混凝土強度無損檢測方法及結果分析

0 引言

混凝土強度是衡量其質量和性能的關鍵指標，直接影響到建筑物的承載能力、耐久性以及使用壽命[1]。因此，如何準確、有效地檢測和評估混凝土強度，成為建筑工程質量控制中的核心問題。混凝土強度無損檢測方法不需要破壞試樣，能夠在施工現場直接對結構物進行評估，常見的無損檢測方法有超聲波法、回彈法和鉆芯法等[2]。在實際工程中，由于混凝土材料的異質性、養護條件的變化以及施工工藝的影響，檢測結果可能會存在一定的誤差和不確定性[3]。因此，對不同檢測方法的適用性、準確性以及結果分析的深入研究尤為重要。

目前，已經有多位學者針對混凝土強度檢測方法開展了相關研究，卜良桃等[4對比了回彈法、先裝拔出法、后裝拔出法和鉆芯法，驗證其在檢測不同強度等級自密實混凝土現場強度中的適用性和準確性，結果表明這些方法均具有良好的相關性和精確度。李秀春等[5]通過實驗對比傳統的超聲波平測修正法與單測區修正和全部測區修正值取平均的超聲波平測修正法，發現后者的修正聲速更接近混凝土結構的實際聲速。

在現有研究中，針對普通混凝土和高強度混凝土強度變化及不同檢測方法的檢測結果對比研究相對缺乏，鑒于此，本文依托某混凝土結構抗壓強度檢測項目，探究了混凝土強度變化規律及不同檢測方法的準確性。

1工程概況

本文依托某混凝土結構抗壓強度檢測項目，該混凝土結構混凝土強度等級為C30。基于該工程制作普通及高性能C30混凝土試塊，對不同養護齡期時的混凝土抗壓強度進行檢測，以此探究混凝土強度變化規律及不同檢測方法檢測結果的準確性。普通及高性能C30混凝土配合比如表1所示。

表1混凝土配合比

2混凝土強度檢測方法

混凝土結構構件強度檢測方法通常分為破損檢測和非破損檢測，其中，鉆芯法、超聲回彈綜合法以及回彈法應用最為廣泛。

2.1 回彈法

回彈法的基本原理是利用彈簧驅動錘子擊打混凝土表面，通過測量錘子回彈的高度來估算混凝土的抗壓強度。當錘子沖擊混凝土時，部分能量被吸收，造成材料內部的變形，而未被吸收的能量則使錘子反彈。回彈值是根據錘子反彈后的高度確定的，通常由回彈儀讀取，通過校準曲線可以轉化為混凝土的抗壓強度。

回彈法具有操作簡單、快速、不損壞結構等優點。回彈測試采用數顯回彈儀進行，該儀器主要由傳輸線、傳感器、機械回彈儀組成。測試前需對回彈儀進行校準。在測試過程中，回彈儀中心線應與檢測面垂直，并對檢測區域進行分格，測區面積為 10cm×10cm 。測試完畢后將數據導入電腦軟件中進行分析。

2.2超聲回彈綜合法

超聲回彈綜合法是結合超聲波和回彈法測量混凝土強度的無損檢測方法，通過綜合分析混凝土試件的超聲波傳播特性和表面硬度來評估其強度。利用超聲波檢測儀，通過測量超聲波在混凝土內部的傳播速度，來獲取混凝土的內部質量和均勻性。超聲回彈綜合法通過將這2種方法的檢測結果結合，利用超聲回彈測強曲線，綜合評估混凝土的強度。

超聲波檢測儀由換能器、電源、傳輸線、信號線及主機系統組成。檢測前在混凝土檢測面布置分格。在測試前將聲時歸零，在回彈測區內布置聲速測點，確保接收和發射換能器連接良好。回彈檢測結束進行超聲檢測，測距為 0.5m 。

2.3 鉆芯法

鉆芯法的基本原理是從混凝土構件中鉆取一個圓柱形的芯樣，通過實驗室測試來確定其抗壓強度。具體步驟如下：使用鉆機在結構表面鉆取混凝土芯樣，確保芯樣的直徑和長度滿足標準要求。將芯樣切割成標準長度，在實驗室中進行干燥和處理。通過實驗儀器對芯樣施加壓力，直到芯樣破壞，從而測定其抗壓強度。

3檢測結果分析

3.1混凝土抗壓強度分析

3.1.1 普通混凝土抗壓強度分析

圖1是普通C30混凝土強度隨齡期變化。由圖1可知，隨著齡期的增加，混凝土的抗壓強度呈現出逐漸增大的趨勢。這主要是由于水泥水化反應的持續進行，水化反應是一個復雜的過程，當水泥與水混合后，開始生成一系列水化產物。這些產物填充了水泥顆粒之間的孔隙，并在混凝土內部形成一個逐漸增強的固體網絡結構，增加了混凝土的抗壓強度。

在初始階段，普通C30混凝土的強度增長速度較快，但隨著養護時間的推移，增長速度逐漸減緩。這主要是由于水泥水化反應在早期階段非常活躍，然而隨著時間的推移，水泥水化反應的進行速度逐漸減慢，容易水化的水泥顆粒減少，反應產生的水化產物開始抑制未水化顆粒的進一步水化。同時，混凝土內部的毛細孔結構開始逐漸完善，影響了水分和反應物質的遷移。對不同齡期混凝土抗壓強度進行擬合，其中采用多項式擬合相關系數R2為0.99，相關性最為顯著。

