汪魁峰（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧沈陽110003）

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回彈-鉆芯專用曲線法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度應(yīng)用分析

汪魁峰
（遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧沈陽110003）

［摘 要］文章結(jié)合水利工程大體積、大尺寸混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，闡述如何針對(duì)具體工程利用最小二乘法建立回彈-鉆芯專用測(cè)強(qiáng)曲線，以提高回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度精度。以具體水利工程為例進(jìn)行應(yīng)用闡述，應(yīng)用效果理想，為水利工程施工、檢測(cè)人員開展水工混凝土質(zhì)量檢測(cè)提供借鑒和參考。

［關(guān)鍵詞］回彈法；鉆芯法；混凝土抗壓強(qiáng)度；專用測(cè)強(qiáng)曲線；檢測(cè)

0 引言

回彈法是根據(jù)混凝土構(gòu)件表面硬度與強(qiáng)度的相關(guān)性，來推測(cè)混凝土表面強(qiáng)度的一種無損檢測(cè)方法?；炷两Y(jié)構(gòu)及內(nèi)、外因素，常會(huì)導(dǎo)致單一回彈法檢測(cè)的混凝土強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度偏差增大，比如表面混凝土含水量偏大，回彈法檢測(cè)出的混凝土抗壓強(qiáng)度偏低等。

鉆芯法是一種半破損的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)手段，是一種驗(yàn)證性質(zhì)或修補(bǔ)加固依據(jù)的檢測(cè)。它是利用專用鉆機(jī)，從結(jié)構(gòu)混凝土中鉆取芯樣以檢測(cè)混凝土強(qiáng)度、檢查混凝土內(nèi)部質(zhì)量（含裂縫深度）的一種常用方法。鉆芯法也是目前水利工程在檢測(cè)混凝土強(qiáng)度中使用頻率很高的一種驗(yàn)證方法，但鉆孔對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成局部損傷，因此在工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中取芯數(shù)量受到限制，樣點(diǎn)的分布也要科學(xué)、合理，具有代表性，尤其對(duì)于梁、柱構(gòu)件工程，鉆芯法的應(yīng)用更要慎重。

回彈-鉆芯法在水利工程檢測(cè)中，利用鉆芯結(jié)果修正回彈值，可以大大提高檢測(cè)精度，是一種非常好的檢測(cè)方法。下文參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、書籍，結(jié)合檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，分析結(jié)合具體工程如何建立水工混凝土回彈法-鉆芯法專用測(cè)強(qiáng)曲線法，以提高檢測(cè)精度，僅供參考。

1 現(xiàn)行規(guī)程中對(duì)回彈法測(cè)強(qiáng)的規(guī)定

水利、電力行業(yè)規(guī)程及建筑規(guī)范回彈法測(cè)強(qiáng)計(jì)算公式：

1）SL 352-2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》

式中：fccNo——混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；mN——測(cè)區(qū)平均回彈值；fccN——碳化深度修正后的混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；C——混凝土碳化修正值。

2）DL/T 5150-2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》普通混凝土強(qiáng)度：

引氣型混凝土強(qiáng)度

3）JGJ/T 23-2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》

式中：f’cu，e——修正后混凝土強(qiáng)度推定值，MPa；fcu，e——混凝土強(qiáng)度推定值，MPa，與碳化修正均查表求得；η——修正系數(shù)；fcor，i——第i個(gè)混凝土立方體（邊長(zhǎng)150mm）試塊強(qiáng)度值，MPa；fccu，i——對(duì)應(yīng)于第i個(gè)試件或芯樣部位回彈值和碳化深度值的強(qiáng)度換算值，MPa。

在行業(yè)規(guī)程SL352—2006和DL/T5150—2001中，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度都給出了回彈法和鉆芯法的具體檢測(cè)步驟及數(shù)據(jù)處理方法。

在JGJ/T23—2011中4.1.6條款提出“當(dāng)檢測(cè)條件與測(cè)強(qiáng)曲線的適用條件有較大差異時(shí)，可采用同條件試件或鉆取混凝土芯樣按修正量法進(jìn)行修正，試件或鉆取芯樣數(shù)量不應(yīng)少于6個(gè)。鉆取芯樣時(shí)每個(gè)部位應(yīng)鉆取一個(gè)芯樣，計(jì)算時(shí)測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值加上修正量”，規(guī)程中給出了修正量的具體計(jì)算方法。

