采用普通回彈儀和高強回彈儀檢測混凝土抗壓強度的誤差比較

韋 志，王 震，郭清春，賀慶燁，黨玉棟，林 帆

（1.云南建筑工程質量檢驗站有限公司，云南 昆明 650223；2.云南省建筑科學研究院有限公司云南省建筑結構與新材料企業重點實驗室，云南 昆明 650223；3.云南大學建筑與規劃學院，云南 昆明 650500）

0 引言

回彈法由于其操作簡便、測試快捷、對結構無損傷且技術成熟，是混凝土實體強度現場檢測最廣泛的方式之一［1，2］。國家規程及地方標準中，普通回彈儀僅適用于 C60 以下強度的混凝土，C60 及其以上強度的高強混凝土則不適用，必須要用高強回彈儀進行測試［3-5］。試驗選用云南某高速公路用原材料及配合比，按照 JGJ/23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》規范制定地方或專用曲線的要求［6］，同時使用普通回彈儀（沖擊動能為 2.207 J）和高強回彈儀（沖擊動能為 4.5 J）對強度為 C30～C55 的混凝土試塊進行檢測［7］，通過回歸擬合與誤差分析，比較了這兩種回彈儀的測試精度。

1 試驗概況

1.1 試驗儀器

試驗回彈儀為普通回彈儀（HT225-B 型，沖擊動能為 2.207 J）和高強混凝土回彈儀（HT450-A 型，沖擊動能為 4.5 J）。所用回彈儀符合 JGJ/23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》，試驗前后均進行率定，滿足規程，以保障測試數據的準確。

1.2 試驗用混凝土試件制備

本實驗按照云南某高速公路實際原材料和配合比，制作強度等級為 C30～C55 的混凝土試塊，試塊邊長為 150 mm，共 252 組，756 塊。試塊制作完畢后，進行同條件養護，分 7、14、28、60、90、180、360 d 這 7 個齡期進行測試。成型混凝土試塊的原材料采用云南某高速公路實際材料，水泥有 P·O 42.5 和 P·O 52.5 普通硅酸鹽水泥。其中 P·O 42.5 水泥產自云南宜良紅獅水泥有限公司，P·O 52.5 水泥產自昆鋼嘉華水泥有限公司。粉煤灰和礦粉產自安寧展華建材有限公司，外加劑產自昆明興磊工貿有限公司。細骨料采用當地的機制砂與河沙，粗骨料采用石灰巖，水為普通自來水。配合比情況如表1、表2 所示。其中，表1 中水泥為 P·O 42.5 水泥，配合比中，礦物摻合料包含粉煤灰、礦粉，砂既有河砂也有機制砂，組合方式有：純水泥+河砂、純水泥+機制砂、（水泥+礦粉）+河砂、（水泥+礦粉）+機制砂、（水泥+粉煤灰）+河砂及（水泥+粉煤灰）+機制砂共 6 種。表2 中砂有河砂、機制砂和混合砂，混合砂為機制砂與河砂各摻 50 %。組合方式有：P·O 42.5+機制砂、P·O 42.5+河砂、P·O 42.5+混合砂、P·O 52.5+機制砂、P·O 52.5+河砂、P·O 52.5+混合砂共 6 種。

表1 C30～C45 配合比 kg/m3

表2 C50、C55 配合比 kg/m3

1.3 試驗方法與數據采集

試塊同條件養護到對應齡期后，將試塊成型面與底面放置在壓力試驗機承壓板之間，然后加壓至 60～80 kN，并保持此壓力。如圖1 所示，選擇一對相對側面用普通回彈儀彈擊 16 個回彈測試點，再用高強混凝土回彈儀彈擊剩下一對側面 16 個回彈測試點，記錄回彈值R，精確至 1。回彈代表值Rm為 16 個回彈值，剔除三個最大值和三個最小值后剩下 10 個回彈值的平均值。

圖1 回彈測點分布圖

回彈值數據采集完畢后，應在有代表性的測區測量碳化深度值，每個試塊選取 5 個測點測量碳化深度，在測點表面形成直徑約 15 mm 的孔洞，深度大于混凝土碳化深度，采用濃度為 1 %～2 % 的酚酞酒精溶液滴在孔洞內壁邊緣，當碳化與為碳化界限清晰時，測出已碳化與未碳化交界面到混凝土表面的垂直距離d，并取 5 個測點碳化深度平均值作為該試塊的碳化深度值dm。

碳化深度測完后，將試塊側面放置壓力試驗機上下承壓板之間，連續均勻加載直至試件壞，記錄試塊極限破壞荷載，將其除以受壓面積，得到混凝土立方體抗壓強度。

2 試驗數據分析

對所測得的數據進行回歸分析，試驗分析結果如表3、表4 所示。

表3 普通回彈儀對全部數據回歸分析表

表4 高強回彈儀對全部數據回歸分析表

利用所獲得的數據，借助 Excel 中 LINEST 工具，采用線性函數、冪函數等不同數學模型對兩種回彈儀測試結果進行擬合，可得到擬合分析結果，如表3、表4 所示。

