混凝土抗壓強度檢測技術

(上海同濟檢測技術有限公司，上海 200092)

混凝土作為建筑結構中應用最廣泛的材料之一，其強度是影響建筑結構質量的重要因素。目前,評定混凝土強度的傳統方法是測定標準試塊的立方體抗壓強度[1]。但在實際施工中，由于標準試塊的成型、養護條件和受力狀態不可能與結構實體混凝土的完全一致，標養強度反映的是材料強度而非結構實體強度[2]，當出現對施工質量有懷疑、質量事故鑒定以及既有建筑改造加固等情況時，都需要使用無損檢測技術對實體混凝土強度進行檢測。因此，混凝土的無損檢測技術得到了廣泛應用[3]。

目前，上海市混凝土實體強度檢測中常用的無損檢測方法有R值回彈法和鉆芯法，對于回彈法和鉆芯法，上海已制定地方標準DG/TJ08-2020-2007《結構混凝土抗壓強度檢測技術規程》。但近十多年來，上海地區混凝土的組成成分(如水泥、骨料、粉煤灰、外加劑等)都發生了很大變化，現有規范的專用測強曲線有待修正。另外，與十年前相比，鉆芯法芯樣的加工設備、工藝以及加工準確度都有所提高，芯樣磨平修正系數和硫磺補平修正系數有待進一步驗證。此外，除現有地方標準中提到的檢測方法外，近年來又出現了如剪壓法、Q值回彈法等新型檢測方法。剪壓法是通過一種特制的擠壓千斤頂對混凝土構件的邊緣施加壓力，使構件邊緣發生局部剪壓破壞，再根據其局部承壓情況來推定構件混凝土強度的方法。剪壓法較R值回彈法的檢測精度高，較鉆芯法操作簡單[4]。Q值回彈法是一種通過測量彈擊速度來推定混凝土強度的方法，與R值回彈法相比，其具有不受彈擊角度及重力影響、測量準確度高和可重復性高以及測強范圍大的優點[5]。以上兩種方法操作簡單，檢測效率高，檢測結果直觀，是理想的混凝土強度檢測的新方法，具有很高的經濟效益和社會效益。

綜上所述，為了提高結構混凝土檢測的準確性和科學性，有必要對現有非破損檢測混凝土強度的方法進行進一步的研究，完善DG/TJ08-2020-2007中的結構混凝土現場檢測方法，并補充新的檢測方法。

1 試驗概況

筆者采用R值回彈法，Q值回彈法，剪壓法和鉆芯法對混凝土試塊進行測強試驗。

1.1 試驗試件

R值回彈法,Q值回彈法和剪壓法測強試驗的混凝土試塊強度包含C20,C25,C30,C35,C40,C50,

C60等7個強度等級，齡期為14，28，60，90，120，150，180，360 d等8個齡期，同一強度等級同一齡期制作18塊規格(長×寬×高)為150 mm×150 mm×150 mm的立方體試塊，共1 008塊。同一強度等級同一齡期的試塊中，9塊試塊采用R值回彈法和Q值回彈法進行檢測，回彈檢測完畢后的試塊進行抗壓強度試驗；其余9塊試塊進行剪壓試驗，剪壓試驗完畢后的試塊進行抗壓強度試驗。

鉆芯法測強試驗的混凝土試塊強度包含C20，C30，C40，C50，C60等5個強度等級，齡期為60，150，360 d，同一強度等級同一齡期制作15塊規格(長×寬×高)為150 mm×150 mm×150 mm的立方體試塊，共225塊。同一強度等級同一齡期的試塊中，12塊試塊進行鉆芯法測強試驗，試驗分組情況如表1所示,另外3塊試塊進行抗壓強度試驗。

表1 鉆芯法測強試驗分組情況

1.2 混凝土配合比

試驗參考普通混凝土配合比設計規程，設計C20,C25,C30,C35,C40,C50,C60等7個強度等級的混凝土配合比，設計參數如表2所示。

表2 混凝土配合比設計參數

2 混凝土測強曲線

2.1 R值回彈法測強曲線

DG/TJ08-2020-2007規程中R值回彈法測強曲線考慮了碳化深度對換算的影響。一方面，現今混凝土的組成成分與十年前有了很大的區別，大量的泵送混凝土中摻有一定數量的摻合料，如粉煤灰和礦渣粉等;粉煤灰和礦渣粉的表觀密度及堆積密度均小于普通水泥的，故在大流動性的泵送混凝土中，部分粉塵在振搗工程中產生離析而富集于混凝土表面上，使混凝土表面的摻合料含量高于內部的，導致混凝土表面和內部在組成物質上存在較大的差異。另一方面，采用了酸性脫模劑從而使與模板接觸的混凝土表面產生失堿的中性化現象，并不是真正意義上的回彈檢測中的碳化事實。這種假性碳化現象，對混凝土表面硬度提高沒有多少作用，當然也并不能提高回彈值，但由此計算的回彈強度推定值卻因該假性碳化深度的引入而出現較大程度的減小[6]。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，檢測時存在離散性和誤差較大、測量難度高等特點，很難準確測出碳化深度[7]。因此，建議R值回彈法檢測強度的回歸方程不考慮碳化影響，可用如下的一元線性方程表示

