長齡期混凝土構件強度現場檢測對比試驗研究

摘 要：【目的】由于受到荷載和環境因素的影響，服役時間較長的混凝土結構劣化現象嚴重。在不破壞結構且不影響其使用的前提下，及時準確測定混凝土強度對評價橋梁的安全性至關重要。【方法】本研究采用回彈法、超聲回彈綜合法、后錨固法、鉆芯法等4種檢測方法，在現場檢測9個長齡期混凝土構件的混凝土強度，并做對比分析。【結果】回彈法（國家測強曲線）、回彈法（地方測強曲線）、超聲回彈綜合法（國家測強曲線）、超聲回彈綜合法（地方測強曲線）、后錨固法與鉆芯法的平均誤差分別-6.69%、+29.65%、+10.65%、+46.81%、+7.53%。【結論】研究發現，通過采用回彈法與超聲回彈綜合法得出地方曲線的強度換算值均高于國家曲線的強度換算值。

關鍵詞：長齡期混凝土；抗壓強度；無損檢測；對比試驗

中圖分類號：TU443" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）13-0055-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.13.011

Long-Term Concrete Structural Strength Field Comparison Test Study

KANG Peng1 CHEN Shunchao1 LIU Jie1 SONG Shuai1 NIE Liangpeng2 YOU Pengsheng2

（1.Southwest Forestry University， Kunming 650224，China;

2.Yunnan Thorounghfare Engineering Testing Co.， Ltd.， Kunming 650200，China）

Abstract： [Purposes] Concrete structures in service for a long period of time suffer serious deterioration due to loads and environmental factors. Without destroying the structure and affecting its use， timely and accurate determination of concrete strength is crucial for evaluating the safety of bridges. [Methods] In this study， four testing methods， namely， rebound method， ultrasonic rebound synthesis method， post-anchorage method， and core drilling method， were used to test the concrete strength of nine long-service concrete members in the field and make comparative analysis. [Findings] The average errors of the rebound method （national strength curve）， rebound method （local strength curve）， ultrasonic rebound synthesized method （national strength curve）， ultrasonic rebound synthesized method （local strength curve）， post-anchorage method and core drilling method were -6.69%， +29.65%， +10.65%， +46.81% and +7.53% respectively.[Conclusions] It was found that the strength conversion values of the local curves derived by using the rebound method and the ultrasonic rebound synthesis method were higher than those of the national curves.

Keywords： long-term concrete; compressive strength; non-destructive testing; comparative testing

0 引言

對于長期服役的混凝土建筑物或結構物，確保其滿足足夠的強度和承重要求尤為重要。近年來，一些關于長齡期混凝土強度無損檢測的方法被提出和分析。張蘇杭［1］利用回彈法對自然養護條件下的長齡期混凝土進行了測試，建立了回彈法測強曲線，并對測試結果進行了分析。朱淑霞等［2］提出了回彈法與超聲-回彈法的適用條件。劉殿忠等［3］對已有的長齡期混凝土強度檢測方法進行了研究分析，并總結了各種測強方法的基本操作程序、理論依據及優缺點。此外，對于新的測強方法如后裝錨固法的研究也比較多。

然而，關于對不同檢測方法進行對比研究的文獻較少。從現有的文獻和資料可以看出，國內對于長齡期混凝土強度無損檢測的研究越來越重視。一種普遍的做法是以鉆芯法檢測出的強度作為基準，并與其他非損檢測或綜合檢測方法進行對比，或者使用鉆芯法來修正其他檢測方法的結果。

本研究采用了回彈法、超聲回彈綜合法、后錨固法和鉆芯法等4種常用的混凝土強度無損檢測方法來檢測現有的長齡期混凝土構件。首先，對比了回彈法和超聲回彈綜合法在使用國家強度曲線和地方強度曲線換算值時的結果。其次，將以鉆芯法為基準的強度換算值與回彈法、超聲回彈綜合法和后裝錨固法等3種方法進行比較，以評估每個構件的強度換算值。最后，得出4種方法的適用條件和誤差范圍，并研究了在現場檢測長齡期混凝土時，回彈法和超聲回彈綜合法采用不同測強曲線換算值的誤差范圍，以及鉆芯法與其他方法之間的誤差范圍。根據所用的4種混凝土結構檢測方法、測試量和不同的換算原理，可以按照表1進行分類。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