圖1普通C30混凝土抗壓強度隨齡期變化

3.1.2高性能混凝土抗壓強度分析

高性能C30混凝土抗壓強度隨齡期變化如圖2所示。觀察圖2可知，高性能C30混凝土抗壓強度隨養護齡期的增長呈現出逐漸升高趨勢。與普通C30混凝土抗壓強度隨養護齡期的變化規律不同的是，高性能C30混凝土抗壓強度增長速度在養護初期較快，隨后呈現先下降再增大的趨勢。

分析認為，高性能混凝土含有高活性礦物摻合料，這些摻合料在水化反應初期能夠迅速生成大量的水化硅酸鈣凝膠，顯著提高了混凝土的早期強度。然而，隨著養護時間的延長，內部水化反應速率減慢，摻合料的活性也逐漸降低，導致抗壓強度增長速度下降。

在養護中后期，高性能混凝土中的未水化水泥和活性摻合料，是由于自干燥效應，逐漸吸收重新分布的水分，發生進一步的水化反應，導致強度在經過短暫的下降后再次增大。采用對數擬合高性能混凝土不同養護齡期抗壓強度相關性最為顯著，擬合相關系數R2為0.96。

3.2鉆芯法檢測結果分析

3.2.1普通混凝土檢測結果分析

圖3展示了普通C30混凝土不同直徑芯樣抗壓強度對比。從圖3可以看出，普通C30混凝土鉆芯試樣的抗壓強度，均高于標準試塊的抗壓強度。隨著混凝土芯樣直徑的增大，其抗壓強度逐漸減小。分析認為，隨著芯樣直徑的增加，樣品體積也隨之增大，內部可能包含的缺陷數量和體積的概率也增加，削弱了混凝土的整體強度。較大的芯樣會比小尺寸的芯樣，更容易受到加載過程中應力集中現象的影響，增大了破壞的可能性，進而降低了整體抗壓強度。

圖2高性能C30混凝土抗壓強度隨齡期變化

圖3普通C30混凝土不同直徑芯樣抗壓強度對比

圖4高性能C30混凝土不同直徑芯樣抗壓強度對比

圖5普通C30混凝土抗壓強度檢測結果

圖6高性能C30混凝土抗壓強度檢測結果

此外，芯樣中裂縫萌生和擴展所需要的能量相對較高，當樣品直徑增加時，裂縫擴展所需克服的阻力減少，材料表現出更大的延展性及非均勻破壞特性，這種效應也會導致芯樣抗壓強度較低。

3.2.2高性能混凝土檢測結果分析

圖4是高性能C30混凝土不同直徑芯樣抗壓強度對比。由圖4可知，高性能C30混凝土標準試塊的抗壓強度高于 100mm 和75mm芯樣，低于 55mm 芯樣。

3.3回彈法和超聲回彈綜合法檢測結果分析

采用回彈法及超聲回彈綜合法，測得的普通C30和高性能C30混凝土抗壓強度結果與鉆芯法結果對比分別如圖5和圖6所示。從圖5、圖6可以看出，針對普通C30混凝土，采用回彈法和超聲回彈綜合法的檢測結果均低于 100mm 芯樣抗壓強度。回彈法檢測結果與鉆芯法結果更加接近，平均誤差為 31.39% ，超聲回彈綜合法平均誤差為 35.11% 。

針對高性能C30混凝土抗壓強度，采用超聲回彈綜合法和回彈法的檢測結果同樣低于 100mm 芯樣檢測結果。其中，回彈法檢測結果與鉆芯法檢測結果較為接近，其平均誤差為 21.98% ，超聲回彈綜合法平均誤差為 35.68% 0

綜上所述，采用回彈法對普通和高性能C30混凝土抗壓強度的檢測結果誤差，均小于超聲回彈綜合法。這主要是因為回彈法在實際應用中更為成熟和穩定。回彈法通過測量混凝土表面的回彈值來推測其抗壓強度，相對簡便快速，且受混凝土內部結構的影響較小。而超聲回彈綜合法則結合了超聲波和回彈測試，雖然在理論上可以提高測量的準確性，但對操作技術、設備條件、混凝土的表面狀況及儀器的校準要求較高，因此在實際使用中存在更大的測量誤差。

4結論

本研究基于某混凝土結構抗壓強度檢測項目，探究了普通及高性能混凝土抗壓強度隨養護齡期的變化規律，并對比了鉆芯法、回彈法和超聲回彈綜合法的混凝土抗壓強度檢測結果，得出以下主要結論：

1）隨著齡期的增加，普通及高性能混凝土的抗壓強度呈現出逐漸增大的趨勢。普通混凝土的抗壓強度隨著養護時間的推移增長速度逐漸減緩并趨于穩定，高性能混凝土抗壓強度增長速度在養護初期較快，隨后呈現先下降再增大的趨勢。

2）隨著混凝土芯樣直徑的增大，其抗壓強度逐漸減小。普通C30混凝土芯樣的抗壓強度均高于標準試塊的抗壓強度，高性能C30混凝土標準試塊的抗壓強度高于100mm 和75mm芯樣，低于 55mm 芯樣。

3）采用回彈法對混凝土抗壓強度的檢測結果誤差小于超聲回彈綜合法。針對普通和高性能混凝土抗壓強度檢測結果，回彈法平均誤差分別為 31.39% 和 21.98% 超聲回彈綜合法平均誤差分別為 35.11% 和 35.68% 。

參考文獻

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