(1)

回彈值R與混凝土抗壓強度的關系曲線如圖1所示，從回歸結果可以看出，兩者具有較好的相關性，相關系數為0.91。該線性回歸方程的平均相對誤差為8.1%，小于14.0%；相對標準差為10.8%，小于17.0%，不考慮碳化影響的線性方程滿足JGJT 23-2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》中建立的地方測強曲線要求。

圖1 回彈值R與混凝土抗壓強度的關系曲線

2.2 Q值回彈法測強曲線

Q值回彈法檢測強度回歸方程同樣可不考慮碳化影響，其一元線性方程如式(2)所示

(2)

式中：Qi為第i個測區的回彈平均值，精確至0.1。

回彈Q值與混凝土抗壓強度的關系曲線如圖2所示，從回歸結果可以看出，兩者具有較好的相關性，相關系數為0.93。該線性回歸方程的平均相對誤差為9.9%，小于14.0%；相對標準差為12.1%，小于17.0%，不考慮碳化影響的線性方程滿足標準JGJT 23-2011中建立的地方測強曲線要求。

圖2 回彈值Q與混凝土抗壓強度的關系曲線

2.3 剪壓法測強曲線

剪壓法檢測強度回歸方程用一元線性方程表示，如式(3)所示。

(3)

式中：Ni為第i個混凝土試塊的剪壓力計算值，精確至0.1 kN。

剪壓力與混凝土抗壓強度的關系曲線如圖3所示，從回歸結果可以看出，兩者具有較好的相關性，相關系數為0.91。該線性回歸方程的平均相對誤差為10%，小于14.0%；相對標準差為12.1%，小于17.0%，滿足混凝土無損檢測地方標準中規定的技術要求。

圖3 剪壓力與混凝土抗壓強度的關系曲線

2.4 鉆芯法修正系數驗證

根據CECS03：2007《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》和DG/TJ08-2020-2007規程的規定，高徑比為1的直徑為100 mm和70 mm的芯樣，其磨平法修正系數為1.00，補平法修正系數為1.05。JGJ/T 384-2016《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》規定，高徑比為1的直徑為100 mm和70 mm的芯樣修正系數為1.00。近年來由于切割、磨平等加工設備的換代，上海市建設工程檢測行業芯樣加工整體水平有所提高，因此有必要對修正系數進行驗證。

混凝土芯樣與混凝土同條件試塊(150 mm×150 mm×150 mm)之間的強度換算回歸方程用以下方程表示。

(1) 磨平法

(4)

(2) 硫磺補平法

(5)

鉆芯強度與試塊強度的關系曲線如圖4，5所示，從試驗結果可看出，直徑為100 mm的芯樣與70 mm芯樣的試塊強度值較為接近，可統一進行統計，補平法與磨平法兩種芯樣加工方式對芯樣強度的修正趨勢也較為一致。采用線性回歸，磨平法修正系數范圍為0.95～0.99，補平法修正系數為1.03～1.08。

采用磨平法和補平法加工的芯樣與混凝土抗壓強度均具有較好的相關性，相關系數分別為0.945和0.949。磨平法和補平法加工芯樣的線性回歸方程的平均相對誤差分別為9.1%和8.2%，均小于14.0%；相對標準差分別為11.1%和10.1%，均小于17.0%，滿足混凝土無損檢測地方標準制定的技術要求。

圖4 鉆芯強度與試樣強度的關系曲線(磨平法)

圖5 鉆芯強度與試樣強度的關系曲線(補平法)

3 結論

針對上海地區混凝土R值回彈法、Q值回彈法、剪壓法和鉆芯法等混凝土測強曲線進行了試驗研究，并得到了對應測強曲線的公式。試驗結果表明，所提出的測強曲線公式能夠較好地表示結構中的實體混凝土強度。

(1) 對于DG/TJ08-2020-2007規范中R值回彈法測強曲線，建議根據文章研究成果進行調整。考慮到假性碳化的存在，真正的碳酸鈣碳化層厚度按目前的技術手段無法進行檢測，中性化現象對工程實體回彈檢測的影響又很大，建議采用文章提出的不考慮碳化深度的公式。

(2) 建議DG/TJ08-2020-2007規范中增加Q值回彈檢測法與Q值回彈測強專用曲線公式。

(3) 建議DG/TJ08-2020-2007規范中增加剪壓法與剪壓法測強專用曲線公式。

(4) 對于DG/TJ08-2020-2007規范中的鉆芯法測強曲線，建議根據文章研究成果進行調整。