隨著無損檢測方法的不斷增加，為了保持代表性和簡潔性原則，本研究選取9個長齡期混凝土構件，具體參數見表2。混凝土構件實物如圖1所示。在現場試驗中，使用鋼筋探測儀檢測鋼筋布置，并采用回彈法（非破壞法）、超聲回彈綜合法（綜合法）、后錨固法（微破損法）、鉆芯法（微破損法）等4種強度檢測方法對構件的強度進行檢測。通過對比不同方法的檢測結果，得出結論。

1.2 回彈法檢測混凝土抗壓強度

回彈法的原理是通過彈簧驅動的彈擊桿使重錘彈擊混凝土表面，測出回彈值。該方法屬于表面硬度法的一種。在回彈法中，由于混凝土的塑性變形及檢測過程中的自身振動，回彈儀會產生一定程度的能量損失，還有回彈儀自身內部的摩擦等消耗的能量損失。因此，回彈儀在使用前應進行標定。通過建立測強曲線方程式可以得出混凝土強度值。在回彈法檢測過程中需要考慮混凝土表面碳化作用導致的誤差值。

1.2.1 計算強度。回彈平均值的測量：對于回彈儀在非水平方向且測試面為混凝土非澆筑側面的情況，需要先對回彈值進行角度修正，并對修正后的回彈值進行澆筑面的修正，然后計算碳化值的平均值。

測區強度值的計算采用與國家強度曲線和地方（昆明）強度曲線相對應的冪函數曲線方程來計算強度值。

①國家強度曲線對應的冪函數曲線方程見式（1）。

[fccu=0.034 488×R1.9410?0.017 3dm]（粗骨料為碎石）" " （1）

②地方（昆明）強度曲線對應的冪函數曲線方程見式（2）。

[fccu=（0.002 2R2m+1.497 8Rm?15.65）10?0.017 3dm]（粗骨料為碎石） （2）

1.2.2 回彈法檢測長齡期混凝土強度。現場采集的回彈值用《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（DBJ 53/T-52—2013）［4］中的計算方法得出強度換算值，國家曲線也可以通過查《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（DGD/T—2011）［5］中附錄A可得。

1.3 超聲回彈綜合法檢測混凝土抗壓強度

超聲回彈綜合法通過分析回彈值和超聲參數綜合判定混凝土質量，具有單一回彈法和超聲波法不具備的準確度和數據優勢。測試時首先測量回彈值，選擇干凈平整的測試面，使用回彈儀前進行鋼砧校準。回彈儀垂直測試混凝土面得出的結果可直接使用，非垂直狀態下應修正回彈值。超聲聲速應用符合要求且經驗證的超聲波檢測儀器測量和計算，布置與回彈測區一致的超聲測點。測試中使用凡士林、油泥等耦合劑，根據測區選擇檢測方式。換能器應保持同一軸線，測試后取平均值計算聲速測定值。

1.3.1 計算。計算回彈平均值時，在回彈儀為非水平方向且測試面為混凝土非澆筑側面的情況下，需要先對回彈值進行角度修正，并對修正后的回彈值進行澆筑面的修正。然后計算碳化值的平均值和聲速代表值。計算強度值時，使用國家強度曲線和地方（昆明）強度曲線對應的冪函數曲線方程分別計算混凝土的抗壓強度值。

①國家強度曲線對應的冪函數曲線方程見式（3）。

[fccu=0.016 2V1.656aiR1.41ai（碎石）] （3）

②地方（昆明）強度曲線對應的冪函數曲線方程見式（4）。

[fccu=0.115 V0.635miR1.357 1mi] （4）

1.3.2 超聲回彈綜合法檢測現有長齡期混凝土強度。現場采集的聲速值和回彈值，由《超聲回彈綜合法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（T∕CECS 02—2020）［6］中的計算方法或查附錄A可得出強度換算值國家曲線。

