談回彈法檢測混凝土抗壓強度

文／賴蕾明 常德天城規劃建筑設計有限公司 湖南常德 415000

引言：

由于方法的缺陷，在回彈法測量混凝土抗壓強度中總會存在一定的誤差，但是誤差的結果往往對于測量的真實性有著較大的影響。為了減少誤差，提高檢測質量，必須要在相同級別的范圍內對誤差范圍進行評定，并且需要附有合理的誤差評定結果。因此，開展回彈法檢測混凝土抗壓強度的誤差評定研究，對于今后進一步改進該方法的準確度、設備升級和科學研究具有重要意義。

1、基本概念辨析

1.1 回彈法概述

采用標準能量為2.207J的混凝土回彈儀檢測混凝土結構或構件壓強度的方法，在建設工程中的應用已經有半個多世紀的歷史。

用于測定普通混凝土強度的回彈儀是通過借助于已獲得的一定能量的彈擊拉簧所連接的彈擊錘沖擊桿后，最后由錘向后面彈回來，并且是在回彈的機殼上的刻度尺顯示出回彈的值。而對于回彈能量是要取決于混凝土的彈塑性性能，它的能量的傳遞和變化的概述如下：

將回彈儀的動能設置為E，則由功能原理：

M1——使混凝土產生塑性變形的功；

M2——使混凝土彈擊桿及彈擊錘產生彈性性變形的功；

M3——彈擊錘因摩擦損耗的功；

M4——彈擊錘在沖擊過程中克服空氣阻力的功；

M5——混凝土在產生塑性變形時增加自由表面所損耗的功；

M6——儀器在沖擊時由于構件的顫動和彈擊桿的移動而損耗的功；

由于M3、M4、M5、M6一般都是很小的，當混凝土的構件具有足夠的剛度而且緊貼混凝土的表面時是可以忽略的。而且一般在一定的沖擊能量下，M2的彈性形變是接近于常數值的，這也就導致回彈距離實際上是取決于混凝土的塑性形變。這也導致，如果混凝土的強度是越小的，那么塑性形變就會越大，消耗產生塑性形變的功就越大，回彈距離相應的就會越小，這樣回彈值也會很小，反之也是這樣。

因此，可以建立一個函數關系來表示混凝土抗壓強度f與回彈值r之間的關系，我們稱之為混凝土校準曲線。

1.2 無損檢測技術

在工程項目和實際運用過程中一直是基于標準構件的抗壓強度為依據，以此來判斷混凝土的結構的質量。由于混凝土的生產條件和養護條件等狀態的不一致，通過測試的試塊測量值只能反映某種特定情況下的性能，而反映不了準確的混凝土真實狀態。

特別是在以下幾點：（1）混凝土在施工時出現問題，對混凝土的抗壓強度產生疑問；（2）試塊的取樣、養護和制備的時候由于操作不規范，導致試驗結果的可信度并不是很高；（3）如果混凝土受自然破壞的時間比較久，也會影響混凝土的實際效果。

因此，在《混凝土強度檢測評定標準》中規定，如果在認為混凝土不具有代表性和可信度不是很高的時候，可以使用非破損的方法進行取樣和結構檢測。

無損檢測相對于常規檢測實際上是更加先進和安全的，并且也經常用于工程項目或者是舊的房屋、物件鑒定的方方面面。

（1）使用無損檢測技術對建設項目進行施工驗收，是為了確保后續的項目質量也依舊是安全可靠的。對于正在建設的項目，它的檢驗和施工是這個項目能否完成的前提條件。

（2）用于老舊或者是遭到破壞的混凝土結構建筑是否需要加固，這個就是需要充分的了解老舊物品的強度現狀后，才可以為老舊的物件進行設計加固方案。

（3）頻繁的自然災害會導致一些建筑物在抵抗過程中是否可以繼續使用，這個可靠性評價是需要無損檢測的。

（4）在建筑工程中，還有事故問題，這些時候要區分主要責任和次要責任，委托方也會委托檢測單位進行無損檢測。

2、回彈法檢測混凝土抗壓強度方法

2.1 布置測區

測區是指每一個試樣的測試區域都應該是同樣條件混凝土的一組測試塊。實驗要求選取一般不小于10個測試區域，其中對于測試區面積不應該大于0.04m2，而且要保證測試區的表面是要干凈、干燥和平整的。測區應該要均勻布置在構件的檢測面上，相鄰的測區間距也不適宜過大。

2.2 測回彈值

按照上述的方法選取試樣和布置后，測量開始。回彈儀應該要與測試面相互垂直，并且不能彈擊在石子和氣孔上，如果已經彈上，那么此次計數作廢。一般來說，建議每一測區的兩個測面只用回彈儀各彈擊8個采樣點，但是如果一個面需要測16個點，那么每個測點是只允許彈擊1次的。

2.3 測碳化深度

在按照上述方法測量完畢之后，應該要選擇不低于30%的測區數測量碳化值，并且需要選擇具有代表性的位置上，最終求取其平均值作為該區域的碳化深度值。當這個碳化深度值極差是大于2mm時，應該在每測區測量碳化深度值。對于測量碳化深度值時，可首先采用合適的工具在測區表明形成直徑約為15mm的孔洞，清除碎屑和粉末后，再采用酚酞酒精溶液滴在洞中。當已經碳化的區域和沒有碳化的區域界限比較清楚的時候，再使用相關的深度測量工具測量兩者的垂直距離，并且要通過多次取值求取其平均值，直到每次讀數都能精確到0.5mm。

