回弹法和超声回弹综合法在水利工程混凝土强度检测中的应用

陈伟

(宁波清源工程检测试验有限公司，浙江宁波，315010)

引言

在水利工程实践中，当工程主体混凝土已经浇筑完成并形成实体后，为保证工程质量，需对其混凝土强度进行现场检测，判断其是否满足设计要求的强度等级。此时，传统的混凝土试块检测方法已不满足使用条件，因此，较多地采用回弹法[1-3]、超声回弹综合法[4-6]、钻孔取芯法[7]等方法。其中，钻孔取芯法是指在建筑结构构件上钻孔，取出芯样后，测试其抗压强度。该方法检测结果较为准确可靠，但会对构件造成损伤，无法在重要构件检测或大范围检测中应用。因此，回弹法和超声回弹综合法得到了越来越广泛的应用。

当前，基于回弹法和超声回弹综合法的适用情况、应用过程以及应用效果等有一定的相似性[8-9]，这给工程检测人员在选择混凝土强度测定方法时带来不少的困惑。为此，本文系统性地介绍了回弹法和超声回弹综合法的基本原理、使用步骤以及工程中的适用性等内容，再结合某具体水利建设工程的混凝土强度检测数据，分析上述两种检测方法的检测精度情况，通过数据总结与偏差分析，从而更好地指导工程实践中混凝土强度检测方法的选用。

1 基于回弹法的混凝土强度测定

从1948年瑞士人施密特创造了回弹仪以来，混凝土强度检测的回弹法在建设工程中得到了广泛的运用，大大地促进了建设工程质量检测行业的发展。与此同时，我国也对该技术进行了大力的推广和应用，与此相关的《建筑结构检测技术标准》(GB/T50344-2004)、《回弹法检测混凝土抗压强度规范》(JGJ/T23-2011)、《水工混凝土试验规程》(SL352-2020)、《高强混凝土强度检测技术规程》(JGJ/T294-2013)以及《混凝土结构现场检测技术标准》(GB/T50784-2013)等规范或标准相继出台。

1.1 回弹法检测的原理

在混凝土结构中，混凝土的表面硬度与抗压强度之间存在一定的定量关系，借助这个关系，通过测定混凝土表面硬度，即可推测得到混凝土的抗压强度。回弹法正是基于该原理，利用回弹仪这个仪器间接测得混凝土的抗压强度，具体原理为：利用回弹仪给予小锤一定的动能，使之击打混凝土结构的表面，其中一部分动能被结构所吸收，另一部分动能则返回给仪器，通过测定返回仪器的动能便能得知被结构吸收掉了的动能，而吸收多少动能则由混凝土的表面硬度决定，由此可进一步得知混凝土的表面硬度，继而推断出混凝土结构的抗压强度值。

1.2 回弹法应用步骤

1.2.1检测前准备

检测之前，应对检测仪器和鉴定资料等进行核实检查，保证仪器处于鉴定后的可靠状态，避免因回弹仪的先天误差影响后续的强度检测数值。

1.2.2回弹值测定

选定相应的混凝土表面测区，用回弹仪读取16个测点的数据值，数据精度为1°。每两次测量点之间的距离不得少于20mm，且测点距离构件边缘以及外露的钢筋已埋件等不得少于30mm，测点在测区内的分布应均匀。每一测点处用回弹仪弹测一次，不得反复弹测多次，并避免弹测在气孔、石子等表面缺陷处。测定过程中，回弹仪的轴线应保持与被测构件的表面垂直，缓慢试测，读数应做到快、准，读取后即将仪器复位。

1.2.3构件碳化深度测定

混凝土碳化后将出现收缩、胀裂、表面松散等情况，在回弹测试时将吸收部分弹击能量，从而使混凝土回弹推定值大幅下降。因此，测定回弹值时须考虑碳化深度的影响，其对应关系可参见图1。

图1 碳化深度值与混凝土回弹值的关系(C40混凝土，取平均值)

用铁锤和螺丝刀在混凝土相应的检测处凿孔，孔径约为20mm，孔深约为15mm，且应比碳化深度更深。凿出圆孔后清理碎渣，但忌用清水冲洗。之后再马上滴入浓度约为1%的酚酞酒精液体，使其充分浸润圆孔内壁。当混凝土圆孔内壁的颜色变得稳定后，再用量尺测出变色部分和未变色部分的深度。其中，变色部分为没有碳化的混凝土，而未变色部分则为已经碳化的混凝土。碳化深度量测三次并取平均值，精度为0.5mm。

1.2.4回弹值修正

为尽可能消除不必要的误差因素，应根据《回弹法检测混凝土抗压强度规范》(JGJ/T23-2011)，对测量所得数据进行处理。

(1)测区平均回弹值求解。将回弹仪探测所得的16个回弹值，分别去掉最大和最小的三个数据，将剩下的10个数据求平均值，作为该构件的回弹值。

(2)回弹仪角度修正。根据仪器轴线与水平线之间的夹角，对照相关规范附件可得相应的修正值，对上述的回弹值进一步进行修正，得出修正值。

(3)构件表面修正。利用回弹仪测试构件表面，根据测试数据继续对修正值进行修正。

(4)抗压强度推算。对照当地的地方测强曲线，根据上述的回弹修正值和碳化深度，算得相应的混凝土强度值。

1.3 特点分析

回弹法操作简单、便捷，费用较低，且可较快速地测出混凝土构件的相应强度，通过随机检测不同的混凝土位置，可全面了解构件的整体强度分布情况，同时不会对构件产生破坏，属于无损检测，因此应用较为便利。但回弹仪测得的是回弹值，需要对照当地的测强曲线，并联系碳化深度，才能求算得强度值，其间存在一定的误差，精确度较差。同时，当混凝土经历过火灾、极端天气冻融以及化学腐蚀等情况时，其表面和内部强度差异较大，此时的回弹法检测效果将大打折扣。

