回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用研究

摘要：在混凝土抗壓強(qiáng)度檢測中，由于傳統(tǒng)方法會對混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞，特別是在鋼筋密集的部位，容易形成芯樣碎裂，導(dǎo)致?lián)p傷程度高。因此，以某高層公寓施工項(xiàng)目為研究對象，提出了回彈-鉆芯法用于檢測混凝土抗壓強(qiáng)度。首先對混凝土表面回彈值進(jìn)行測定，然后根據(jù)混凝土表面回彈值，對混凝土表面碳化深度進(jìn)行評定，并計算混凝土抗壓強(qiáng)度推定值修正系數(shù)，最后測量混凝土的抗壓強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強(qiáng)度中的檢測。設(shè)計對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明該方法的損傷程度較低，在混凝土抗壓強(qiáng)度檢測方面有顯著效果。因此，該方法在實(shí)際工程中的應(yīng)用將具有重要意義。

關(guān)鍵詞：鉆芯法；混凝土；抗壓強(qiáng)度；檢測；硬度

中圖分類號：TU375"" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"" 文章編號：2096-2118（2024）06-0036-05

Application of Rebound-Drill Core Method in Compressive

Strength Detection of Concrete

SUN Xuelong

（Jiangxi Zhongchang Testing Co.，Ltd.，Nanchang Jiangxi 330000，China）

Abstract：In the compressive testing of concrete strength，because the traditional method will cause damage to the concrete structure，especially in the dense parts of the reinforcement，it is easy to form core fragmentation，resulting in a high degree of damage.Therefore，taking the construction project of a high-rise apartment building as the research object，the rebound-drill core method is proposed to detect the compressive strength of concrete.First，the rebound value of the concrete surface is measured，and then the carbonization depth of the concrete surface is assessed according to the rebound value of the concrete surface，and the correction coefficient of the presumed compressive strength of the concrete is calculated，and finally the compressive strength of the concrete is measured so as to realize the detection of the rebound-drilling core method in the compressive strength of the concrete.The experimental results show that the damage degree of this method is low and it is effective in measuring the compressive strength of concrete.Therefore，the application of this method in practical engineering will be important.

Keywords：core drilling method；concrete；compressive strength；test；hardness

0 引言

近年來，回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強(qiáng)度的評估中得到了廣泛應(yīng)用?；貜?鉆芯法即通過獲取混凝土中心位置的巖芯樣品并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，如此既能提供具體的抗壓強(qiáng)度數(shù)值，又能還原混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征[1]。因此，回彈-鉆芯法在混凝土工程和科學(xué)研究領(lǐng)域具有重要意義?；貜?鉆芯法作為一種常用的非破壞性檢測方法，在混凝土抗壓強(qiáng)度的評估中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。相較于傳統(tǒng)的破壞性實(shí)驗(yàn)方法，回彈-鉆芯法不僅無需拆除實(shí)際工程結(jié)構(gòu)，而且能夠準(zhǔn)確獲取混凝土內(nèi)部的力學(xué)性能信息。此外，回彈-鉆芯法還可以用于評估混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和耐久性，為結(jié)構(gòu)的維護(hù)和加固提供科學(xué)依據(jù)。然而，回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強(qiáng)度檢測中仍然存在一些問題。例如，鋼筋的干擾、孔洞對取樣的影響以及巖芯樣品的表面處理等問題都需要進(jìn)一步解決[2]。因此，在回彈-鉆芯法的應(yīng)用過程中，對相關(guān)因素進(jìn)行準(zhǔn)確把握和合理控制至關(guān)重要。在此背景下，本次選取某高層公寓施工工程，完成回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用研究，以期進(jìn)一步促進(jìn)回彈-鉆芯法與其他混凝土檢測方法的結(jié)合，提高混凝土結(jié)構(gòu)評估的準(zhǔn)確性和可靠性，為混凝土工程領(lǐng)域的研究和實(shí)踐提供參考。

1 工程概況

本次研究選擇青島市某高層公寓工程作為研究對象。該公寓采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，包含地上26層和地下2層，其中地下部分包括人防工程和車庫。地上部分建筑高度為78.85 m，建筑面積為23 597.50 m2。地下部分建筑面積為2 397.72 m2，設(shè)計使用年限為50年。1～15層的混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C40。為了確保工程的順利進(jìn)行和施工質(zhì)量，建設(shè)方?jīng)Q定對1～4層的結(jié)構(gòu)構(gòu)件柱和剪力墻混凝土強(qiáng)度進(jìn)行無損檢測?；诖?，開展混凝土抗壓強(qiáng)度檢測研究。