1.4 后錨固法檢測混凝土抗壓強度

后錨固法是一種常用于混凝土強度檢測的方法。通過在混凝土結構或構件的表面鉆孔，然后在孔內灌注高強度錨固材料，使其與周圍混凝土緊密黏結，形成一個錨固區域。通過施加拉伸或剪切力來測試錨固區域的強度，并根據錨固區域的破壞模式來間接評估混凝土的強度。用經過校核的拔出儀連續均勻地向拉桿施加拉拔力，其速度為0.5～1.0 kN/s，直至拔出儀測力計讀數不再增加為止。試驗以混凝土完整破壞為準，具體如圖2所示。

1.4.1 計算。混凝土強度換算值的計算見式（5）。

[fccu，i=2.166 7Pi+1.828 8]" （5）

式中：[fccu，i] 為混凝土強度換算值，MPa，精確至0.1 MPa； [Pi] 為拔出力，kN，精確至0.1 kN。

1.4.2 后錨固法檢測現有長齡期混凝土強度。現場采集的力值，根據《后錨固法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJT 208—2010）［7］計算得出，具體見表3。

1.5 鉆芯法檢測混凝土抗壓強度

1.5.1 計算。鉆芯法利用專門的鉆芯機直接從結構上鉆取芯樣，并根據芯樣的抗壓強度推定結構混凝土強度，屬于半破損檢測方法。由于試樣直接來自實際結構，其試驗結果能較好地反映結構混凝土實際強度性能指標，誤差約10%，且不受混凝土齡期限制，是一種較直觀可靠的方法。

①試件直徑的計算式見（6）。

[d=d1+d22] （6）

式中：[d]為試件直徑，mm ，精確至0.l mm；[d1、d2]為試件兩個垂直方向的直徑，mm。

②抗壓強度的計算見式（7）。

[fcc=a4Fπd2]" （7）

式中：[fcc]為混凝土的抗壓強度，MPa，計算精確至 0.1 MPa；[F]為試件破壞荷載，N；[d]為試件直徑，mm ；[a]為不同高徑比芯樣試件混凝土抗壓強度的修正系數。

1.5.2 鉆芯法檢測現有長齡期混凝土強度。按照《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》（JGJT 384—2016）［8］中芯樣用抗壓試驗得到的壓力值，并按照《普通混凝土力學性能試驗標準》（GB/T 50081—2002）［9］中圓柱體試件抗壓強度計算標準得出抗壓強度值，見表4。

2 試驗檢測數據分析

2.1 試驗數據分析及處理

數據分析在研究中旨在識別試驗數據中的異常值，并采取相應的處理措施。本文的研究目標是對長齡期現場混凝土強度進行檢測。然而在實際情況下，由于檢測儀器、檢測方法、操作水平等諸多因素的影響，在測試過程中會出現許多異常數據。因此，測試所得的原始數據不能直接用來建立混凝土測強曲線，應通過有效的方法來判斷原始數據中不符合常規的異常值，并進行相應的剔除，避免異常值對混凝土測強曲線參數選取的影響。對異常值進行合理剔除，能保證建立的曲線具有較高的精度，應用于實際工程時不會造成過大的誤差［10］。

2.2 回彈法、超聲回彈綜合法不同測強曲線比較

回彈法不同測強曲線換算值見表5。由表5可知：①在各個測試構件中，標準差都在5以內（在B3構件的實測過程中，由于設備方面的限制，實測到了一些數據的偏差）。針對長齡期混凝土的研究，采用了長齡期混凝土的地方測強曲線與國家測強曲線進行強度值的換算。對于這兩種不同的測強曲線，其結果存在8～13 MPa的差異。回彈法不同測強曲線換算值對比如圖3所示。由圖3可知，地方測強曲線的強度換算值高于國家測強曲線的強度換算值。②對于各個測試構件采用超聲回彈綜合法現場檢測混凝土強度，兩種不同的測強曲線結果存在8～14 MPa的差異。超聲回彈綜合法不同測強曲線換算值對比如圖4所示。由圖4可知，地方曲線的強度換算值高于國家曲線。