同時，根據 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》，測強曲線的精度要用平均相對誤差和平均相對標準差兩個指標。平均相對誤差、平均相對標準差計算公式見式（1）、式（2）。

由于擬合的曲線相關系數越大，說明推定強度與實際強度相關性越高，選擇普通回彈儀數學回歸方程見式（3），相關系數為 0.763；高強混凝土回彈儀的數學回歸方程見式（4），相關系數為0.648。

圖2、3 分別為兩種回彈儀回彈曲線示意圖。

圖2 普通回彈儀檢測混凝土回彈曲線

圖3 高強回彈儀檢測混凝土回彈曲線

由表3、表4 可知，兩種回彈儀建立的曲線均滿足 JGJ/23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》要求的平均誤差≤±14.0 %，相對標準差≤±17.0 %，但普通回彈儀的這兩項指標均優于高強混凝土回彈儀。

另外，為更直觀表現每個強度區間推算強度與實測強度的誤差大小，按照實測強度分為 30～40 MPa、40～50 MPa、50～60 MPa、60～70 MPa 四個區間，對每個區間內的實測強度與推算強度做差取值絕對值后再計算平均值，結果如圖4 所示。圖中可以看出，用普通回彈儀建立的曲線，實測強度＞50 MPa 時，推測強度往往和實測值相差較大。用高強回彈儀建立的曲線，實測強度＜40 MPa 時，推測強度與實測強度差值的平均值高達 11 MPa，如圖4 所示。

圖4 實測強度與推算強度差值的平均值

為了得到精度更高的回歸曲線，故對試驗所得數據實測抗壓強 30～50 MPa 與 50～70 MPa 分開進行回歸，試驗數據分析結果如表5、表6 所示。

表5 普通回彈儀對實際抗壓強度＜50 MPa 數據回歸分析表

表6 高強回彈儀對實際抗壓強度＞50 MPa 數據回歸分析表

通過對表5、6 回歸數據中δ、er比較，普通回彈儀對 30～50 MPa 回歸的數學模型見式（5）。

高強回彈儀對 50～70 MPa 回歸的數學模型見式（6）。

通過對比表3、表4、表5 與表6，可以發現，當實際抗壓 30～50 MPa 用普通回彈儀數據回歸，50～70 MPa 用高強回彈儀數據回歸，所得到的回歸曲線平均相對誤差分別從±8.45 %、±10.61 % 降低到±6.57 %、±5.68 %，平均相對標準差從±11.09 %、±13.24 % 降低到±9.26 %、±6.94 %。說明回歸曲線更加精確。至于相關系數降低，可能是與拆開分析后，樣本數量下降有關。

同樣對每個區間內的實測強度與推算強度做差取值絕對值后再計算平均值，如圖5 所示，其中 30～40 MPa、40～50 MPa 用的是普通高回彈儀，50～60 MPa、60～70 MPa 用的是高強回彈儀。實測抗壓強度 30～50 MPa 與 50～70 MPa 分開進行回歸后，推測強度與實測強度差值的平均值顯著降低，30～40 MPa 僅 1.5 MPa，最大值出現在 C60～C70 ，也僅 5.2 MPa。

圖5 實測強度與推算強度差值的平均值

3 結論

在利用設計強度等級為 C30～C55 混凝土建立回彈測強曲線時，發現不管是用普通回彈儀還是高強回彈儀，回歸曲線的精度都能滿足規范 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》要求的平均誤差≤±14.0 %，相對標準差≤±17.0 %，但普通回彈儀的這兩項指標均優于高強混凝土回彈儀。

普通回彈儀在測高強混凝土及高強混凝土回彈儀在測低強度混凝土時誤差往往會更大的現象。當使用普通回彈儀回歸曲線時，實際抗壓強度在 60～70 MPa 時，推算與實測抗壓強度差值的平均值為 7.6 MPa。當使用高強混凝土回彈儀回歸曲線時，實際抗壓強度在 30～40 MPa 時，推算強度與實測抗壓強度差值的平均值高達 11.2 MPa。

針對實測強度 30～50 MPa 的試塊用普通回彈儀，50 MPa 以上的試塊用高強混凝土回彈儀分別進行回歸分析，所得回歸曲線的平均相對誤差、相對標準差均優于組合在一起時用的普通回彈儀或高強回彈儀的回歸的測強曲線。所以普通回彈儀適用于強度在 50 MPa 以下的混凝土，而高強混凝土回彈儀更適用于強度高于 50 MPa 以上的混凝土。Q