混凝土結構實體強度檢測方法實驗對比分析

尚靜媛，陳 倩，文 超，雅 菁

(1. 天津津貝爾建筑工程試驗檢測技術有限公司，天津 300170；2. 天津城市建設學院，天津 300384)

在混凝土設計和質量控制中，強度是決定混凝土結構受力性能的關鍵因素之一，也是評定結構性能的主要參數.目前，國內建筑工程質量檢測中檢測強度的方法主要有：回彈法、鉆芯法、后裝拔出法、壓剪法等，其中回彈法因操作簡便被廣泛應用[1].

由于回彈法對混凝土強度的影響較多，在實踐中常會出現回彈法檢測混凝土結構實體強度檢測值與設計強度相差較大的情況，并且這種現象普遍存在.國家標準雖給出了全國通用回彈法檢測混凝土強度的測強曲線及強度換算表，但隨著新的配合比設計規范的頒布、市場混凝土原材料的變化、各種摻合料及各種外加劑的加入，使混凝土早期、晚期抗壓強度的發展規律及耐久性能中的抗碳化能力都可能發生了改變，從而對混凝土結構實體檢測的方法選擇和混凝土質量評定(抗壓強度及耐久性能中的抗碳化能力)都帶來了一定的影響[2].目前，學術界對此問題進行的系統性研究仍較少.因此，筆者根據實踐性問題，針對天津市目前原材料使用及施工環境條件，以本地區某攪拌站的配制強度等級分別為C30、C40、C50、C60的混凝土模擬實體(模擬施工現場)及試塊為例，采用回彈法、鉆芯法、標準立方體試塊抗壓法測試混凝土強度，對比研究各種測定方法的混凝土強度值之間的關系，為檢測行業正確評定混凝土工程質量提供分析依據.

1 實驗部分

1.1 實驗原料

1.1.1 混凝土配比

選擇天津地區廣泛使用的混凝土設計強度等級為 C30、C40、C50、C60的混凝土，使用原料規格見表1，實驗配合比見表2.

表1 原料規格

表2 混凝土配合比

1.1.2 試件規格

每一設定的強度等級混凝土模型尺寸均為墻類構件，輸送混凝土方式采用泵送，模型分主體及基礎部分：主體部分尺寸為 2 m×1.5 m×0.5 m；基礎部分尺寸為2 m×0.3 m×1 m.回彈測區布置遵循從上到下、從前到后均勻布置的原則，每個測試齡期均測試10個回彈測區，如圖1所示.

圖1 混凝土實體模型(及回彈測區布置)立面、平面圖

澆筑混凝土實體的同時，分別制作適量的尺寸為150 mm×150 mm×150 mm 的立方體標準試塊.鉆芯法檢測混凝土抗壓強度芯樣尺寸為 Ф100 mm×100 mm.

1.2 實驗儀器

數顯/直讀回彈儀：中型，剛鉆率定值80±2，符合規范要求；回彈儀(C60)：重型，剛鉆率定值 80±1，符合規范要求；壓力試驗機：最大量程2000 kN，精確至 0.1 kN，已進行力值檢定；取芯機：規格Ф100 mm，水冷卻固定，符合規范要求.

1.3 實驗過程

1.3.1 實體回彈強度測試

對混凝土模擬實體進行養護后，根據JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》規范要求，進行測區布置、回彈及回彈強度換算，得出實體回彈強度推定值[2].

1.3.2 實體芯樣制樣及測試

在混凝土模擬實體上，用鉆芯機進行取芯，根據DB29—148—2005《結構混凝土堆實體檢測技術規程》規范要求，到測試齡期時分別對每個實體取一組(3個)芯樣，按照規范要求養護處理后測抗壓強度，由規范換算出芯樣強度值[3].

1.3.3 標準立方體試件回彈及抗壓強度測試

為檢測標準立方體試件的抗壓強度值與實體回彈值之間的關系，在澆筑實體的同時，制作標準試塊，帶模養護3 d后，與實體進行同條件養護.到測試齡期時根據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T50081—2002規范要求，進行抗壓實驗，計算出抗壓強度值；在試塊抗壓前，先用壓力試驗機對試塊施加30～50 kN壓力，測出試塊的回彈強度值，分析同一試塊的回彈強度值與抗壓強度值的關系[4-5].

1.3.4 養護

四組不同強度等級的混凝土模擬實體拆模后，用塑料薄膜進行自養護 7 d，標準立方體試塊分別進行標準養護，溫度為(20±2)℃，相對濕度為 95%和同條件養護(與實體所處條件相同).

2 結果與討論

2.1 混凝土實體不同測區回彈值的測定

實體回彈測區為向陽、背陽、由上到下對面分布見圖2，圖a為實體向陽面，測區從上到下依次為1、2，3，4，5；圖b為實體背陽面，測區從上到下依次為6，7，8，9，10.自然養護累計溫度見圖3，在養護齡期為7，14，28 d時分別對四組不同強度等級的混凝土模擬實體進行回彈強度檢測，如圖4、圖5所示.分析數據可得向陽面測區的回彈值要略大于背陽面測區的回彈值，并且在早期這種現象比較明顯，這是由于光照使混凝土水化速度快，有利于混凝土強度增長，齡期達到 28 d時，普通混凝土各部位均已基本達到設計強度值，因此，光照對強度的影響較弱，而對于等級為C60的高強混凝土，由于其本身特性強度增長緩慢，28 d強度為設計強度的 83%，所以在28 d仍呈現出向陽面強度大于背陽面強度.