3、回彈法檢測混凝土抗壓強度的不確定度評定

3.1 工程概況

工程一：常德市某商業綜合樓是在2018年7月興建的，房屋為四層鋼筋混凝土的框架結構，由于未按標準提供三層同條件混凝土養護進行混凝土強度檢驗，所以對建筑物的三層框架梁進行一個檢測。

工程二：常德市某住宅樓是在2019年9月興建，房屋的第四層樓板在實體檢驗中混凝土強度未達到設計的要求和標準，因此要對混凝土樓板進行一個回彈檢測，以期推測該混凝土的實際的強度。

3.2 檢測目的

為了檢測該工程的混凝土抗壓強度，隨機抽取工程一的10條框架梁和工程二的10塊樓板進行檢測，并且進行編號，分別是M1～M2、A1～A10。并且工程一

采用側面水平回彈，工程二采用底面豎直向上回彈的方法進行測量。根據測量結果的不確定度進行對比分析來提出影響測量結果的因素和提升準確度的建議。

表1 回彈法檢測混凝土抗壓強度檢測記錄—M1

表2 工程一M1構件混凝土抗壓強度檢測計算結果

表3 回彈法檢測混凝土抗壓強度檢測記錄—M2

表4 工程一M2構件混凝土抗壓強度檢測計算結果

3.3 回彈法檢測混凝土強度檢測記錄

由于本文涉及20個樣本檢測記錄，因此，將所得的典型檢測記錄表格摘錄出來，其余測量結果由文字概述。

3.4 不確定度的評定

3.4.1 數學模型的建立

根據構件混凝土的回彈值和碳化的深度值提高統一的測強曲線計算可以得到現齡期混凝土抗壓強度推定的值f=g（R，d）。其中，f代表構件混凝土強度推定值，g代表在不同的碳化深度值下，混凝土測區的回彈值和強度推定值直接的函數關系。

3.4.2 混凝土不確定度的來源

根據工程一和工程二的測區測量結果，可以發現混凝土的不確定度受多方面影響。主要是以下幾個方面：①讀數誤差引入的標準不確定度；②彈擊方向偏離引入的標準不確定度；③讀數重復性引入的標準不確定度；④回彈儀系統性能引入的標準不確定度。⑤非水平狀態底面檢測引入修正值所造成的不確定度。

3.4.3 測試結論分析

經過計算分析，對所得結果進行一定的歸納，可以看出回彈法檢測混凝土抗壓強度不確定度的主要來源是分別包括重復測量、讀書誤差、操作水平、儀器等方面的影響所導致的不確定度。這些影響的來源因素主要是有如下的幾類：

（1）混凝土構件本身的強度、碳化等等的不均勻造成的。混凝土是一種復合材料，而且是典型的非線性的復合材料，它的抗壓強度與水泥、組成、配比、硬化條件等各方面都是有關系的，因此，即是是同一個混凝土板塊，它的不同部位都是不盡相同的，這也導致了在進行重復檢驗的時候，不僅有重復讀書帶來的隨機誤差，也有不均勻性引入的離散性。

（2）儀器示值裝置允許誤差引入的離散性。比如說回彈儀系統性能的不確定度和游標卡尺系統性能的標準不確定度，都是可以通過檢定和校正控制在要求范圍內的。

（3）由于操作水平不可能完全一致，所以操作水平只能是有一個規范性的限制，以此確保操作不完善的尺度差不多，這就要求使用回彈儀的工作人員，應該要進行專門的培訓，并且持證上崗。

通過，對工程一和工程二混凝土結構進行隨機抽取的共20個構建作為樣本，并且分別采取水平側面和豎直上底面兩種方法進行回彈檢測。可以看出其實這兩種方法也是有一定的差別的。

（1）讀數重復導致的。根據測算的結果，豎直向上的回彈底面比水平的更困難，導致工作人員在實際操作中誤差人員更加大。

（2）由于修正值為負的系統誤差估計值，本身所帶有的不確定度，因此需要額外納入考慮。

（3）靈敏系數之間的差異。本文靈敏系數是采用統一測強曲線計算所得，它所用的混凝土是全國的代表性材料和工藝養護所制作成的混凝土試件，這與工地上本工程所使用的實際試件是有區別的。所以同樣需要納入考慮范圍。

結語：

本文通過對常德市某商業綜合體三樓框架梁及住宅建筑的四層樓板實例工程，分別采用水平側面和豎直向上底面回彈的兩種方法去檢測混凝土的抗壓強度，再根據這樣的數據探討去評定不確定度的方法，確定影響不確定度的主要來源，并且比較二者出現差異的原因。

而且由于影響混凝土抗壓強度的不確定度主要是受到如讀數誤差、操作水平誤差、儀器誤差和重復測量誤差等導致的。所以首先在儀器上要經常把儀器拿給計量檢定部分檢定是否合格，并且也需要經常的維護和保養；而檢測人員也需要檢測的訓練，以保證操作的熟練度，而且還要對復雜和困難的情況進行專門的改進培訓，務必要做到持證上崗。重復性測量這方面來說就是需要增加測量值，可以使它的平均值接近期望值。而對于靈敏度來說，測強曲線采用的混凝土試件和實際工程試件有差別，所以應該在條件允許的情況下，采用當地的專用測強曲線以保證更加準確。

總之，其實對于提高回彈法測量混凝土抗壓強度的不確定度需要考慮和注意的因素有特別多，本文所提及的回彈法檢測不僅僅是在于工程檢測當中的粗淺認知，更多的還有未來深入與發展是值得探討和研究的。