回弹-钻芯修正法检测混凝土强度数据分析

2021-04-15周明星张晓婉

河南城建学院学报 2021年6期

周明星，房栋，张晓婉，陈刚

(1.河南牧业经济学院工商管理学院，河南郑州 450044；2.郑州大学土木工程学院，河南郑州 450000；3.许昌市建设工程质量检测站，河南许昌 461000；4.河南工程学院土木工程学院，河南郑州 451191)

混凝土作为目前建筑工程中使用最广泛的一种建筑材料，其强度对工程结构的承载力和使用寿命起决定性作用，是建筑工程质量与安全的保障。近年来，由于混凝土强度不达标引起桥梁倒塌、住宅裂缝和结构变形等多起工程事故，不但严重危害人民的生命财产安全，而且对后期维修加固造成巨大的经济损失，引起不良社会影响。在混凝土结构交付使用前对混凝土强度进行现场检测，可有效反映工程质量高低，对结构的安全把控至关重要[1]。

混凝土强度现场检测可以通过回弹法、拔出法、钻芯法、超声法和冲击回波法等多种方法实现[2]。其中，通过测定混凝土表面的硬度间接推定混凝土强度的回弹法操作简单且不损害实体结构，在实际工程中应用最为广泛，但推定方法的适用性和推定结果的准确性仍受质疑[3-5]。而钻芯法通过现场实体取样，直接测定混凝土的抗压强度，方法直接、结果可靠，但成本较高且损害实体结构。基于混凝土强度检测中存在的上述问题，本文采用结合两者优势的回弹-钻芯修正法对混凝土强度进行检测，根据钻芯法测得的混凝土抗压强度对回弹法得到的混凝土强度推定值进行修正，提高回弹法的可靠性。

按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)[6]对许昌市某住宅小区进行混凝土现场回弹检测，记录回弹值与碳化深度，计算混凝土强度推定值。然后，根据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(JGJ/T384-2016)[7]对所布置的实际回弹测区进行取芯测强，用于修正回弹法计算得到的混凝土强度推定值，并分析钻芯修正对混凝土强度的影响。最后，建立回弹值与钻芯抗压强度之间的关系曲线，通过该曲线计算钻芯抗压强度，对回弹法混凝土强度进行修正，既可避免钻芯法对结构造成的损害，又可提高回弹法的可靠度。

1 数据测定

1.1 回弹值测定

某住宅小区位于许昌市，为泵送混凝土浇筑剪力墙结构。依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)[6]，对强度等级为C30、C35和C40的工程构件混凝土抗压强度分别进行抽样检测。每一检测构件布置5个测区，每一测区布设16个测点，依次对同一测区每个测点进行回弹，并选取16个测点中的3个最大值和3个最小值，得到每个测区平均回弹值。回弹值测量完成后，采用配置浓度为1%的酚酞酒精溶液检测测区混凝土碳化深度，测区回弹值平均值与碳化深度见表1。

表1 回弹平均值与碳化深度

续表1

现场测定的混凝土回弹值代表混凝土表面的硬度，不直接反映混凝土强度。按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)[6]要求，根据表1，进行测区混凝土强度换算与推定，并计算得到混凝土强度换算值平均值和推定值平均值。计算结果见表2。

表2 回弹法计算混凝土强度换算值与推定值

续表2

1.2 钻芯值测定

结合回弹法所布设测点，依据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(JGJ/T384-2016)[7]钻取直径为100 mm的芯样进行抗压强度试验，得到芯样抗压强度，并计算同一强度等级芯样混凝土抗压强度平均值，结果见表3。

1.3 回弹-钻芯修正

依据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(JGJ/T384-2016)[7]钻芯修正法要求，计算钻芯修正量与修正后混凝土强度推定值，计算结果见表3。

表3 芯样混凝土抗压强度及修正后混凝土抗压强度

续表3

2 数据分析

2.1 钻芯修正对回弹混凝土强度的影响分析

根据表2和表3，对同一强度等级混凝土采用回弹法和回弹-钻芯修正法计算得到的强度推定值进行比较，结果见图1。

图1 回弹强度与回弹-钻芯混凝土强度对比

图2 回弹值与钻芯抗压强度关系图

由图1可知：同一强度等级混凝土采用回弹法得到的混凝土强度比回弹-钻芯修正法得到的强度值小，且随着混凝土强度等级降低，这种差异程度越明显。这一点与孟军涛[8]研究结论一致。进一步将该结论与文献[9]对比，发现:当回弹法不考虑碳化时，钻芯混凝土强度与回弹强度之间的差异会随强度等级提高而增大；当回弹法考虑碳化时，钻芯混凝土强度与回弹强度之间的差异会随强度等级提高而减小。因此，通过文献间不同结论的比较分析，得出:碳化对回弹检测混凝土强度影响较大。

2.2 回弹-钻芯数据回归分析

混凝土钻芯抗压强度与回弹值存在一定的相关性，故根据最小二乘法原理[10]将表1和表3中混凝土回弹值与钻芯抗压强度进行整理并拟合，结果见图2。

根据图2中的回弹值与钻芯抗压强度间的拟合关系曲线，对4种模式的拟合结果分别进行误差和精度分析，结果见表4。

表4 回弹值与抗压强度拟合结果误差和精度分析

由表4可知：4种拟合函数的回归方程相关系数均接近于1，说明回弹值与钻芯抗压强度之间相关性较好，函数1属于二次函数，其拟合相关性最好；4种拟合函数的剩余标准差均较小，说明拟合方程精度较高，且精度最高的是二次函数。通过回归分析得到的4种拟合函数均满足相关性和精度要求，且二次函数形式更适用于表示回弹值与抗压强度的关系。

3 实例验证

根据回弹值与拟合得到的回弹值-钻芯抗压强度曲线可以快速推算出构件混凝土钻芯抗压强度，且不破坏结构。为了推广回弹值-钻芯抗压强度拟合关系曲线的应用，通过工程中实测的回弹值与钻芯抗压强度，对此拟合曲线的适用性进行了验证，计算结果见表5。

表5 钻芯抗压强度实测值与计算值

续表5

由表5可知：在实际工程应用中，混凝土钻芯抗压强度实测值与根据4种拟合函数关系式得到的钻芯抗压强度计算值最大偏差分别为-9.1%、-11.6%、-10.2%和-10.2%，满足《回弹法检测混凝土抗压技术规程》(JGJ/T23-2011)[6]相关规定，且混凝土钻芯抗压强度计算值与实测值偏差最小的函数形式是二次函数。