圖2 混凝土實體現場回彈測區分布

圖3 混凝土實體自然養護溫度累計曲線

圖4 混凝土實體7 d回彈強度分布

圖5 混凝土實體28 d回彈強度分布

2.2 回彈法與鉆芯法檢測混凝土抗壓強度對比

在混凝土強度檢測實踐中，針對回彈法檢測混凝土強度的不確定性，根據規范要求，采用鉆芯法對回彈法進行修正，確保工程檢測的準確性.鉆芯法是從結構或構件中鉆取混凝土芯樣加工成符合規定的芯樣試件，并通過對芯樣試件施加作用力來確定混凝土強度的試驗方法并能反映出實體的真實強度，但此法是一種破壞性檢測方法，在實際工程中對承重結構和主體結構部位不適用[6-7].因此，找出回彈強度和鉆芯強度之間的關系，了解檢測人員在實際操作中得到的數據的具體誤差，可為后期更加準確的推定強度值提供有效依據.

本實驗分別對四組不同強度等級的混凝土模擬實體在齡期為 14、28 d進行鉆芯取樣，按照規范要求[8]，采取芯樣(直徑 Ф100 mm，高徑比 1：1)經修整后進行標準養護處理，測試芯樣抗壓強度值與對應的實體回彈值進行比較，如圖6所示.

圖6 混凝土實體回彈強度與鉆芯強度分布

根據回彈法和鉆芯法檢測強度原理及實驗數據，可知在實體檢測過程中回彈強度值要比鉆芯強度值低，并且隨著混凝土強度等級增大，這種差異越明顯，見表3.這是因為回彈法檢測混凝土強度主要是作用在混凝土實體結構的表面，而且由于施工因素及外界環境作用，會使得表面比內部松散，易發生混凝土碳化，進而使表面強度低于內部.因此，當混凝土強度等級越高時，回彈法的適用性反而越差.分析 14 d和 28 d回彈強度和鉆芯強度的差異性，可知隨著齡期的增長這種差異性仍然存在，但此差異逐漸減小.因此，在高強混凝土中回彈法的適用性受到限制，測試的強度值明顯低于其實體強度.

表3 實體回彈強度與芯樣強度差值

2.3 回彈法與立方體標準試塊抗壓法檢測混凝土抗壓強度對比

標準試件立方體抗壓強度法是混凝土強度檢測中最基本、最常用、最經濟和最直觀的一種方法，但是試塊法的試驗結果對結構或構件的原位混凝土來說，只是一種間接測定值，它與實際結構中的混凝土質量，受力狀況及各種條件不可能完全一致，只是混凝土在特定條件下的性能反映.為此，筆者對試塊法和回彈法之間存在的聯系進行討論[9-10].

在齡期為 28 d時，四組不同強度等級的模擬實體、立方體試塊回彈及抗壓強度值見圖7，實驗具體步驟見2.3節.從圖7及表4可得，對立方體施加一定壓力后進行回彈得到的強度值與該試塊抗壓強度值存在差異性較大，標準立方體試塊抗壓強度值與實體回彈強度值也存在較大差異，這些差異性隨著混凝土強度等級的增大而增大，并且回彈法與試塊法之間的差異性大于與鉆芯法的差異性，這是由于在自然養護下(溫度條件如圖2)，齡期達到28 d時，混凝土實體內部并未水化完全，強度還存在一定增長空間，導致試塊法與鉆芯法測試強度偏差較大.而試塊回彈與實體回彈強度值差異性較小，且此差異不受強度等級的影響.

表4 實體回彈強度與試塊強度差值 MPa

3 結 論

(1)光照對混凝土實體回彈強度影響在早期較明顯，向陽面回彈強度大于背陽面回彈強度，28 d后強度變化受外界因素影響較小.

(2)對實體進行回彈和鉆芯強度測試結果顯示，回彈強度普遍低于鉆芯強度，并且這種差異性隨著混凝土強度等級的增加而增大，隨著齡期的延長而減小，因此，在高強混凝土強度檢測時，回彈法強度推定值明顯偏低.

(3)對比分析可得，混凝土實體回彈強度、鉆芯強度及標準立方體試件抗壓強度值差距較大，且二者差異性較大，并且此差異性大于回彈法與鉆芯法之間的差異性.

(4)標準立方體試塊在一定壓力下的回彈值與同等級的實體回彈值差異不大，但二者抗壓強度值差距較大.因此，證明利用回彈法強度推定混凝土實體強度誤差較大，其只能定性判定混凝土的表面質量.

［1］趙國輝. 幾種常用混凝土強度檢測方法的比較[J]. 城市建設理論研究，2011(24)：35-37.

［2］JGJ/T 23—2011，回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程[S].

［3］DB29-148—2005，結構混凝土堆實體檢測技術規程[S].

［4］GB /T50081—2002，普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].

［5］GB50107—2010，混凝土強度檢驗評定標準[S].

［6］張治泰，李乃平. 關于鉆芯法檢驗結構混凝土強度問題[J]. 工程質量，2003(1)：77-78.

［7］韋寶慶. 鉆芯法檢測結構混凝土強度影響因素的探討[J]. 廣東建材，2012(2)：39-40.

［8］CECS 03：2007，鉆芯法檢測混凝土強度技術規程[S].

［9］洪健濤，混凝土強度檢測問題探討[J]. 山西建筑，2007(20)：61-62.

［10］朱小雁，梁新用. 對回彈法檢測混凝土強度的分析研究[J]. 中華民居，2012(1)：71-72.