2 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測設(shè)計

2.1 混凝土表面回彈值測定

根據(jù)工程概況，設(shè)計回彈-鉆芯法檢測方案，首先需要計算回彈值，這是評定混凝土表面硬度等級的基礎(chǔ)。在完成一系列準(zhǔn)備工作后，開啟回彈-鉆芯儀裝置，進(jìn)行回彈-鉆芯法檢測實(shí)驗(yàn)。將檢測裝置依次放置在檢測區(qū)域上，驅(qū)動壓力裝置，使回彈-鉆芯儀檢測裝置中的重錘按照特定參數(shù)對混凝土進(jìn)行撞擊[3]。在撞擊過程中，混凝土?xí)邮盏絹碜曰貜?鉆芯儀所傳遞的動能，這部分動能會促使混凝土產(chǎn)生形變，而這種形變的大小與混凝土的彈性性能密切相關(guān)。當(dāng)重錘撞擊后，混凝土的形變會迅速恢復(fù)，而恢復(fù)的程度與混凝土的硬度等級有直接關(guān)系。具體的能量值計算公式如下：

E=×m×v×sinθ×（1+ε）（1）

式（1）中：E為混凝土接收到的動能，J；m為回彈儀的質(zhì)量，kg；v為回彈儀的速度，m/s；θ為撞擊角度，（°）；ε為混凝土的動彈性模量與密度之比。根據(jù)上述內(nèi)容，當(dāng)混凝土構(gòu)件表面受到重錘的作用后[4]，會立即產(chǎn)生一個瞬時的彈力變化。當(dāng)混凝土逐漸恢復(fù)到原始狀態(tài)的過程中，會形成一個反彈力矩，使得重錘反彈回去。在這個過程中，由重錘所產(chǎn)生并傳遞出去的動力能量數(shù)值A(chǔ)的計算公式如下：

A=εL（2）

式（2）中：L為回彈儀重錘彈回時到達(dá)的位置。在回彈儀重錘下落撞擊到反彈位置的過程中，由于重錘與混凝土表面之間的摩擦力、空氣阻力以及混凝土的內(nèi)部阻尼等原因會消耗一部分能量，這部分消耗的能量為ΔA，其計算公式為：

ΔA=A1-

（3）

式（3）中：c為摩擦力，N。

根據(jù)上述內(nèi)容，利用能量守恒定律計算回彈儀重錘作用下混凝土的回彈值，具體公式如下：

B=×ΔA（4）

式（4）中：B為回彈值，mm；d1為回彈儀重錘回彈的距離，mm；d為回彈儀重錘與彈擊桿后側(cè)平面的距離，mm。

在測定混凝土抗壓強(qiáng)度時，一般采用16個測點(diǎn)。為了更準(zhǔn)確地反映該測試區(qū)域的混凝土性能，可以在每一組測區(qū)的16個回彈值結(jié)果中分別去除3組最高數(shù)值和3組最低數(shù)值，然后對剩下的10組回彈值進(jìn)行均值計算。這樣做的目的是消除異常值對最終結(jié)果的影響，使得最終的回彈值更具有代表性。在計算最終的平均回彈值時，計算結(jié)果需要精確到0.1。計算公式如下：

B=（5）

式（5）中：B1為回彈儀重錘作用下橋面構(gòu)件混凝土平均回彈值，mm；Br為回彈儀重錘作用下混凝土的第r組回彈值，mm。其中，混凝土抗壓強(qiáng)度的測定值與回彈儀重錘在運(yùn)動過程中的回彈距離存在相關(guān)性，具體表現(xiàn)為回彈儀的回彈距離增大時，混凝土被錘擊時發(fā)生的塑性形變也隨之增加，從而導(dǎo)致混凝土的抗壓強(qiáng)度值降低。綜上所述，完成混凝土表面回彈值測定。

2.2 混凝土表面碳化深度評定

混凝土碳化后，其表層的硬化程度增加，其測試結(jié)果也將產(chǎn)生較大的回彈值。為了得到更準(zhǔn)確的混凝土強(qiáng)度評估，需要計算混凝土的強(qiáng)度換算值。根據(jù) 《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 23—2011附錄B，求出碳化深度的平均值t，從而得出該數(shù)值?；炷撂蓟疃葴y量步驟如下。

1） 在開始混凝土碳化深度的測量之前，首先需要準(zhǔn)備所需的工具和材料。準(zhǔn)備濃度為1%的酚酞酒精溶液，這種溶液可以用酚酞指示劑溶解在酒精中制備而成[5]。具體來說，可按照酚酞指示劑與酒精以1：9的比例進(jìn)行混合，搖動均勻后即可得到所需溶液。

2） 選擇測試區(qū)域，并在每個測試區(qū)域的混凝土表面用小錘鑿出一個直徑約15 mm、深度約5 mm的孔洞，操作時應(yīng)注意保證孔洞的表面平整，以避免影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3） 將配制好的酚酞醇溶液噴到小孔的內(nèi)壁上，觀察不變顏色和紅區(qū)之間的界線。酚酞酒精溶液是一種酸堿指示劑，當(dāng)遇到堿性物質(zhì)時，溶液會由酸性變?yōu)閴A性，從而引起顏色的變化。在混凝土中，未碳化的部分呈酸性，而碳化的部分呈堿性，因此可以觀察到一條明顯的分界線。