2 基于超声回弹综合法的混凝土强度测定

2.1 超声回弹综合法的原理

在原理方面，超声法和回弹法较为类似，都是基于混凝土强度与混凝土某种特性之间的关系，先通过测得与混凝土强度有特定关联的某一物理量，再间接推算求得强度值。两者不同之处在于，超声法借助的是超声波在介质中的传播速度与其强度之间的关系，根据弹性波动理论可知，超声波的传播速度与混凝土弹性模量、密度等有关；回弹法则是基于混凝土表面硬度与抗压强度之间的关系。超声回弹综合法，顾名思义，即是超声法和回弹法的结合应用，以此求得混凝土的抗压强度。其基本思路为：对同一混凝土构件分别采用回弹法和超声法，测得相应的回弹值和超声波声速，再将数据代入相关公式求得混凝土强度。所述公式具体如下：

(1)

2.2 超声回弹综合法的应用步骤

(1)对混凝土构件的某一测区，采用回弹仪进行回弹测试，求得相应的回弹值及其修正值，具体的回弹修正值求法与1.2节相同，不再赘述。

(2)在回弹法测试的同一测区，采用低频超声波检测仪进行超声测试。

测试时，在测区表面设置3个点位，再将超声波发射器与接收器的轴线对准在同一轴线上，测得的三次声速值均保留两位小数。测试结束后，根据式(2)求解出超声波声速的代表值v。

v=3L/(t1+t2+t3)

(2)

在式(2)中，L为超声测距，t1、t2、t3分别为3个测试点位的声时值。

(3)对于上述两个步骤，值得注意的是要对同一测区先进行回弹测试、再进行超声测试，同时注意区分两个不同测试类别的测试数据，不可混淆。在求得声速代表值后，对于检测面是混凝土浇筑面的情况，应对声速代表值进行相应修正，具体修正方法如式(3)所示：

Va=βv

(3)

在式(3)中，Va为修正后的声速代表值，β为修正系数，当检测面是混凝土浇筑面时一般取1.034。

2.3 特点分析

相较于单一的回弹法或超声法，超声回弹综合法取长补短，尽可能多地考虑到了更多的物理参数，较为全面地体现了混凝土强度的各类影响因素，检测误差更小，精确度更高，可更加可靠地反映混凝土构件的整体强度以及质量情况。同时，超声回弹综合法在混凝土构件浇筑7d后即可开展检测，因此能较及时快速地判断混凝土强度发展情况是否符合设计要求。

3 水利工程混凝土强度检测分析

为进一步指导现场实际中混凝土强度检测方法的选择，分别采用回弹法和超声回弹综合法对某大型水利建设工程项目中的某C35混凝土构件进行强度检测，检测时间均为混凝土浇筑后7至15天之间，同时在浇筑混凝土时现场留置了相应数量的试块。经数据初步分析，发现超声回弹综合法与回弹法的检测数据之间有较大的误差，为此，进一步对照了留置试块的抗压强度试验值，将三种检测数据进行对比，从而得出了一定的规律性。回弹法检测数据、超声回弹综合法检测数据以及现场留置的同条件养护试块检测数据汇总列于表1。

表1 不同的混凝土强度检测方法所测得的数据对比

由表1中的数据可知，对于本次水利工程中的C35混凝土构件而言，回弹法检测混凝土强度的数值总体偏大，比同条件试块强度值大约26.4%～34.5%，而超声回弹综合法的混凝土强度检测数值虽然部分偏大、部分偏小，但总体偏差均不大，且与试块检测值基本吻合，最大偏差约为5.5%。相关统计数据和规律亦符合文献[9]中所得出的对比结论，即对于C20～C40之间的混凝土(本工程为C35)，超声回弹综合法的检测结果准确度较高，而回弹法均偏大。在实际工程应用中，此结论具有一定的参考价值，但需结合地方工程的实际情况进行综合考虑。需要说明的是，本次试验的试块样品数量还不够大，所统计规律的精确性程度有待进一步提高。同时，回弹法检测强度偏大与混凝土强度等级之间关系的微观机理也有待进一步研究，以期能从理论依据和实践数据两方面得出更有参考性的结论。

4 结语

在水利工程中，混凝土材料具有非常广泛的应用情形，其关键性指标——抗压强度直接影响着项目的建设质量以及后期的使用安全，对混凝土实体强度进行准确检测，判断其是否符合设计要求的强度等级具有重要的现实意义。在目前的混凝土强度检测方法中，无损检测因操作简单、不影响构件质量等优势得到了青睐，其中回弹法和超声回弹综合法是主要的检测手段。在具体实践操作中，检测人员对回弹法和超声回弹综合法的应用场合往往难以准确判断，继而影响最终的混凝土强度检测结果，并给工程质量的准确判断带来潜在隐患。因此，本文在系统介绍回弹法和超声回弹综合法的基本原理、操作步骤以及应用特点的基础上，以水利建设工程中的具体混凝土检测数据为依托，通过对比分析两种混凝土强度检测方法的准确性和偏差值，以期更好地指导检测人员针对回弹法和超声回弹综合法的综合选择，从而实现对工程建设质量的准确判断。