)實(shí)體構(gòu)件進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)人員可多看看、多想想試驗(yàn)室所成型試塊的4個(gè)側(cè)面，因?yàn)闇y(cè)強(qiáng)曲線就是從試塊的回彈值、實(shí)際抗壓值回歸出來的，對(duì)回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度會(huì)有更深的領(lǐng)悟。同時(shí)，各地區(qū)在制定專用測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，為更真實(shí)反映本地區(qū)常用原材料、施工澆筑養(yǎng)護(hù)、氣候條件等因素對(duì)實(shí)體混凝土強(qiáng)度的影響，可以在制作混凝土試件的基礎(chǔ)上，考慮不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土實(shí)體回彈、鉆芯和同條件養(yǎng)護(hù)試塊抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果，通過試驗(yàn)建立適合本地區(qū)混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲線。