水工混凝土抗壓強度的回彈-鉆芯專用檢測曲線制定與應用

王宏偉

(遼寧省水利土木工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110000)

回彈法是當前對混凝土表層強度進行無損檢測常用的一種方法[1]。單一回彈法常常因為混凝土結果內部和外部因素使得其測定的強度值和混凝土實際強度值有所偏差。如由于表面含水量偏大而使得混凝土抗壓強度檢測值偏低[2- 4]。鉆芯法是水工混凝土抗壓強度檢測的一種半破損的方式，一種類似于驗證性質的檢測，主要用于混凝土加固修補，混凝土內部質量和強度檢測通過從混凝土內部結構鉆取芯樣進行檢測的一種常用方法，在國內許多地區水工混凝土質量現場檢測中得到具體應用[5- 9]。但鉆芯法對混凝土內部局部結構較易產生損傷，因此需要在現場按照代表性原則對鉆芯的數量和分布進行嚴格把控，對于水工建筑物易損結構進行鉆芯法現場檢測更加需要仔細處理[10]。當前，回彈-鉆芯方法利用鉆芯結果對水工建筑物混凝土抗壓強度現場檢測值進行修正，可以有效降低混凝土抗壓強度檢測的誤差，在國內一些重大水利工程中得到應用[11- 15]。但由于水利工程混凝土一般體積較大，因此需要建立回彈-鉆芯專用測強曲，來利用鉆芯結果對回彈值進行修正，為此本文通過工程實例，采用最小二乘法建立回彈-鉆芯專用測強曲線，從而提高水工混凝土回彈法抗壓強度現場檢測精度。研究成果對于水工混凝土質量現場檢測方法具有重要參考價值。

1 回彈法在現行規程中的相關規定

SL 352—2006《水工混凝土試驗規程》中混凝土強度檢測的公式為：

(1)

fccN=fccN0C

(2)

式中，fccN0—修正前的水工混凝土抗壓強度，MPa;fccN—修正后的水工混凝土抗壓強度，MPa;mN—回彈均值；C—混凝土碳化修正值。

按照水工混凝土類型，引氣型混凝土抗壓強度檢測公式為：

fccN0=1.5mN-15.2fccN=fccN0C

(3)

JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》水工混凝土抗壓強度計算公式為：

(4)

(5)

2 回彈-鉆芯法專用測試曲線

2.1 曲線建立考慮因素

充分利用回彈-鉆芯法專用檢測曲線擴展大面積檢測的優勢，并綜合鉆芯法檢測精度高的特點，建立回彈-鉆芯法專用檢測曲線，從而達到高精度檢測的目標。其主要優勢在于：①修正后的精度提高、更強的針對性，且更為合理和科學；②混凝土的齡期由于具備回彈法檢測條件，因此可不受約束；③其他在水工混凝土強度采用通用曲線檢測未能排除的因素可以進行綜合考慮。

曲線建立以規范給定的標準混凝體試件的抗壓強度-回彈值作為基礎，建立工程實體混凝土試件鉆芯法的抗壓強度檢測值和回彈法檢測值的關系曲線，從而提高回彈法檢測精度，但需要考慮以下因素影響：①同期混凝土試塊由于水工建筑物時間較早沒有留存，采用通用曲線由于碳化和運行時間長等綜合因素影響使得其結構實體抗壓強度和推定的抗壓強度值之間具有較大的偏差；②大尺寸試驗構建、大面積混凝土檢測，如大型水庫、電站的混凝土重力壩、溢洪道、輸水隧洞內部襯砌結構、灌渠混凝土襯砌等；③充足的芯樣和回彈區檢測數量，通過復核計算具有較好的相關性；④按照規范要求對不合理的檢測值進行有效篩除。

2.2 曲線建立注意事項

現場檢測需要關注以下內容：①混凝土表層和內部結構不應具有較大的差異性；②鉆芯法采樣直徑應統一為100mm，高徑比應為1，從而避免因不同尺寸而產生的檢測誤差二次影響，但最大骨料粒徑要小于300mm；③芯樣鉆取應在測定回彈值和碳化深度值后，再鉆取芯樣；④表層芯件抗壓強度值要從回彈測區內取回，若較大缺陷或者裂縫出現在芯樣內部，則該值需要剔除。

3 回彈-鉆芯法專用測試曲線建立和檢測步驟

3.1 檢測步驟

(1)按照檢測方案對混凝土檢測構建確定鉆芯位置后，逐一標識采集點位置。

(2)按照回彈法規程要求對標識的鉆芯位置進行抗壓強度檢測，記入回彈檢測值Ni，按照規程對檢測位置區域的回彈測定值進行各采集點抗壓強度均值mNi的測算。從非水平方向測試回彈儀時，對水平方向值mNi按照相應規程進行修正，并一一對應芯樣位置的強度值。

(3)在回彈法測試完畢后鉆取回彈測區內的芯樣，按照相應規范要求進行試驗室內養護、成型及試驗、混凝體芯樣強度值fcor檢測，根據fcor推定混凝土結構抗壓強度fccN。

