回弹法检测混凝土强度
2006-10-08 00:00
摘要：介绍了回弹仪检测混凝土强度的仪器、原理和方法，以及影响检测强度值的因素，提供了无损检测最广泛、最简便、准确的测定混凝土强度的方法。
关键词：碳化深度；回弹值；抗压强度；混凝土
现场检测混凝土强度的检测方法很多，如钻芯法、拔出法、压痕法、射击法、回弹法、超声法、回弹超声综合法、超声衰减综合法，射线法落球法等，其中回弹法、超声回弹综合法是应用最广的无损检测方法，混凝土试块的抗压强度与无损检测的参数（ 超声声速值、回弹值、拔出力等）之间建立起来的关系曲线称为测强曲线，它是无损检测推定混凝土强度的基础。测强曲线根据材料来源，分为统一测强曲线、地区测强曲线和专用（ 率定）测强曲线三类。
利用回弹仪（ 一种直射锤击式仪器）检测普通混凝土结构构件抗压强度的方法简称回弹法。下面着重介绍回弹法检测混凝土强度。
1 检测原理及特点
1.1 原理
由于混凝土的抗压强度与其表面硬度之间存在某种相关关系，而回弹仪的弹击锤被一定的弹力打击在混凝土表面上，其回弹高度（ 通过回弹仪读得回弹值）与混凝土表面硬度成一定的比例关系。因此以回弹值反映混凝土表面硬度，根据表面硬度则可推求混凝土的抗压强度。
1.2 特点
用回弹法检测混凝土抗压强度，虽然检测精度不高，但是设备简单、操作方便、测试迅速，以及检测费用低廉，且不破坏混凝土的正常使用，故在现场直接测定中使用较多。
影响回弹法准确度的因素较多，如操作方法、仪器性能、气候条件等。为此，必须掌握正确的操作方法，注意回弹仪的保养和校正。
《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（ JG J/T23-2001）中规定：回弹法检测混凝土的龄期为7 d～1 000 d，不适用于表层及内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土构件和特种成型工艺制作的混凝土的检测，这大大限制了回弹法的检测范围。
另外，由于高强混凝土的强度基数较大，即使只有15% 的相对误差，其绝对误差也会很大而使检测结果失去意义。
2 仪器
测量回弹值使用的仪器为回弹仪。回弹仪的质量及其稳定性是保证回弹法检测精度的技术关键。
2.1 类型
国内回弹仪的构造及零部件和装配质量必须符合《混凝土回弹仪》（ JJG 817-93）的要求。回弹仪按回弹冲击能量大小分为重型、中型和轻型。普通混凝土抗压强度不大于C50 时，通常采用中型回弹仪；混凝土抗压强度不小于C60 时，宜采用重型回弹仪。
传统的回弹仪是通过直接读取回弹仪指针所在位置读数来测取数据的，为一直读式。目前已有的新产品有自记式、带微型工控机的自动记录及处理数据等功能的回弹仪。
2.2 影响检测性能的因素
影响回弹仪检测性能的主要因素有：① 回弹仪机芯主要零件的装配尺寸，包括弹击拉簧的工作长度、弹击锤的冲击长度以及弹击锤的起跳位置等。② 主要零件的质量，包括拉簧刚度、弹击杆前端的球面半径、指针长度和摩擦力、影响弹击锤起跳的有关零件。③ 机芯装配质量，如调零螺钉、固定弹击拉簧和机芯同轴度等。
2.3 钢砧率定作用
我国传统的回弹仪率定方法是：在符合标准的钢砧上，将仪器垂直向下率定。
由上述影响回弹仪检测性能的主要因素可知，仅以钢砧率作为检验合格与否往往是欠妥的。只有在仪器３个装配尺寸和主要零件质量合格的前提下，钢砧率定值才能够作为检验合格与否的一项标准。
3 检测强度值的影响因素
回弹法是根据混凝土结构表面约6 m m 厚度范围的弹塑性能，间接推定混凝土的表面强度，并把构件竖向侧面的混凝土表面强度与内部看作一致。因此，混凝土构件的表面状态直接影响推定值的准确性和合理性。
