回弹法在南水北调中线工程混凝土检测中的应用

宋云涛，李春强

（1．南水北调中线建管局 河北直管建管部，河北 石家庄 050000；2．河北省水利工程局 第八工程处，河北 石家庄 050000）

0 引言

在南水北调工程中，检测建筑物混凝土抗压强度是一项常规且重要的任务。回弹法是检查混凝土抗压强度的一种重要手段，其原理是通过弹击被测物表面获得回弹值，以回弹值推定被测物的抗压强度［1］。该方法适用于抗压强度10～60 MPa的混凝土，基本上能够满足南水北调工程中大部分混凝土结构检测的需要。

数字回弹仪能够直接记录回弹数据、自动计算强度，可以现场直接得出检测结果，迅速判断工程实体质量，找出薄弱环节。南水北调中线工程配备的回弹仪是HT225W全自动数字式，其使用的环境温度为－4℃～40℃［2］，适用厚度不大于 60 cm 或骨料最大粒径不大于40 mm的混凝土结构或构件［3］。笔者分析了该数字回弹仪检测混凝土强度的方法及注意事项。

1 石门河倒虹吸工程概况

南水北调中线一期工程石门河渠道倒虹吸施工标段位于河南省辉县市赵固乡大砂窝村西北1．5 km处，总长1 550 m，其中建筑物倒虹吸管身段水平投影长1 015 m，进口渐变段、闸室段长68 m，出口闸室、渐变段长93 m。该倒虹吸结构形式为箱式，三孔一联，单孔宽 6．9 m、高 6．9 m，总共 69 个管节，混凝土浇筑量12．6万m3。为了控制混凝土工程质量，该标段采用了回弹法对混凝土强度进行抽测。

2 回弹仪的检定、率定及保养

2．1 回弹仪的检定

回弹仪检定周期为半年［1］。回弹仪具有下列情况之一时，应送到法定计量检定机构，按照国家现行行业标准《回弹仪》（JJG817）对回弹仪进行检定。（1）新回弹仪启用前。（2）超过检定有效期限（有效期为半年）。（3）数字式回弹仪显示的回弹值与指针直读示值相差大于 1［1］。（4）经常规保养后，钢砧率定值不合格。将回弹仪在洛氏硬度HRC为60±2的钢砧上，回弹仪的率定值应为 80±2［1］。 （5）遭受严重撞击或其他损害。

当回弹仪不符合标准状态时，不得用于工程检测。本次使用的回弹仪为北京康科瑞工程检测技术有限公司生产的HT225W型全自动数字式回弹仪。该回弹仪具有国家批准使用的生产许可证和出厂合格证，回弹仪的检定在有效期内。

2．2 回弹仪的率定

在工程检测前后，回弹仪应在钢砧上作率定试验。率定试验宜在室温为5℃～35℃的干燥条件下进行，所用的砧铁应每2年送到授权的计量检定机构进行检定或校准［2］。进行回弹仪率定试验时，钢砧表面应干燥、清洁，并稳固地平放在刚度大的物体上。测定回弹值时，取连续向下弹击3次的稳定回弹平均值。弹击杆应分4次旋转，每次旋转宜为90°，弹击杆每旋转一次的率定平均值应为80±2［1］。

本工程在使用回弹仪前，对回弹仪进行了钢砧率定，4个方向的回弹值分别为 79、80、80、80， 率定结果符合规范80±2的要求。

2．3 回弹仪的保养

回弹仪弹击次数超过2000次或在钢砧上的率定值不合格时［2］，都应进行常规保养。常规保养应符合下列规定。

（1）使弹击锤脱钩，取出机芯，卸下弹击杆，然后取出里面的缓冲压簧、弹击锤、弹击拉簧和拉簧座。（2）清洗机芯各零部件，重点清洗中心导杆、弹击锤、弹击杆的内孔和冲击面。清洗后，应在中心导杆上薄薄涂抹钟表油，其他零部件均不得抹油。（3）清理机壳内壁，卸下刻度尺并应检查指针 （摩擦力应为0．5～0．8N）。 （4）不得旋转尾盖上已定位紧固的调零螺丝。（5）不得自制或更换零部件。（6）保养后，应重新进行钢砧率定试验［2］。

回弹仪使用完毕后，应使弹击杆伸出机壳，清除弹击杆、杆前的端球面、刻度尺表面和外壳上的污垢和尘土。回弹仪不用时，应将弹击杆压入仪器内，经弹击后，再按下按钮，锁住机芯，然后将回弹仪装入仪器箱，平放在干燥阴凉处［2］。

2．4 数字式回弹仪使用注意事项

使用数字回弹仪时，应避免进水、避免高温（＞50℃）、避免靠近非常强的磁场，如大型电磁铁、大型变压器等。仪器长时间不使用时，请取出电池，避免电池漏液对电路造成损坏。另外，未经允许，请勿打开仪器机壳。

3 回弹值的测量

3．1 测区和测点布置

3．1．1 测区布置

测区布置原则为：（1）每一结构或构件测区数不应少于 10个［4］。 但对某一方向尺寸小于 4．5 m、且另一方向尺寸小于0．3 m的构件，测区数量可适当减少，但不应少于5个。（2）测区的面积不宜大于0．04 m2，相邻两个测区的间距应控制在2 m以内，测区离构件端部或施工缝边缘的距离大于等于0．2 m、小于等于0．5 m。（3）在构件的重要部位及薄弱部位应布置测区，并应避开预埋件。（4）检测面应为混凝土原浆面，并应清洁、平整，不应有疏松层、浮浆、油垢、涂层以及蜂窝、麻面。（5）对弹击时产生颤动的薄壁、小型构件应进行固定。

