对回弹法检测水工混凝土的一些思考

2019-02-14武利强陈若男

浙江水利科技 2019年1期

叶青，武利强，陈若男

（1.宁波市水利水电规划设计研究院，浙江宁波 315192；2.浙江省水利河口研究院，浙江杭州 310020；3.宁波市农村水利管理处，浙江宁波 315016）

1 问题的提出

回弹法是检测混凝土结构抗压强度的一种快速、无损的方法，期间经过学者的反复讨论[1-2]和规范的不断完善[3]，目前已成为验收混凝土结构时最常用的一种检测方法。然而，由于部分检测人员对规范熟悉度不够以及理解有偏差，使得采用回弹法检测混凝土抗压强度时，出现较大偏差，从而使得人们对回弹法的可靠性产生一定的怀疑。本文将重点对易引起回弹失真的几个因素进行讨论，希望可引起检测人员的重视。

2 回弹法基本原理

回弹法基本原理是根据混凝土硬度和抗压强度之间的相关性，通过回弹值和碳化值来间接确定抗压强度的一种方法，相关性可用以下公式反映：

一个混凝土构件通常需要测定10个测区，构件混凝土强度推定值是通过对10个测区混凝土强度换算值采用一定的数理统计方法后得到，该推定值具有95%的强度保证率：

式中：fcu,e为混凝土强度推定值（MPa），mfccu为构件测区混凝土强度换算值平均值（MPa），Sfccu为构件测区混凝土强度换算值标准差，具体计算过程可参见参考文献[4]。

通过式（1）、式（2）可知，影响回弹法混凝土强度推定值的基本因素为回弹值、碳化深度dm、相关性公式（测强曲线）和测区强度均匀性（指标为 Sfcuc）。并且这4个因素同时受到其他因素的影响。因此，回弹法测定混凝土抗压强度值（混凝土强度推定值）是一个受多因素影响，具有一定数理统计意义的综合值。

3 对回弹法的几个思考

3.1 回弹法检测混凝土强度的代表性

对于通过混凝土表面硬度来推测混凝土抗压强度是否合理的问题，从廉慧珍和文恒武等讨论[1-2]中可以得到答案。虽然硬度和强度是2个概念，二者具有较大的区别，但仅从数理统计意义看，二者确实具有较好的相关性，并且这种相关性的可靠度经过了几十家单位，上万组数据的验证。当采用统一测强曲线时，平均相对误差≤±15%，相对标准差≤18%；当采用地区测强曲线和专用测强曲线时，误差会进一步减小。因此，通过混凝土硬度来推定强度的做法是可行的，也是可靠的，关键在于测强曲线的选择和可靠性。

3.2 回弹值修正

标准状态下，回弹值应为回弹仪水平方向弹击混凝土浇筑侧面。当为非标准状态时（见图1），需要对回弹值进行修正。

图1 非标准状态下回弹仪弹击示意图

对回弹值进行修正时，建工规范[4]和水利规范[5]有一定区别。建工规范明确了弹击方向和测面的修正方法，当测面为浇筑表面或底面时，应先对弹击方向进行修正，再进行浇筑测面修正，二者顺序不应颠倒；而水利规范仅对弹击方向进行了修正，没有提到对测面的修正。这里的“浇筑表面”指的是具有原浆抹面的混凝土结构；“浇筑底面”指的是底面与侧面采取相同浇筑模板的情况。根据经验，测面修正是必要的。因为在混凝土振捣过程中，表面会形成一定厚度的浮浆层，而底面会有一定程度地骨料下沉现象，因而会导致表面回弹值偏小，而底面偏大的现象。这一现象在取芯法检测混凝土抗压强度时也得到证实。当在同一位置取3个芯样时，表面的芯样强度值会偏低，合理的做法是芯样加工时适当切除浮浆层。

3.3 碳化问题

从式（1）可看出，碳化是影响混凝土抗压强度的一个关键因素，二者呈指数关系。图2以C30混凝土为例，描述了碳化对强度的影响。假定其他因素不变，碳化深度从0 ～ 6 mm变化时，强度改变十分明显。最大值为33.8 MPa，而最小值仅26.6 MPa，二者相差24%。从图2可看出，碳化的准确与否，直接影响到混凝土抗压强度是否合格，对工程的质量及验收起到极大的影响，因此，准确测量混凝土的碳化深度非常关键。