3.1 原材料
3.1.1 水泥
水泥品种对回弹法测强的影响，还存在争议。一种观点认为，只要考虑了碳化深度的影响，可以不考虑水泥品种的影响。
3.1.2 集料
已有的研究表明，只要普通混凝土用细集料的品种和粒径符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（ JG J52）的规定，对回弹法测强的影响不显著。
3.1.3 粗集料
目前，人们对粗集料品种的影响还没有一致的认识。一般在制订地方测强曲线时，结合具体情况予以考虑。
3.2 外加剂
在普通混凝土中，外加剂对回弹法测强的影响不显著。掺有外加剂的混凝土测强曲线比不掺者的强度偏高1.5 M Pa～5 M Pa。这对于采用统一测强曲线进行的回弹法检测，所得混凝土强度的安全性是可以接受的。
3.3 成型方法
总体上，不同强度等级、不同用途的混凝土混合物，应有各自相应的最佳成型工艺。但是只要混凝土密实，其影响一般较小。喷射混凝土和表面通过特殊物理方法、化学方法成型的混凝土，统一测强曲线的应用要慎重。
3.4 养护方法及湿度
混凝土在潮湿的环境或水中养护时，由于水化作用较好，早期和后期强度均比在干燥条件下养护得高，但表面硬度由于被水软化而降低。不同的养护方法产生不同的湿度对混凝土强度及回弹值都有很大的影响。标准养护与自然养护的混凝土含水率不同，右强度发展不同，则表面强度也不同。在早期，这种差异更明显。湿度对强度的混凝土的影响较大，但随强度的增加，湿度的影响逐渐减小。
3.5 碳化及龄期
水泥一经水化游离出大约35% 的氢氧化钙，它对混凝土的硬化起了重大的作用。已经硬化的混凝土表面受到二氧化碳的作用，使氢氧化钙逐渐变化，生成硬度较高的碳酸钙，即发生混凝土的碳化现象，它对回弹法测强有显著的影响。
碳化使混凝土表面硬度增加，回弹值增大，但对混凝土强度影响不大，从而影响混凝土强度与回弹值的相关关系。不同的碳化深度对其影响不一样。对不同强度等级的混凝土，同一碳化深度的影响也有差异。
国外消除碳化影响的做法是磨去混凝土碳化层或不允许对龄期较长的混凝土进行测试。我国是用碳化深度作为一个测强参数来反映碳化的影响。虽然回弹值随碳化深度的增加而增大，但碳化深度达到6 m m ，这种影响基本不再增长。
3.6 泵送混凝土
根据福建建筑研究院的试验研究，对于泵送混凝土用测区混凝土强度换算得出的换算强度值普遍低于混凝土的实际抗压强度（ 试件强度）值。换算强度值越低，误差越大，且正偏差居多。
当换算强度值在50 M Pa 以上时影响减小。误差修正可以按表1执行。
3.7 混凝土表面缺陷
根据检测经验，构件混凝土局部表面偶尔出现异常状态，强度异常低，在分析排除施工或材料异常的情况下，应考虑存在混凝土表面与内部强度差异较大的可能。造成表面强度局部异常的常见原因有施工振捣过甚，表面离析，砂浆层太厚，局部混凝土表面潮湿软化，构件表面粗糙，检测前未按要求认真打磨等操作失误或测区划分错误。混凝土表层强度几乎不影响构件的承载力和刚度，因此若仍按规程以测区强度最小值来推定，必然过于保守，可能导致错误决策，故有必要先进行异常值的判断，当判定属于数据异常时，有条件的可采取钻芯法进一步检测。
3.8 混凝土结构中表层钢筋对回弹值的影响
采用回弹仪所测得的回弹值只代表混凝土表面层2 cm ～3 cm的质量。因此，在实际工作中，钢筋对回弹值的影响要视钢筋混凝土保护层厚度、钢筋直径及疏密程度而定。如果在工程施工中，按规定混凝土中钢筋保护层厚度普遍大于20 m m ，用回弹仪进行对比回弹，混凝土回弹值波动幅度不大，可视为没有影响。在通常的情况下，混凝土保护层厚度基本大于规范规定值，在回弹检测混凝土强度过程中，对钢筋的影响可忽略不计。