2 回彈-鉆芯法測(cè)試專用曲線

2.1 建立專用曲線需考量的因素

回彈-鉆芯專用曲線法，是充分利用回彈法進(jìn)行大面積擴(kuò)展檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)和鉆芯法檢測(cè)精度高的特點(diǎn)，將這兩種方法綜合運(yùn)用，針對(duì)具體工程建立回彈-鉆芯法專用測(cè)強(qiáng)曲線，以達(dá)到提高檢測(cè)精度的目的。其優(yōu)點(diǎn)有：①針對(duì)性強(qiáng)，修正后更加科學(xué)、合理，精度高；②只要表面具備回彈法測(cè)試條件，可以不受混凝土齡期限制；③以實(shí)體強(qiáng)度建立曲線，可以排除通用曲線中未考慮到的其他影響因素。

規(guī)范中給出以混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強(qiáng)度值-回彈值作為建立曲線的基礎(chǔ)。結(jié)合具體工程，研究以實(shí)體混凝土構(gòu)件回彈法檢測(cè)強(qiáng)度值與鉆芯法檢測(cè)強(qiáng)度值為基礎(chǔ)建立關(guān)系曲線，用以提高回彈法檢測(cè)精度，但需考量以下基本因素和條件：①建筑物建造時(shí)間早，沒留有同期混凝土試塊，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、碳化等多方面綜合因素影響，導(dǎo)致通用曲線回彈法推定的混凝土強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度偏差相對(duì)較大；②水工混凝土大體積、大尺寸構(gòu)件。如水庫、水電站的混凝土重力壩、溢洪道，引輸水工程隧洞混凝土襯砌，混凝土面板壩及河、渠迎水側(cè)混凝土襯砌、防洪墻等；③有足夠的回彈測(cè)區(qū)數(shù)量，足夠的芯樣樣本數(shù)量，經(jīng)計(jì)算復(fù)核相關(guān)性足夠好；④要按規(guī)程合理考慮異常值剔除。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)是需注意的事項(xiàng)如下：①混凝土構(gòu)件表層和內(nèi)部質(zhì)量均勻，差異不大；②鉆芯法宜統(tǒng)一采用準(zhǔn)100mm，高徑比為1，避免因尺寸不同帶來二次誤差（但要滿足公稱直徑不宜小于骨料最大粒徑的3倍）；③芯樣要從回彈測(cè)區(qū)內(nèi)鉆取，先測(cè)定回彈值、碳化深度值，然后再鉆取芯樣；④要取回彈測(cè)區(qū)內(nèi)表層芯件抗壓強(qiáng)度值，若芯樣內(nèi)部有裂縫或其他較大缺陷，則要剔除該值。

2.2 測(cè)試步驟與專用測(cè)強(qiáng)曲線的建立

2.2.1 測(cè)試方法

1）根據(jù)檢測(cè)方案，選定被測(cè)混凝土構(gòu)件，確定具體鉆芯取位置，設(shè)為i處，并逐一標(biāo)識(shí)清楚；

2）在標(biāo)識(shí)好的鉆芯位置，按規(guī)程要求先進(jìn)行回彈法檢測(cè)，測(cè)區(qū)回彈值設(shè)為Ni，再根據(jù)規(guī)程要求計(jì)算該部位測(cè)區(qū)有效回彈值的平均值mNi；當(dāng)回彈儀在非水平方向測(cè)試時(shí)，要按相應(yīng)規(guī)程要求修正為水平方向值mNi，該值要與對(duì)應(yīng)位置芯樣強(qiáng)度值一一對(duì)應(yīng)；

3）回彈法測(cè)試完畢，在該回彈測(cè)區(qū)內(nèi)鉆芯取樣，并按規(guī)程要求在試驗(yàn)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)、成型及試驗(yàn)，測(cè)得混凝土芯樣強(qiáng)度fcor，根據(jù)fcor推定結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度fccN；

2.2.2 專用測(cè)強(qiáng)曲線的建立

1）建立以混凝土抗壓強(qiáng)度值fccN為縱坐標(biāo)，以回彈值mN為橫坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系中點(diǎn)繪出fccN-mN散點(diǎn)圖，根據(jù)散點(diǎn)分布規(guī)律選取合適的專用測(cè)強(qiáng)曲線方程，宜選用冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)式，也可選用對(duì)數(shù)函數(shù)式。