图2 碳化深度对混凝土抗压强度的影响图

目前，混凝土碳化深度测量的准确度仍是一个难题，包括2个方面：测量本身精度问题和“假性碳化”引起的误差问题。规范中的方法为钻孔后采取一定浓度的酚酞试液进行滴定，读数精度为0.50 mm（水利规范），甚至达到0.25 mm（建工规范）。实际操作过程中，达到这个精度比较困难，尤其是在“假性碳化”存在的情况下。引起假性碳化的原因主要有2个：酸性脱模剂的使用[6]和大掺量掺合料的加入[7]。前者会消耗混凝土表面氢氧化钙，从而中性化；后者则是掺合料在进行二次水化甚至三次水化时消耗了氢氧化钙。这2种情况均使得采用酚酞试液滴定时产生较差误差，从而引起混凝土强度判定失真的现象。这种情况下应采取钻芯法等进行进一步验证。

3.4 测强曲线选择

测强曲线是回弹法测强可靠性的核心，直接影响到混凝土抗压强度换算值。目前，建工规范采用最多的是全国统一测强曲线，该曲线其普适性和可靠性得到工程界的认可。然而，统一测强曲线是“1985年版回弹法检测混凝土抗压强度技术规程”制定的，之后的规范修订并没有对其进行大的改进[3]，仅增加泵送混凝土测强曲线和高强混凝土测强曲线。目前，混凝土的原材料、掺合料、外加剂等，均有较大改变，且存在区域性差别。因此，规范鼓励优先采用地区测强曲线和专用测强曲线，且优先级为：专用测强曲线＞地区测区曲线＞统一测强曲线。近年来，学者们针对大型工程也制定了一些专用测强曲线[8]，但地区测区曲线较少见诸报道。而水利规范中，没有给出详细的强度换算表，而是给出强度与回弹值的关系式，在此基础上，考虑碳化后，再进行一些修正。这与建工本质上是一致的，仍然是全国统一测强曲线。

另外需要注意每一个测强曲线均有一定适用范围。在使用时，应先确定检测混凝土是否在适用范围内。如统一测强曲线、泵送混凝土测强曲线及高强混凝土测强曲线三者的适用范围是不同的。

3.5 全级配混凝土

全级配混凝土在水工混凝土中比较常见，指的是骨料为三级配或四级配的大体积混凝土，多用于重力坝、拱坝等体积较大的工程中。相比普通混凝土，全级配混凝土具有骨料占比大、骨料最大粒径大、水泥用量小的特点，因此，混凝土性能也与普通混凝土有一定区别。在这种情况下，统一测强曲线已不再适用。水利规范中规定了采用重型回弹仪时的测强曲线，然而，该曲线引自交通规范JTG 270 — 98《水运工程混凝土试验规程》，没有学者对其在水工混凝土的适用性做进一步验证。

水工大体积混凝土强度检测是一个难点。检测方法有机口取样成型试块法、取芯法和回弹法。机口取样成型试块法一般用于控制混凝土拌合物质量，对实体结构强度评价参考意义不大。取芯法费时费力，对结构损伤较大，取芯直径一般应为骨料最大粒径的3倍，至少不得小于2倍。对于三级配混凝土，取芯直径最小为160 mm；四级配混凝土，取芯直径最小240 mm。回弹法目前并没有专门针对全级配混凝土的测强曲线，只能采取规范规定的测强曲线，误差可能较大，因此需要尽快制定全级配混凝土测强曲线。

3.6 高性能混凝土

高性能混凝土的典型特性为高耐久性、高工作性和高体积稳定性，配合比方面为加入大掺量掺合料和高效外加剂。当采用统一测强曲线时，遇到的不仅仅是假性碳化问题，测强曲线本身的适用性也大大降低。住建部虽制定了适用于高强混凝土的测强曲线[9]，但仍不成熟，在使用前需进行适用性验证，且没有考虑碳化问题。另外，水利上高性能混凝土与高强混凝土有一定区别，其对强度要求不强烈，关键在于耐久性，包括抗渗、抗冻、抗侵蚀等性能。已有学者在这方面进行了一定的研究[10-11]，但距离制定成熟、普适的测强曲线还有距离。