回弹法检测结构混凝土抗压强度在大同地区的应用

刘桂玲

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

混凝土是最重要的工程材料之一,混凝土强度是混凝土质量控制的核心内容,是结构设计、施工、验收的重要依据。混凝土质量无损法对混凝土结构不造成破坏、仪器简单、操作方便、可对混凝土重复测试、便于大范围检查,受到现场广大工程技术人员的青睐。1948年,瑞士人E.Schmidt发明了回弹仪,经过近60年的发展,目前已成为结构混凝土检测中最常使用的一种无损检测方法[1-4]。

回弹法本质上属于冲击/弹性波法,是唯一与材料的力学特性直接相关的测试方法,最适合于混凝土强度检测。该法在我国使用已达40余年,因其简便、灵活、准确、可靠、快速、经济等特点,是我国目前工程检测混凝土抗压强度应用中最为广泛的检测仪器之一[4-5]。

近年来大同地区经济发展迅速,建设规模庞大,结构混凝土强度的无损检测精度问题日趋突出。本文采用回弹法全国统一测强曲线推定混凝土强度值,并与真实钻芯混凝土强度推定值进行对比,已验证回弹法在本地区应用的合理性。

1 回弹法原理

回弹法是一种弹簧驱动的重锤,通过弹击杆弹击混凝土表面,并测出重锤反弹回来的距离。回弹值与混凝土表面硬度具有一致的变化关系,所以根据回弹值与混凝土抗压强度校准的相关关系,可推算出混凝土抗压强度[6－7]。

世界各国都先后制定了适合本国的回弹测试标准。20世纪50年代,我国开始引进瑞士、英国、波兰等国的回弹仪,并结合工程应用开展研究工作,但由于对仪器性能、测试技术、各种影响因素及强度与回弹值关系等问题缺乏较系统的研究,对应的研究工作长期处于停止状态。而后在大量研究工作的基础上,于20世纪80年代制定了第一个全国性的技术标准《回弹法检测混凝土抗压强度技术规范》(JGJ/T23-85),并于2000年进行了修订,形成了代号为JGJ/T23-2001的技术规程,使我国回弹法研究与应用水平处于国际领先地位。

回弹法的试验步骤为:

1)测区布置 测区是指每一试样(结构或构件)的测试区域。回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[7]规定:每一结构或构件的测区数不少于10个,每个测区面积不宜大于,测区大小能容纳16个回弹测点为宜。测区表面应清洁、平整、干燥,必要时可采用砂轮清除表面杂物和不平整之处不应留有粉末或碎屑。

2)回弹实测 检测时,回弹仪垂直对准于混凝土结构或构件的检测面,缓慢施压,准确读数,快速复位。同时要求:测点宜在测区范围内均匀布置,相邻两测点的净距不宜小于20 mm,测点距外露钢筋、预埋件的距离不宜小于30 mm;测点不应在气孔或外露石子上,同一测点只应弹击一次,每一测区设16个回弹点。

3)碳化深度测定 碳化深度测量,采用适当工具在测区表面形成直径约15 mm孔洞,孔洞中的粉末和碎屑应清除干净,不得用水擦洗;而后用浓度为1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁边缘处,用碳化深度测量仪测量碳化混凝土交界面至混凝土表面的垂直距离,测量应不少于3次,取其平均值。

4)数据处理 测区平均回弹值,应从测区的16个回弹值中分别剔除3个最大值和3个最小值,取余下的10个有效回弹值的平均值作为该测区的回弹值,即:

式中,Rm为测区平均回弹值,计算精确至0.1;Ri是第i个测点的回弹值。

当结构或构件测区数不少于10个时,混凝土强度推定值fcu，e应按下列公式计算:

2 工程实例

2.1 工程概况

大同市某住宅小区建设工程位于市南郊区,建设面积约300 000 m2,属山西省重点建设项目,截止2010年12月底主体工程已全部完成。但在施工过程中,进入10月份后月内天气变化幅度大 (最大温差高达20℃),且中下旬夜间温度下降较多,最低气温降至-5℃以下,必然对混凝土质量产生一定影响。为全面掌握混凝土工程质量,随机抽取部分混凝土构件进行回弹法测强试验。

2.2 试验过程

图1 ZC3-A型混凝土回弹仪

试验仪器选用山东乐陵生产的ZC3-A中型混凝土回弹仪，见图1,其主要技术指标:冲击动能2.207 J,弹击拉簧刚度785 N/m,弹击锤质量370 g,最大累计单击次数6 000次。 18#住宅楼五层混凝土柱回弹法测区的划分,如图2所示。

图2 回弹测区划分

现场工程实测获得的回弹值和碳化深度部分试验数据,见表1。

表1 混凝土强度回弹法实测结果

3 试验结果分析

由于大同地区尚未建立地区测强曲线和专用测强曲线,对试验所得回弹值采用全国统一测强曲线处理。 由式(1)、(2)计算得到构件混凝土强度标准差为0.783 5,混凝土强度推定值为26.01 MPa。

为进一步判断试验结果的可靠性,需要采取其他方法进行对比试验。为此,混凝土柱现场钻芯取样,混凝土强度试验室检测结果,见表2。

表2 钻芯法混凝土抗压强度试验结果

钻芯法是从结构实体中钻取芯样,并实测混凝土芯样的抗压强度,其结果被普遍认为是最接近结构实体混凝土的强度,测定精度高,可以据此判定结构混凝土强度是否合格[1,6,8]。由表2可以看出,回弹法所得结构混凝土抗压强度数值与钻芯法试验结果相近,相对误差为+2.5%。

4 结论

运用回弹法对大同地区常用原材料形成的混凝土结构进行了强度无损检测试验,其试验结果与钻芯法所得结果相近,说明回弹法推定结构混凝土抗压强度是可行的。同时,弹法与钻芯法两者相对误差为+2.5%,因此,在工程实践中,最好采用两种以上的方法进行对比试验,以保证试验结论的可靠性。

[1]张仁瑜,王征,孙盛佩.混凝土质量控制与检测技术[M].北京:化学工业出版社,2008.

[2]Mehta P K．Concrete:microstructure,properties and materials[M].New York:MeGraw Hill,2005.

[3]余红发.混凝土非破损测强技术研究[M].北京:中国建材工业出版社,1999.

[4]Popovics,John S.Nondestructive evaluation:past,present,and future[J].Journal of Materials in Civil Engineering,2003,15(3):211-211.

[5]丘平.混凝土强度检测用专用或地区测强曲线(1)[J].施工技术,2006,35(8):94-96.

[6]裴剑平,陈惠霞,蔡前进.回弹法与钻芯法检测结构混凝土强度的综合应用探讨[J].平顶山工学院学报,2005,14(1):20-24.

[7]JGJ/T 23-2001．回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[8]CECS 03:2007．钻芯法检测混凝土强度技术规程[S].北京:中国计划出版社,2007.