R值回弹法结构混凝土抗压检测技术研究

董 玉

（上海同济检测技术有限公司,上海市 200092）

0 引言

混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料，它的质量直接影响到结构的安全性和耐久性[1]。无损检测技术的发展为混凝土结构的状况与性能提供了依据。回弹法作为无损检测的一种手段，在我国已经使用50多年，这不仅是因为回弹法简便灵活、成本低廉，也是由于我国已经解决了回弹法使用精度不高和不能普遍推广等问题。

目前，在上海市结构混凝土强度的回弹法检测中，R值回弹法应用最为广泛。R值回弹法是用一个弹簧驱动的重锤，通过弹击杆弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值（反弹距离与弹簧初始长度之比）作为强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法[2]。

1948年，瑞士工程师E.Schmidt研制出世界上第一台R值回弹仪，为混凝土结构强度检测提供了一种简便的方法[3]。我国自20世纪50年代中期便使用回弹法进行混凝土结构强度检测。1978年，国家建设委员会将包括回弹法在内的《混凝土质量非破损检验技术研究》正式列为重大科研项目[4]。1985年，《回弹法评定混凝土抗压强技术规程》（JGJ23-85）作为我国第一部非破损检验混凝土强度的技术标准开始试行。

对于回弹法上海也已制定了地方标准DG/TJ08-2020-2007《结构混凝土抗压强度检测技术规程》，但由于上海制定关于回弹法地方标准的时间较长，回弹法测强曲线有必要进行验证，作为现行标准的有效补充。为提高混凝土结构的准确性和科学性，有必要对R值回弹法进行进一步研究。

1 试验概况

1.1 混凝土试块

本次试验共设计了1 134个混凝土试块。根据上海工程建设常用的混凝土强度区间和混凝土强度需要检测时的龄期等具体情况，此次研究选择的混凝土强度范围为20～70 MPa，龄期范围为14～720 d。

混凝土强度等级划分为：C20、C25、C30、C35、C40、C50、C60。每个强度等级混凝土拌合物应从同一盘混凝土中取样，试件采用振动台成型，混凝土试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm。

混凝土试块龄期划分为 14 d、28 d、60 d、90 d、120 d、180 d、360 d、720 d。每一龄期制作十八块150 mm×150 mm×150 mm立方体试块。试块上用铁钉刻上样品编号、强度等级、成型日期。

试块成型24 h后，作好标记，放在户外成‘品’字型堆放，每天浇水两次，连续7 d，以后自然养护。每次检测前3 d，把到试验龄期的试块搬至合适的场所，防止雨淋，保持试块的干燥。

1.2 试验方案

选取同一强度等级同一龄期的九块试块采用R值回弹法进行检测，所使用仪器为的R值回弹仪（率定值80±1），回弹的测试面为试块的成型面的侧面，应清理干净，不得有油污、浮灰等。

回弹检测完毕后按《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB 50081-2002）的规定使用压力试验机进行立方体试块抗压强度试验，得到试块的立方体抗压强度值，准确至0.1 MPa。

混凝土试块试压完毕，在试块的被弹击时混凝土试块的侧面用2%的酚酞酒精溶液进行碳化深度试验，并用专用碳化深度测试仪测量混凝土试块的碳化深度值。

使用剪压仪对同一强度等级同一龄期的余下九块试块进行剪压试验，剪压试验测点应布置在立方试件的浇注侧面，在每试块的浇注侧面进行1个剪压试验。

剪压试验完毕后的试块按《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB 50081-2002）的规定进行立方体试块抗压强度试验，得到试块的立方体抗压强度值，准确至0.1 MPa。

2 试验结果

2.1 试验数据

本次R值回弹法回归数据总数494个（试块强度大于70 MPa的数据未列入统计），试块各强度数据分布详见表1。

表1 R值回弹法回归试块强度分布表

2.2 数据回归

（1）二元幂函数回归

R值回弹法检测强度回归方程见式（1）：

式中：R为回弹值；dm为碳化值。

对三家不同检测机构的R值回弹法数据进行了二元幂函数回归，见表2。

表2 R值回弹法强度曲线二元幂函数回归

（2）一元线性回归

酚酞酒精溶液可以成为混凝土是否碳化的一种检测方法，但有时它所指示的上述界面到混凝土表面的垂直距离并不一定是混凝土的碳化层。

由于当今混凝土中掺有一定数量的粉煤灰或矿渣粉，使混凝土表面掺合料的“浓度”高于内部[5]。造成检测产生假性碳化现象，这种现象对混凝土表面硬度没有多少提高，但由此计算的回弹强度推定值却因为假性碳化深度的引入而较大程度的锐减。

