關(guān)于鐵路混凝土回彈強(qiáng)度偏低的原因探討

張向禮

國(guó)家鐵路局工程質(zhì)量監(jiān)督中心，北京 100891

0 前言

混凝土是建設(shè)工程最主要材料，混凝土質(zhì)量決定工程質(zhì)量，混凝土強(qiáng)度是決定混凝土質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，與混凝土結(jié)構(gòu)的健康現(xiàn)狀和耐久性密切相關(guān)。檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的方法很多，下面主要就鐵路工程實(shí)體質(zhì)量檢測(cè)常用的回彈法與鉆芯法檢測(cè)強(qiáng)度差別的原因分析進(jìn)行探討分析。

1 某工地橋梁墩柱實(shí)體混凝土的回彈檢測(cè)強(qiáng)度推定值與鉆芯取樣抗壓試驗(yàn)強(qiáng)度推定值。

由表中的數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)，混凝土回彈檢測(cè)方法推定的實(shí)體強(qiáng)度值不合格，而取芯強(qiáng)度是合格的，且強(qiáng)度高出很多。

芯樣情況

2 基本概念

（1）回彈法是采用回彈儀的彈簧驅(qū)動(dòng)重錘，通過(guò)彈擊桿彈擊混凝土表面，并以重錘被反彈回來(lái)的距離（稱回彈值指反彈距離與彈簧初始長(zhǎng)度之比）作為強(qiáng)度相關(guān)指標(biāo)來(lái)推算混凝土強(qiáng)度的一種方法。回彈值實(shí)際上反映的是混凝土的表面硬度。混凝土表面硬度與強(qiáng)度有一定的相關(guān)性，因此，通過(guò)一系列換算，能夠用回彈值推導(dǎo)出混凝土的強(qiáng)度。

（2）鉆芯法是采用鉆機(jī)從結(jié)構(gòu)混凝土中鉆取芯樣以檢測(cè)混凝土強(qiáng)度或觀察混凝土內(nèi)部質(zhì)量的方法。

3 回彈強(qiáng)度偏低影響因素分析

3.1 回彈區(qū)域的影響

混凝土是不均質(zhì)的建筑材料。由于回彈儀僅僅作用于混凝土表面的一個(gè)點(diǎn)，因此，彈擊點(diǎn)附近混凝土的性能對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。因此，回彈檢測(cè)單次測(cè)量的誤差受檢測(cè)區(qū)域影響較大。對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行回彈都是在表層混凝土回彈。若彈擊點(diǎn)位于硬度較大的骨料或者鋼材等硬質(zhì)面上，回彈值就會(huì)較大，若彈擊點(diǎn)位于較為松散的混凝土面，回彈值就會(huì)較小。表層混凝土漿體相對(duì)較多，由于漿體的存在，質(zhì)地較軟，盡管打磨掉表層砂漿，也會(huì)使回彈結(jié)果或多或少地降低，從而使最后結(jié)果的合格率降低，強(qiáng)度代表值不合格。

3.2 混凝土原材料的影響

回彈檢測(cè)原理是表面硬度與強(qiáng)度換算關(guān)系。隨著混凝土技術(shù)發(fā)展，混凝土已不是以前的水泥砂子、碎石、水的四組分組合體。摻合料、外加劑的使用使得混凝土具有了多組分結(jié)構(gòu)；礦粉、粉煤灰等摻合料的使用對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生了很大的影響，甚至是質(zhì)的影響；特別是粉煤灰在混凝土中的使用，降低了混凝土表面的硬度，從而使得混凝土結(jié)構(gòu)的回彈值會(huì)偏低，回彈推定值有可能不能滿足設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致得出的結(jié)論不合格。

3.3 混凝土表層碳化深度的影響

混凝土碳化是混凝土中水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生的Ca（OH）2 與混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境中的CO2發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)CaCO3，使混凝土表面硬化。混凝土所用水泥種類、水泥用量、水膠比大小、粉煤灰用量、骨料品級(jí)質(zhì)量、外加劑質(zhì)量、環(huán)境濕度、溫度、空氣中的二氧化碳濃度，施工、養(yǎng)護(hù)等對(duì)混凝土的碳化深度都有影響。雖然硬度與強(qiáng)度是兩個(gè)不同的概念，但回彈規(guī)程規(guī)定要把影響硬度的碳化值減去，使得回彈測(cè)強(qiáng)推定的結(jié)果降低，當(dāng)碳化深度大時(shí)，易導(dǎo)致回彈強(qiáng)度代表值不合格。

3.4 混凝土施工及所處環(huán)境影響

由于回彈的原理是表面硬度與強(qiáng)度的換算關(guān)系。潮濕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)物表面硬度低，從而使結(jié)構(gòu)的回彈值偏低，干燥環(huán)境下的結(jié)構(gòu)物混凝土表面硬度高，從而使回彈值也偏高。養(yǎng)護(hù)條件較好的部位由于混凝土中組分的相互反應(yīng)充分，水泥石形成充足，硬度加大使的回彈值相對(duì)偏高，養(yǎng)護(hù)不到位的地方則相對(duì)偏低。

