R值回彈法結構混凝土抗壓檢測技術研究

董 玉

（上海同濟檢測技術有限公司,上海市 200092）

0 引言

混凝土是土木工程中用途最廣、用量最大的一種建筑材料，它的質量直接影響到結構的安全性和耐久性[1]。無損檢測技術的發展為混凝土結構的狀況與性能提供了依據。回彈法作為無損檢測的一種手段，在我國已經使用50多年，這不僅是因為回彈法簡便靈活、成本低廉，也是由于我國已經解決了回彈法使用精度不高和不能普遍推廣等問題。

目前，在上海市結構混凝土強度的回彈法檢測中，R值回彈法應用最為廣泛。R值回彈法是用一個彈簧驅動的重錘，通過彈擊桿彈擊混凝土表面，并測出重錘被反彈回來的距離，以回彈值（反彈距離與彈簧初始長度之比）作為強度相關的指標，來推定混凝土強度的一種方法[2]。

1948年，瑞士工程師E.Schmidt研制出世界上第一臺R值回彈儀，為混凝土結構強度檢測提供了一種簡便的方法[3]。我國自20世紀50年代中期便使用回彈法進行混凝土結構強度檢測。1978年，國家建設委員會將包括回彈法在內的《混凝土質量非破損檢驗技術研究》正式列為重大科研項目[4]。1985年，《回彈法評定混凝土抗壓強技術規程》（JGJ23-85）作為我國第一部非破損檢驗混凝土強度的技術標準開始試行。

對于回彈法上海也已制定了地方標準DG/TJ08-2020-2007《結構混凝土抗壓強度檢測技術規程》，但由于上海制定關于回彈法地方標準的時間較長，回彈法測強曲線有必要進行驗證，作為現行標準的有效補充。為提高混凝土結構的準確性和科學性，有必要對R值回彈法進行進一步研究。

1 試驗概況

1.1 混凝土試塊

本次試驗共設計了1 134個混凝土試塊。根據上海工程建設常用的混凝土強度區間和混凝土強度需要檢測時的齡期等具體情況，此次研究選擇的混凝土強度范圍為20～70 MPa，齡期范圍為14～720 d。

混凝土強度等級劃分為：C20、C25、C30、C35、C40、C50、C60。每個強度等級混凝土拌合物應從同一盤混凝土中取樣，試件采用振動臺成型，混凝土試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。

混凝土試塊齡期劃分為 14 d、28 d、60 d、90 d、120 d、180 d、360 d、720 d。每一齡期制作十八塊150 mm×150 mm×150 mm立方體試塊。試塊上用鐵釘刻上樣品編號、強度等級、成型日期。

試塊成型24 h后，作好標記，放在戶外成‘品’字型堆放，每天澆水兩次，連續7 d，以后自然養護。每次檢測前3 d，把到試驗齡期的試塊搬至合適的場所，防止雨淋，保持試塊的干燥。

1.2 試驗方案

選取同一強度等級同一齡期的九塊試塊采用R值回彈法進行檢測，所使用儀器為的R值回彈儀（率定值80±1），回彈的測試面為試塊的成型面的側面，應清理干凈，不得有油污、浮灰等。

回彈檢測完畢后按《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB 50081-2002）的規定使用壓力試驗機進行立方體試塊抗壓強度試驗，得到試塊的立方體抗壓強度值，準確至0.1 MPa。

混凝土試塊試壓完畢，在試塊的被彈擊時混凝土試塊的側面用2%的酚酞酒精溶液進行碳化深度試驗，并用專用碳化深度測試儀測量混凝土試塊的碳化深度值。

使用剪壓儀對同一強度等級同一齡期的余下九塊試塊進行剪壓試驗，剪壓試驗測點應布置在立方試件的澆注側面，在每試塊的澆注側面進行1個剪壓試驗。

剪壓試驗完畢后的試塊按《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB 50081-2002）的規定進行立方體試塊抗壓強度試驗，得到試塊的立方體抗壓強度值，準確至0.1 MPa。

2 試驗結果

2.1 試驗數據

本次R值回彈法回歸數據總數494個（試塊強度大于70 MPa的數據未列入統計），試塊各強度數據分布詳見表1。

表1 R值回彈法回歸試塊強度分布表

2.2 數據回歸

（1）二元冪函數回歸

R值回彈法檢測強度回歸方程見式（1）：

式中：R為回彈值；dm為碳化值。

對三家不同檢測機構的R值回彈法數據進行了二元冪函數回歸，見表2。

表2 R值回彈法強度曲線二元冪函數回歸

（2）一元線性回歸

酚酞酒精溶液可以成為混凝土是否碳化的一種檢測方法，但有時它所指示的上述界面到混凝土表面的垂直距離并不一定是混凝土的碳化層。

由于當今混凝土中摻有一定數量的粉煤灰或礦渣粉，使混凝土表面摻合料的“濃度”高于內部[5]。造成檢測產生假性碳化現象，這種現象對混凝土表面硬度沒有多少提高，但由此計算的回彈強度推定值卻因為假性碳化深度的引入而較大程度的銳減。