3.2 建立測強專用曲線

(1)曲線縱坐標為混凝土抗壓強度fccN，橫坐標為回彈值mN，在直角坐標系內進行fccN-mN散點的繪制，按照散點的分布規律選取合適的專用測強曲線方程，一般宜采用冪、指數函數，也可采用對數函數，不同函數建立方程分別為：

(6)

fccN=AemS

(7)

fccN=Aln(mN)+B

(8)

式中，fccN—混凝土抗壓強度，MPa；mN—測區回彈均值；A、B—試驗系數。

(2)通過計算得到專用測強曲線方程，再代入方程計算檢測的回彈值，確定抗壓強度對應的混凝土回彈推定值。

(3)按照測區數n及混凝土抗壓強度推定值計算混凝土抗壓強度均值mfccN，通過標準差σ和變異系數Cv評估混凝土的強度和均勻性。

4 實例分析

4.1 現場檢測方法及數據分析

以遼寧某水庫溢洪道安全鑒定為例，鋼筋混凝土結構為水庫溢洪道的主體結構，溢洪道共7個溢流孔，各孔凈寬為10m，其主要由3個部分組成，分別為上、下游段以及閘室，由于水庫建設年限較早，混凝土等級等資料不全，采用現場檢測方式進行安全鑒定。首先按照選定的混凝土確定鉆芯具體位置，采用中型回彈儀對擬鉆芯位置進行強度測試，按照直徑為100mm對該測區混凝土芯樣進行鉆取，成件深度為10～120mm，在回彈測區鉆芯位置處的有效回彈均值mN及其混凝土芯樣對應位置的的抗壓強度fccN推定值結果見表1。

4.2 測強專用曲線建立及選取

按照表1混凝土抗壓強度推定值及鉆芯位置回彈值數據，建立fccN-mN直角坐標系，進行散點圖的繪制，如圖1所示。

表1 混凝土抗壓強度推定值及鉆芯位置回彈值

圖1 回彈法檢測強度值和混凝土抗壓強度推定值關系曲線(單位:MPa)

按照SL 352—2006規程規定，選用冪函數方程作為專用測強曲線，按照最小二乘法測算專用測強曲線方程。

冪函數方程：

(9)

指數函數方程：

fccN=0.937e0.08080mN，R=0.9864

(10)

從方程(9)和(10)可以看出，冪函數和指數函數的相關性R值均高于0.9，具有較好的相關性，本文將該溢洪道的混凝土抗壓強度的回彈-鉆芯專用檢測曲線按照相關性高度選取冪函數進行方程的構建，冪函數方程回彈值-混凝土抗壓強度散點與專用測強曲線的擬合程度如圖1所示。從回彈法檢測強度值和混凝土抗壓強度推定值關系曲線可看出，散點和擬合曲線吻合度較高，回彈法檢測強度值和鉆芯強度具有較好的相關性。

4.3 實際應用效果分析

結合10個采集點位的芯樣強度和回彈值，分別采用不同方法對混凝土強度推定值進行計算，結果見表2。

對不同方法下推定的混凝土抗壓強度值和芯樣強度值進行擬合分析，如圖2所示。

由表2可知，以芯樣強度作為標準值，10個采集點位采樣專用測強曲線推定的抗壓強度值和芯樣強度總體偏差最小，10個點位總體偏差為±0.15，變異系數Cv值為0.35，而通用曲線推定的混凝土抗壓強度值和芯樣強度之間的總體偏差高于本文建立的專用曲線推定值偏差，其總體偏差為±0.35，這主要是因為通用曲線很難對混凝土抗壓強度推定影響其他因素進行有效排除，降低了其推定值的檢測精度，因此相對偏差較大，因此在實際工程檢測時，一般需要對通用曲線推定值進行一定程度的修正，來提高檢測精度，從通用曲線推定修正曲線混凝土抗壓強度檢測值和芯樣強度擬合程度看，相比于修正前，修正后混凝土抗壓強度推定值和芯樣強度吻合度增加，經分析其總體偏差為±0.23。由圖2可知，本文建立的各種方法專用測強曲線擬合度總體要好于通用曲線和其修正曲線推定值的擬合度。

圖2 混凝土抗壓強度不同方法的推定值和芯樣強度擬合情況

表2 混凝土抗壓強度不同計算方法的推定結果對比 單位:MPa

5 結論

(1)采用回彈-鉆芯專用測強檢測曲線進行現場檢測時，建議統一采用直徑為100mm，高徑比為1進行鉆芯取樣，從而避免因不同尺寸而產生的檢測誤差二次影響，但骨料最大粒徑的3倍不宜高于公稱直徑。

(2)該方法適合于大尺寸水工混凝土構件、大面積混凝土檢測，如大型水庫、電站的混凝土重力壩、溢洪道、輸水隧洞內部襯砌結構、灌渠混凝土襯砌等，尤其對于結構厚度較薄的水工混凝土檢測適用性更高，可以克服通用曲線在和、渠襯砌混凝土回彈強度和芯樣強度偏差較大的局限。

(3)專用曲線建立時尤其要注意對芯樣強度和回彈值相關性進行檢驗，并具有一定的專用性。