本工程根据现场实际情况，随机选取了10个构件进行检测 （检测部位混凝土龄期均超过28 d），其中，进口闸室段1个（设计标号C25）、出口闸室段2个（设计标号C25）、管身段7个（设计标号C30）。每个构件选取清洁、平整、无蜂窝的表面布置10个测区（共布设了100个测区），每个测区用粉笔标示出20 cm×20 cm大小的矩形，并依次编号，以便于后期对应查找。

3．1．2 测点布置

测点宜在测区范围内均匀分布。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，每一测区应记取16个回弹值。当出现回弹值过高或过低，应查明原因。可在该测点附近（约 30 mm）补测，舍弃原测点［2］。

3．2 回弹仪操作步骤

（1）开机。连接好回弹仪和主机后，开机。当开机画面中显示电量不足或电压＜7．0 V时，请更换电池。换电池时，注意电池的正负极。

（2）选择回弹仪。选择的回弹仪编号必须与使用的回弹仪一致，否则测试结果不准确。

（3）参数设置。选择回弹法测试，并进行以下设置。根据工程实际情况，依次设置构件号、测区数、测试面、测试角度、是否泵送混凝土等。构件号可任意设置，本系统支持重号；测区数目可在01～20之间任意设置；测试面参数可设为侧面、表面或底面；角度参数可设向上 90°、向上 60°、向上 45°、向上 30°、水平 0°、向下 30°、向下 45°、向下 60°、向下 90°；泵送参数可设为“泵送”（泵送混凝土）或“非泵送”（非泵送混凝土）。

根据现场实际情况，本次回弹仪参数设置为：测区数为10，测试面为侧面，测试角度为水平0°，泵送参数设定为非泵送。

（4）回弹值测试。参数设置完之后，按“确定”键，即开始进行回弹测试。一个测区16个回弹值测完后，蜂鸣器发出响声，按确定键，进行下一个测区的测试。如果要修改某一个测点的数据，则在蜂鸣器发出响声后，按键，移动光标到该测点上，按“删除”键，删除数据，然后，重新弹击一次。完成修改后，按确定键，进入下一个测区测试。每个构件测试完成后，回弹数据自动储存在仪器中，仪器内的构件编号自动加1，其他各种参数不变，然后逐一进行下个构件的测试。储存在回弹仪内的数据可以通过USB或串口数据线传输到电脑上，通过数字回弹仪电脑处理软件对数据进行编辑和分析，最终生成检测报告。

在整个检测过程中，回弹仪的轴线应始终垂直于结构或构件的混凝土检测面，缓慢均匀施压，准确读数， 快速复位［4］。

3．3 数据分析查看

当全部测区测试完成后，用户可进行数据分析查看或进行新构件的测试。回弹法数据分析查看可以选择规程和输入碳化深度值，并计算混凝土强度推定值。

3．3．1 碳化深度值测量

回弹值测量完毕后，应在有代表性的位置上测量碳化深度值 （测点数不应少于构件测区数的30%）。所有测点的平均值为该构件每测区的碳化深度值。当碳化深度值极差大于2．0 mm时，应在每一测区测量碳化深度值。

碳化深度值测量可采用电动冲击钻、φ18～φ22的钻或钎子在测区表面形成直径15 mm的孔［5］，孔深度应大于混凝土的碳化深度。孔洞中的粉末和碎屑应除净，但不得用水擦洗。同时，应采用浓度为1%的酚酞乙醇溶液（含20%的蒸馏水）滴在孔洞内壁的边缘处。当已碳化与未碳化界线清楚时，用深度测量工具测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离（不变色区的深度），测量不应少于3次（每次读数精确至0．5mm），取其平均值。当测量的碳化深度小于0．4mm时，则按无碳化处理［4］。 混凝土如果刚达到龄期，由于碳化时间较短，碳化深度较浅，可以不用测量碳化深度。

本工程每个构件选取3处进行碳化值的检测。检测时，现场采用φ20钎子在测区表面凿成直径15 mm、深度约15mm的孔，采用吹风球把孔洞中的粉末和碎屑清除干净，使用棉签将浓度为1%的酚酞乙醇溶液涂抹在孔洞内壁，最后测量不变色区的深度即为碳化值，3个部位取平均值作为这个构件的碳化值。

3．3．2 混凝土强度推定值的计算

先用上、下键选择构件，按确定键进行规程和碳化深度的设置。然后，用左、右键选择测区号，按上、下键调整碳化值，选择完成后，按“确定”键，仪器即可计算出每个构件的回弹平均值、标准差、回弹推定值等，现场可判断出测试部位的质量是否合格。石门河倒虹吸回弹数据统计结果如表1所示。判定结果全部为合格。

表1 石门河倒虹吸混凝土回弹检测数据统计表Table 1 Statistics of Shimen river inverted siphon concrete springback test data

由表1可以看出，本次检测所有构件回弹强度推定值均大于设计强度等级标准值，均判定为符合设计要求。

4 结语

混凝土抗压强度是混凝土的一项关键性指标，而南水北调工程线路长、建筑物众多、混凝土工程量巨大，其混凝土抗压强度检测任务相当繁重。数字回弹仪将数据采集、显示、储存、强度计算等功能集于一身，是目前获取混凝土抗压强度指标的最快速、最简单和最经济的测试方法，其推广使用对南水北调工程混凝土质量控制能够起到积极作用。

参考规范：

［1］ JGJ817－2011，回弹仪［S］．

［2］JGJ／T 23－2011，回弹法检测混凝土抗压强度技术规程［S］．

［3］ DL ／T5150－2001，水工混凝土试验规程［S］．

［4］ SL352－2006，水工混凝土试验规程［S］．

［5］杜明昕．测量混凝土碳化深度值新法［J］．工业建筑，1992（7）：57－57．