此外，工程實體混凝土碳化檢測時發現，同一構件不同部位的碳化值也不盡相當，碳化深度值檢測存在離散和誤差較大、測量難度高等特點，很難準確測出碳化深度值。

因此建議R值回彈法檢測強度回歸方程可以不考慮碳化影響，用一元線性方程見式（2）：

式中：R為回彈值。

對三家不同檢測機構的R值回彈法數據進行了一元線性回歸，見表3和圖1。

表3 R值回彈法強度曲線一元線性回歸

圖1 R值一元線性回歸

2.3 回歸曲線分析

（1）三家檢測單位合并數據二元冪函數回歸方程的平均相對誤差δ為8.1%，小于14.0%；相對標準差er為10.9%，小于17.0%，滿足地區測強曲線的要求。

（2）三家檢測單位合并數據一元線性回歸方程平均相對誤差δ為8.1%，小于14.0%；相對標準差er為10.8%，小于17.0%，均滿足地區測強曲線的要求。

（3）根據三家檢測單位合并后R值回彈法檢測強度的二元冪函數回歸方程見式（3）：

在不同碳化值下與DG/TJ08-2020-2007《結構混凝土抗壓強度檢測技術規程》測強曲線見式（4）：

比較可得出：當R值為26～35時（對應強度15～35 MPa），其強度計算值略高于《結構混凝土抗壓強度檢測技術規程》（DG/TJ08-2020-2007）的回歸方程的強度計算值，強度值增加約0.1～2.7 MPa；當R值為36～48時（對應強度35～70 MPa），強度值降低約為0.4～10.0 MPa，當強度值越高，其降低幅度越大。

由此可見，本項目得出的R值回彈法檢測強度的二元冪函數回歸方程較《結構混凝土抗壓強度檢測技術規程》（DG/TJ08-2020-2007）的回歸方程有所調整。

（4）考慮到混凝土假性碳化等原因，假性碳化實際未對混凝土表面的硬度的增加起到作用，因此除了回歸冪函數曲線方程外，不考慮碳化影響，還用一元線性進行了回歸。根據三家檢測單位合并后R值回彈法檢測強度的一元線性回歸方程見式（5）：

在不同碳化值下與公式4測強曲線比較見圖2。

圖2 R值一元線性回歸與公式4二元回歸曲線對比

從圖2中可以看出，當R值為26～36時（對應強度 15～35 MPa），其強度計算值大于《結構混凝土抗壓強度檢測技術規程》（DG/TJ08-2020-2007）的回歸方程的強度計算值，強度值增加約 0.4～1.3 MPa；當R值為37～48時（對應強度35～70 MPa），強度值降低約為 0.1～10.7 MPa，當強度值越高，其降低幅度越大。

3 研究成果

成型了不同強度等級、不同齡期的同條件試塊，檢測其R值回彈值、碳化值和立方體抗壓強度值，對相關數據進行回歸統計分析，提出了R值回彈法測強專用曲線（冪函數回歸和線性回歸）。專用曲線平均相對誤差和相對標準差能夠滿足地區測強曲線的要求。R值回彈測強專用曲線見式（3）、式（5）。

上述測強專用曲線與《結構混凝土抗壓強度檢測技術規程》（DG/TJ08-2020-2007）相比，當R值為26～35時（對應強度15～35 MPa），其強度計算值略高；當R值為36～48時（對應強度35～70 MPa），強度計算值有所降低。

考慮到假性碳化的存在，建議使用式（5）作為地標測強曲線。

4 結語

該項目對現有R值回彈法專用曲線進行驗證，提出由于酚酞酒精溶液檢測混凝土碳化狀況具有不準確性，現今混凝土中摻雜的粉煤灰和礦渣粉造成假性碳化，同一構件不同部位碳化值不同，導致無法準確判斷碳化深度值。因此認為可以忽略碳化影響，建立R值回彈法檢測強度的一元回歸線性方程。

R值回彈法進行無損檢測為混凝土結構實體的強度提供了保障，對其專用曲線的驗證提高現有測強曲線準確度，作為現行標準的有效補充,為修訂相應的上海工程建設規范打好扎實基礎。降低了混凝土強度的漏檢、誤判，為混凝土實體強度達到設計的使用壽命與承載能力提供了一定的保障，確保合格地工程項目投入社會使用，從而保障了人民的生命與財產的安全。