4） 在每一個孔中，用測深儀測定了已經(jīng)碳化的與未碳化的混凝土界面之間的豎直距離。這樣可以得到頂板混凝土的碳化深度t，其平均值為0.5 mm。注意在測量過程中要保持測量工具的垂直，并盡量減少誤差，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

根據(jù)平均碳化深度值d，進(jìn)一步測試混凝土的強(qiáng)度換算值，具體結(jié)果見表1。

根據(jù)表1，可以將測量區(qū)域的混凝土強(qiáng)度換算值進(jìn)行同類量相除，然后按照《混凝土碳化狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》JTG/TH 21—2011中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評定混凝土碳化深度。在這個過程中，需要先確定同類量。根據(jù)混凝土強(qiáng)度換算值，可以計算出試件的碳化深度，并按照相同類型進(jìn)行分類。隨后，將每個測量區(qū)域的同類量相除。最后，根據(jù)表2中的標(biāo)準(zhǔn)來評定混凝土碳化深度。

根據(jù)表2中的評定標(biāo)度，可以得出本次混凝土碳化深度的評定標(biāo)度值為優(yōu)秀，至此完成混凝土表面碳化深度評定。

2.3 計算混凝土抗壓強(qiáng)度推定值修正系數(shù)

為計算混凝土抗壓強(qiáng)度推定值修正系數(shù)，可以利用回彈值和碳化深度來進(jìn)行計算。

1） 需要根據(jù)回彈值和碳化深度來計算芯樣試件混凝土強(qiáng)度換算值P[6]，計算公式如下：

P=δ-πDcos-1t（6）

式（6）中：P為芯樣試件混凝土強(qiáng)度換算值，MPa；δ為試件混凝土強(qiáng)度換算系數(shù)；D為芯樣試件的平均直徑，mm。

2） 根據(jù)上述公式，計算修正系數(shù)，修正系數(shù)計算公式如下：

W=f×B（7）

式（7）中：W為修正系數(shù)；n為樣本數(shù)量；f為鉆芯法強(qiáng)度，MPa。

綜上所述，通過上述步驟能夠完成混凝土抗壓強(qiáng)度推定值修正系數(shù)的計算。這個修正系數(shù)可以更準(zhǔn)確地評估混凝土的抗壓強(qiáng)度，從而為混凝土結(jié)構(gòu)的維護(hù)和管理提供更可靠的依據(jù)[7]。

2.4 測量混凝土的抗壓強(qiáng)度

在得到混凝土抗壓強(qiáng)度推定值修正系數(shù)后，可以用來確定彈性模數(shù)，由此可對混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測試。這是由于水泥砂漿具有彈性模量，當(dāng)水泥砂漿具有較大的彈模量時[8]，其抗壓強(qiáng)度也隨之增大。在此基礎(chǔ)上，給出了砂漿模量的計算公式：

Q=1 057×g×w（8）

式（8）中：Q為砂漿模量，MPa；g為砂漿的平均本構(gòu)系數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況獲取砂漿的本構(gòu)系數(shù)，然后將其代入式（8）中計算得到彈性模量的值[9]，w為修正系數(shù)。得到彈性模量的值后，可進(jìn)一步計算混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度平均值。混凝土軸心抗壓強(qiáng)度平均值的計算公式為：

y=k（9）

式（9）中：k為強(qiáng)度系數(shù)，一般取值為0.15。在得到混凝土軸心抗壓強(qiáng)度平均值后，可以進(jìn)一步計算混凝土攪拌延齒縫彎曲抗壓強(qiáng)度平均值。混凝土攪拌延齒縫彎曲抗壓強(qiáng)度平均計算公式為：

y=k×y（10）

混凝土的抗壓強(qiáng)度平均計算公式如下：

R=Q×ζ（11）

式（11）中：ζ為常數(shù)。通過上述公式，即可完成混凝土的抗壓強(qiáng)度的計算，實(shí)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度檢測[10]，從而完成基于回彈-鉆芯法的混凝土抗壓強(qiáng)度檢測方法。這種方法能夠綜合考慮混凝土的多種特性，如彈性模量、抗壓強(qiáng)度等，從而提供一種全面準(zhǔn)確的混凝土性能評估方法。