4 检测方法
4.1 数据采集
4.1.1 工程资料
用回弹法检测前，应全面、正确了解被测结构的情况，如混凝土设计参数、混凝土实际所用混合物材料、结构名称、结构形式等。
4.1.2 测区回弹值
测区的选定采用抽检的方法，在0.2 m ×0.2 m 范围内测点均匀分布。所选测区相对平整和清洁，不存在蜂窝和麻面，也没有裂缝、裂纹、剥落，层裂等现象。按照利用回弹仪进行无损检测的规范， 即根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规范》（ JG J/T23-2001）的规定，在每一个检测区测取16 个回弹值。每一读数都精确到1。测点间距不小于20 m m ，测点距构件边缘不小于30 m m 。在检测时，回弹仪的轴线始终垂直于被检测区的测点所在面。
4.1.3 碳化深度
在有代表性的测区进行碳化深度测定。当碳化深度大于2.0 m m 时，应在每个测区进行碳化深度测定。
4.2 强度计算
4.2.1 回弹值计算
从每一个测区所得的16 个回弹值中，剔除3 个最大值和3个最小值后，将余下的10 个回弹值按下列公式计算平均值：
式中，Rm 为测区平均回弹值，精确至0.1；Ri为第i 个测点的回弹值。
4.2.2 回弹值修正
① 对于回弹仪非水平方向检测混凝土浇筑侧面时，回弹值按下式校正。
Rm=Rm α+Raα
式中，Rm α 为非水平方向检测时测区的平均回弹值，精确至0.1；Raα 为非水平方向检测时测区的平均回弹值的修正值，按表2 取值。
② 将回弹仪水平方向检测混凝土浇筑表面时得的回弹值，或相当于水平方向检测混凝土浇筑面时的回弹值，按下式修正：
Rm=Rmt＋Rat， Rm=Rmb＋Rab.
式中，Rmt，Rmb 为水平方向（ 或相当于水平方向）检测混凝土浇筑表面、底面，测区的平均回弹值，精确至0.1；Rat，Rab 为混凝土浇筑表面、底面回弹值的修正值，按表3 取值。
4.2.3 碳化深度计算
对于抽检碳化深度的计算，用数理统计方法计算，以平均值作为测区碳化深度。
4.2.4 测强曲线应用
对于没有可以利用的地区和专用混凝土回弹测强曲线，测区混凝土强度的求取，可以按规范附录中所提供的“ 测区混凝土强度换算表”换算。
4.3 异常数据分析
混凝土强度不是定值，它服从正态分布。混凝土强度无损检测属于多次测量的试验，可能会遇到个别误差不合理的可疑数据，应予以剔除。根据统计理论，绝对值越大的误差，出现的概率越小，当划定了超越概率或保证率时，其数据合理范围也相应确定。因此，可以选择一个“ 判定值”去和测量数据比较，超出判定值者则认为包含过失误差而应剔除。
4.4 强度推定
按批量检测，其混凝土强度推定值由下式计算：
式中，Rm ，m ine 为该批构件中最小的测区混凝土强度换算值的平均值（ M Pa），精确至0.1 M Pa。
该批构件混凝土强度推定值取上述公式中（ Rm 或R2）较大值。
对于按批量检测的构件，当该批构件混凝土强度标准差出现下列情况之一时，则该批构件应该全部按单个构件进行检测：① 当该批构件混凝土强度平均值小于25 M Pa 时，S 大于4.5 M Pa。② 当该批构件混凝土强度平均值不小于25 M Pa时，S 大于5.5 M Pa。
当按单个构件计算时以最小值为该构件的混凝土强度推定值：
R=Rm ，m ine .
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