2.3 鉆芯法與其他3種方法的比較

不同方法強度換算值對比見表6，具體情況如圖5至圖9所示。

由圖5至圖9可知，采用回彈法和超聲回彈法，使用短齡期的地方測強曲線計算的強度換算值要高于鉆芯法計算的強度換算值。對于回彈法使用短齡期的國家測強曲線計算的強度換算值，與大多數鉆芯法計算的強度換算值之間存在較大差異。而超聲回彈法使用短齡期的國家測強曲線計算的強度換算值與大多數鉆芯法計算的強度換算值相比較接近。另外，后錨固法計算的強度換算值與鉆芯法計算的強度換算值也比較接近。

通過計算得出的結果顯示，回彈法（國家測強曲線）、回彈法（地方測強曲線）、超聲回彈綜合法（國家測強曲線）、超聲回彈綜合法（地方測強曲線）和后錨固法與鉆芯法相比的平均誤差分別為-6.69%、+29.65%、+10.65%、+46.81%和+7.53%。

3 結論

①采用回彈法進行長齡期混凝土的現場強度檢測時，兩種不同的短齡期測強曲線結果相差8～13 MPa，其中地方測強曲線的強度換算值高于國家測強曲線強度換算值。同樣地，采用超聲回彈綜合法進行檢測時，兩種不同的短齡期測強曲線結果相差8～14 MPa，并且地方測強曲線的強度換算值也高于國家測強曲線強度換算值。

②回彈法（國家測強曲線）、回彈法（地方測強曲線）、超聲回彈綜合法（國家測強曲線）、超聲回彈綜合法（地方測強曲線）和后錨固法與鉆芯法相比的平均誤差分別為-6.69%、+29.65%、+10.65%、+46.81%和+7.53%。

③當誤差控制在+20%以內時，回彈法、超聲回彈綜合法、后錨固法和鉆芯法可以用于長齡期混凝土的強度檢測。然而，鉆芯法不適用于密集鋼筋的混凝土構件，而后錨固法的缺點在于相對較大的表面破壞。

④超聲回彈綜合法具有操作簡便、快速、低成本等優勢，并且在非破壞性檢測長齡期混凝土中具有較高的精度。因此，超聲回彈綜合法適合作為未來長齡期混凝土現場檢測的主要方法。

參考文獻：

［1］張蘇杭.長齡期混凝土回彈法測強技術研究［J］. 人民長江， 2006（11）： 126-128.

［2］朱淑霞，劉麗.長齡期混凝土結構無損測強方法的選擇［J］.吉林交通科技， 2012 （3）： 11-13.

［3］劉殿忠，李聰.長齡期混凝土強度檢測方法及應用［J］.四川建材， 2016， 42（1）： 1-2.

［4］云南省住房和城鄉建設廳.回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程：DBJ 53/T-52—2013［S］.昆明：云南科技出版社，2013.

［5］中華人民共和國住房和城鄉建設部.回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程：JGJ/T 23—2011［S］.北京：中國建筑工業出版社，2011.

［6］中國工程建設標準化協會.超聲回彈綜合法檢測混凝土抗壓強度技術規程：T∕CECS 02—2020［S］.北京：中國計劃出版社，2020.

［7］中華人民共和國住房和城鄉建設部.后錨固法檢測混凝土抗壓強度技術規程：JGJ/T 208—2010［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［8］中華人民共和國住房和城鄉建設部.鉆芯法檢測混凝土強度技術規程：JGJT 384—2016［S］.北京：中國建筑工業出版社，2016.

［9］中華人民共和國建設部.普通混凝土力學性能試驗方法標準：GB/T 50081—2002［S］.北京：中國建筑工業出版社，2002.

［10］趙巖楓.昆明地區回彈法和超聲回彈綜合法檢測混凝土強度試驗研究［D］.昆明：昆明理工大學，2015.