3.5 回彈數(shù)據(jù)處理影響

混凝土回彈數(shù)據(jù)處理，要求對(duì)16 個(gè)點(diǎn)的回彈值中去掉3個(gè)最大值和3 個(gè)最小值，然后求平均值即為回彈強(qiáng)度測(cè)定值。去掉3 個(gè)最大值和3 個(gè)最小值目的是為了避免由于離散性引起回彈值不準(zhǔn)確，但有可能存在3 個(gè)最大值與平均值的差值都沒(méi)有超過(guò)3 倍方差，不能算是離散值，若不是離散值時(shí)，將導(dǎo)致回彈平均值偏低，降低了強(qiáng)度推定結(jié)果合格的幾率，使得回彈強(qiáng)度推定的代表值不合格。

3.6 統(tǒng)一回彈測(cè)強(qiáng)曲線的影響

《鐵路工程結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)規(guī)程》TB10426 的第5.4 條混凝土強(qiáng)度換算及推定明確規(guī)定混凝土強(qiáng)度換算值可采用以下三類測(cè)強(qiáng)曲線：統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線、地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線、專用測(cè)強(qiáng)曲線。由于統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線只有共性，沒(méi)有個(gè)性。施工使用的混凝土材料與制作統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線的代表材料有著天壤之別，致使統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線中的數(shù)據(jù)已與工程結(jié)構(gòu)實(shí)際相差太遠(yuǎn)，降低了參考價(jià)值。三種測(cè)強(qiáng)曲線應(yīng)按專用測(cè)強(qiáng)曲線、地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線、統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線的順序選用，目前建設(shè)各方基本未建立專用測(cè)強(qiáng)曲線、地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線，選用統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線導(dǎo)致回彈強(qiáng)度推定結(jié)果誤差太大，進(jìn)而導(dǎo)致了回彈強(qiáng)度不準(zhǔn)確。

4 鉆芯強(qiáng)度偏高原因分析

4.1 混凝土芯樣試件結(jié)構(gòu)的密實(shí)性

鐵路混凝土是高性能混凝土，由于耐久性的要求，摻合料使用較多，水膠比也相對(duì)較低。由于水膠比較低，摻合料的填充，使得混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，因此，抗壓強(qiáng)度一般都是超強(qiáng)的。

4.2 施工控制

鐵路混凝土所用的原材料，混凝土生產(chǎn)控制，施工養(yǎng)護(hù)措施相對(duì)較好，所以鐵路混凝土的穩(wěn)定性相對(duì)較好。從實(shí)體上鉆取芯樣制作的試件質(zhì)量也相對(duì)較好，隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土抗壓強(qiáng)度更容易合格。

4.3 混凝土配合比富余系數(shù)的影響

實(shí)體結(jié)構(gòu)所用的混凝土配合比是由試驗(yàn)室是在保證95%以上強(qiáng)度合格率的前提下，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料經(jīng)多次試配而得出來(lái)的配合比。用于施工的配合比不但要滿足強(qiáng)度要求而且要滿足耐久性要求，還要滿足電通量標(biāo)準(zhǔn)要求，所以不少混凝土施工配合比富余系數(shù)較大，才能滿足強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)要求。

4.4 芯樣制作

芯樣是從實(shí)體中鉆取下來(lái)的，試件制作的過(guò)程中，為了端面的平整，芯樣加工都切去了酥松的表層，因而其密實(shí)性與實(shí)體結(jié)構(gòu)接近或等同。

5 混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度判定

（1）按照回彈法檢測(cè)并計(jì)算好單個(gè)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的推定值f1。

（2）選擇部分回彈強(qiáng)度低的混凝土構(gòu)件，在結(jié)構(gòu)受力最小的部位按照鉆芯法鉆芯，加工、試驗(yàn)，計(jì)算出芯樣的強(qiáng)度f(wàn)2。取芯的數(shù)量一般為所檢構(gòu)件總數(shù)的20%左右。

（3）求出綜合修正系數(shù)

δ=［Σ（f2/f1）］/n

式中：n—芯樣的個(gè)數(shù)。

（4）用δ 修正各構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度的推定值：f2=δ×f1

6 結(jié)論

回彈儀盡管存在一些先天不足，但是回彈法是無(wú)損檢測(cè)，方法簡(jiǎn)單，工地現(xiàn)場(chǎng)容易操作，鉆芯法會(huì)對(duì)工程結(jié)構(gòu)物造成很大的破壞。因此，可采用鉆芯法檢測(cè)混凝土的內(nèi)部質(zhì)量，用回彈法檢測(cè)混凝土的勻質(zhì)性情況，用鉆芯法來(lái)修正回彈法檢測(cè)的混凝土強(qiáng)度，兩者相結(jié)合，效果更好。