3 實(shí)驗(yàn)論證

通過上述過程，完成了對回彈-鉆芯法對混凝土抗壓強(qiáng)度檢測方法的設(shè)計。為了驗(yàn)證該方法的有效性，利用ARRUED環(huán)境模擬軟件設(shè)計了一種實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在此實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，設(shè)置了完全相同的3個混凝土試塊，其中1個采用本文設(shè)計的抗壓強(qiáng)度檢測方法進(jìn)行測試，作為實(shí)驗(yàn)組；另外2個采用傳統(tǒng)抗壓強(qiáng)度檢測方法1和方法2進(jìn)行測試，作為對比組，驗(yàn)證所提出方法的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果。

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)置了完全相同的3個混凝土試塊。在配制混凝土試樣時，全部使用普通硅酸鹽水泥；同時，對水膠比、骨料級配等進(jìn)行研究。經(jīng)過仔細(xì)計算，得出對應(yīng)的配合比狀況，具體見表3。

在確定混凝土材料的配比之后，可按照預(yù)定步驟進(jìn)行混凝土的攪拌、成型。做樣品時，使用一個堅(jiān)固的鐵鑄模，管徑、長度與混凝土試件設(shè)計尺寸相符，其直徑為15 cm、高為30 cm。將拌好的混凝土放入鐵模前必須保證在模子的內(nèi)側(cè)有一層脫模劑，以防止?jié)沧⒑蟮幕炷梁丸F模粘在一起。準(zhǔn)備期間，混凝土必須一次灌注，一次灌注厚約12 cm。在灌注混凝土的過程中，要用振動棒慢慢地將其振動均勻，并用橡皮錘在模子的側(cè)面輕敲，以保證灌注的混凝土緊實(shí)度。完成混凝土的灌注后，混凝土試件必須在2 d之內(nèi)完成脫模，并將試件置于合適的環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以保證試件的水化作用完全發(fā)揮，使混凝土的強(qiáng)度得以充分發(fā)揮。在保濕28 d后，混凝土試樣成品即可完成。最后，將使用能夠施加一定負(fù)荷的萬能試驗(yàn)機(jī)作為動力源來進(jìn)行加載設(shè)備的操作，這種設(shè)備能夠準(zhǔn)確測量混凝土試樣的抗壓強(qiáng)度，從而驗(yàn)證新型檢測方法的準(zhǔn)確性和優(yōu)越性。萬能試驗(yàn)機(jī)的參數(shù)見表4。

為更全面地評估3種不同抗壓強(qiáng)度檢測方法的性能，根據(jù)上述內(nèi)容，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，在該工程中選取3個混凝土試塊，分別采用文獻(xiàn)[1]方法、文獻(xiàn)[2]方法以及本文設(shè)計的抗壓強(qiáng)度檢測方法在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行測試，以避免外界因素對結(jié)果的影響。對每種方法的損傷程度進(jìn)行了詳細(xì)記錄，從而完成3種檢測方法性能的對比。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

在不同抗壓強(qiáng)度檢測方法下，對應(yīng)的損傷程度情況如圖1所示。

通過觀察圖1的對比結(jié)果，可以明確得知3種不同抗壓強(qiáng)度檢測方法在各種情況下的性能表現(xiàn)。當(dāng)抗壓強(qiáng)度逐漸提升時，本文設(shè)計的抗壓強(qiáng)度檢測方法的損傷程度明顯低于文獻(xiàn)[1]方法和文獻(xiàn)[2]方法。具體而言，本文設(shè)計的方法所導(dǎo)致的損傷程度最高值僅達(dá)到5 mm左右，并且在所有測試中，其損傷程度均沒有超過這個閾值。然而，文獻(xiàn)[1]方法和文獻(xiàn)[2]方法在相同條件下的損傷程度最高值均達(dá)到了8 mm左右，這兩種方法的損傷程度都明顯高于本文設(shè)計的方法。因此，本文設(shè)計的抗壓強(qiáng)度檢測方法在保持較低的損傷程度的同時，能夠有效地進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測，表現(xiàn)出了更高的實(shí)際應(yīng)用價值。即使在抗壓強(qiáng)度持續(xù)增大的情況下，本文設(shè)計的方法也能維持較低的損傷程度，確保獲得最優(yōu)的檢測效果。

4 結(jié)語

在土木工程和建筑領(lǐng)域中，混凝土的抗壓強(qiáng)度檢測是一項(xiàng)至關(guān)重要的工作，不僅涉及結(jié)構(gòu)的安全性，也與建筑物的持久性和耐久性息息相關(guān)。因此，尋找一種準(zhǔn)確、可靠的檢測方法，一直是一個備受關(guān)注的問題?；貜?鉆芯法作為一種常用的無損檢測技術(shù)，具有較高的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，受到了廣泛的關(guān)注和研究。本文通過對回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用研究，揭示了其基本原理、操作流程和數(shù)據(jù)處理方法。通過實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)回彈-鉆芯法能夠有效地反映出混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和抗壓性能，為工程實(shí)踐提供了有力的支持。

參 考 文 獻(xiàn)

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編輯：楊 洋