式中：fccN——混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；mN——測(cè)區(qū)平均回彈值；A、B——試驗(yàn)常數(shù)。

2）通過計(jì)算得到專用測(cè)強(qiáng)曲線方程，再將所有測(cè)得的回彈值代入該方程，推定所測(cè)回彈值對(duì)應(yīng)的混凝土抗壓強(qiáng)度值；

3）根據(jù)推定出的混凝土抗壓強(qiáng)度值fccN及測(cè)區(qū)數(shù)n，計(jì)算結(jié)構(gòu)中混凝土平均抗壓強(qiáng)度mfccN，標(biāo)準(zhǔn)差σ和變異系數(shù)CV，以此評(píng)估結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度和均勻性。

3 實(shí)例及分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法及數(shù)據(jù)處理

某水庫溢洪道建于1969年，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。共7孔，每孔凈寬10 m。溢洪道由上游段、閘室和下游段組成。由于建設(shè)久遠(yuǎn)，部分資料（如混凝土強(qiáng)度等級(jí)等）不全，為鑒定其安全性開展了現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)：首先選定被測(cè)混凝土構(gòu)件，確定具體鉆芯位置并進(jìn)行標(biāo)識(shí)，然后在擬鉆芯位置采用中型回彈儀進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，并在該測(cè)區(qū)鉆取準(zhǔn)100mm直徑的混凝土芯取樣，成件深度10～120mm。鉆芯位置回彈測(cè)區(qū)有效回彈平均值mN和對(duì)應(yīng)位置混凝土芯樣推定立方體抗壓強(qiáng)度fccN，具體結(jié)果見表1。

表1 鉆芯部位回彈值及推定混凝土抗壓強(qiáng)度結(jié)果

3.2 專用測(cè)強(qiáng)曲線的建立及選擇

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，建立fccN-mN直角坐標(biāo)系，并繪制散點(diǎn)圖見圖1，根據(jù)散點(diǎn)的分布規(guī)律，按SL352規(guī)程，專用測(cè)強(qiáng)曲線選用冪函數(shù)式方程，采用最小二乘法計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算，得專用測(cè)強(qiáng)曲線方程為：

式中：R——相關(guān)系數(shù)。

可見冪函數(shù)方程和指數(shù)函數(shù)方程相關(guān)性均很好，選擇冪函數(shù)作為該溢洪道混凝土強(qiáng)度回彈-鉆芯法檢測(cè)專用測(cè)強(qiáng)曲線，曲線與散點(diǎn)的擬合程度見圖1。

圖1 混凝土抗壓強(qiáng)度推定值與回彈法檢測(cè)強(qiáng)度值關(guān)系曲線

3.3 應(yīng)用效果分析

利用建立曲線的10個(gè)回彈值和芯樣強(qiáng)度值，采用不同的計(jì)算方法，得到的混凝土強(qiáng)度推定值見表2，相應(yīng)曲線見圖2。由表中數(shù)據(jù)和圖2可見，針對(duì)該工程建立的回彈-鉆芯專用測(cè)強(qiáng)曲線得到混凝土強(qiáng)度推定值總體偏差較小。

4 結(jié)語

1）結(jié)合具體工程建立回彈-鉆芯專用曲線，可以提高回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度的準(zhǔn)確性，而且可以放寬齡期約束，可以排除通用曲線中未考慮到的其他因素影響。

表2 采用不同計(jì)算方法推定混凝土抗壓強(qiáng)度值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖2 不同曲線推定混凝土抗壓強(qiáng)度值與混凝土芯樣強(qiáng)度值擬合情況

2）該方法比較適用于水利工程領(lǐng)域大體積、大尺寸混凝土構(gòu)件，比如水庫（水電站）、閘等攔河壩、溢洪道、底板及邊墻，輸水隧洞襯砌混凝土，尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)厚度相對(duì)薄。例如，河、渠襯砌混凝土板，通過建立回彈-鉆芯專用曲線可克服采用通用曲線測(cè)試回彈強(qiáng)度與芯樣強(qiáng)偏差大導(dǎo)致的評(píng)價(jià)誤差大的因素。

3）該方法具有專用性，建議建立曲線時(shí)要檢驗(yàn)回彈值與芯樣強(qiáng)度的相關(guān)性。

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［中圖分類號(hào)］TV544+.91

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）06－0052－03

[收稿日期]2015-12-03