此外，工程实体混凝土碳化检测时发现，同一构件不同部位的碳化值也不尽相当，碳化深度值检测存在离散和误差较大、测量难度高等特点，很难准确测出碳化深度值。

因此建议R值回弹法检测强度回归方程可以不考虑碳化影响，用一元线性方程见式（2）：

式中：R为回弹值。

对三家不同检测机构的R值回弹法数据进行了一元线性回归，见表3和图1。

表3 R值回弹法强度曲线一元线性回归

图1 R值一元线性回归

2.3 回归曲线分析

（1）三家检测单位合并数据二元幂函数回归方程的平均相对误差δ为8.1%，小于14.0%；相对标准差er为10.9%，小于17.0%，满足地区测强曲线的要求。

（2）三家检测单位合并数据一元线性回归方程平均相对误差δ为8.1%，小于14.0%；相对标准差er为10.8%，小于17.0%，均满足地区测强曲线的要求。

（3）根据三家检测单位合并后R值回弹法检测强度的二元幂函数回归方程见式（3）：

在不同碳化值下与DG/TJ08-2020-2007《结构混凝土抗压强度检测技术规程》测强曲线见式（4）：

比较可得出：当R值为26～35时（对应强度15～35 MPa），其强度计算值略高于《结构混凝土抗压强度检测技术规程》（DG/TJ08-2020-2007）的回归方程的强度计算值，强度值增加约0.1～2.7 MPa；当R值为36～48时（对应强度35～70 MPa），强度值降低约为0.4～10.0 MPa，当强度值越高，其降低幅度越大。

由此可见，本项目得出的R值回弹法检测强度的二元幂函数回归方程较《结构混凝土抗压强度检测技术规程》（DG/TJ08-2020-2007）的回归方程有所调整。

（4）考虑到混凝土假性碳化等原因，假性碳化实际未对混凝土表面的硬度的增加起到作用，因此除了回归幂函数曲线方程外，不考虑碳化影响，还用一元线性进行了回归。根据三家检测单位合并后R值回弹法检测强度的一元线性回归方程见式（5）：

在不同碳化值下与公式4测强曲线比较见图2。

图2 R值一元线性回归与公式4二元回归曲线对比

从图2中可以看出，当R值为26～36时（对应强度 15～35 MPa），其强度计算值大于《结构混凝土抗压强度检测技术规程》（DG/TJ08-2020-2007）的回归方程的强度计算值，强度值增加约 0.4～1.3 MPa；当R值为37～48时（对应强度35～70 MPa），强度值降低约为 0.1～10.7 MPa，当强度值越高，其降低幅度越大。

3 研究成果

成型了不同强度等级、不同龄期的同条件试块，检测其R值回弹值、碳化值和立方体抗压强度值，对相关数据进行回归统计分析，提出了R值回弹法测强专用曲线（幂函数回归和线性回归）。专用曲线平均相对误差和相对标准差能够满足地区测强曲线的要求。R值回弹测强专用曲线见式（3）、式（5）。

上述测强专用曲线与《结构混凝土抗压强度检测技术规程》（DG/TJ08-2020-2007）相比，当R值为26～35时（对应强度15～35 MPa），其强度计算值略高；当R值为36～48时（对应强度35～70 MPa），强度计算值有所降低。

考虑到假性碳化的存在，建议使用式（5）作为地标测强曲线。

4 结语

该项目对现有R值回弹法专用曲线进行验证，提出由于酚酞酒精溶液检测混凝土碳化状况具有不准确性，现今混凝土中掺杂的粉煤灰和矿渣粉造成假性碳化，同一构件不同部位碳化值不同，导致无法准确判断碳化深度值。因此认为可以忽略碳化影响，建立R值回弹法检测强度的一元回归线性方程。

R值回弹法进行无损检测为混凝土结构实体的强度提供了保障，对其专用曲线的验证提高现有测强曲线准确度，作为现行标准的有效补充,为修订相应的上海工程建设规范打好扎实基础。降低了混凝土强度的漏检、误判，为混凝土实体强度达到设计的使用寿命与承载能力提供了一定的保障，确保合格地工程项目投入社会使用，从而保障了人民的生命与财产的安全。