混凝土强度的回弹法检验

1)回弹法的基本原理

回弹法是采用回弹仪的弹簧驱动重锤,通过弹击杆弹击混凝土表面,并以重锤被反弹回来的距离(称回弹值,指反弹距离与弹簧初始长度之比)作为强度相关指标来推算混凝土强度的一种方法。

2)回弹法检测混凝土强度的原则

回弹法检验混凝土强度是对常规检验的一种补充。 当对构件产生怀疑时,例如,试件与结构中混凝土质量不一致,或对试件的检验结果有怀疑或供检验用的试件数量不足时,可采用回弹法检测,并将检测结果作为处理混凝土问题的一个主要依据。

另外,在施工阶段,如构件拆模、预应力张拉或移梁、吊装时,回弹法可作为评估混凝土强度的依据。

回弹法的使用前提,是要求被测结构或构件混凝土的内外质量基本一致。 因此,当混凝土表层与内部质量有明显差异,如遭受化学腐蚀或火灾、硬化期间遭受冻伤等或内部存在缺陷时,不能用回弹法评定混凝土强度。 回弹法检测的混凝土的抗压强度和龄期也不应超过相应技术规程限定的范围。

3)回弹法的测强曲线

回弹法测定结构混凝土强度的基本依据,是回弹值与混凝土抗压强度之间的相关性。 这种相关性以基准曲线或经验公式的形式予以确定。

基准曲线的制定方法,是在试验室中制作一定数量的,考虑不同强度、不同原材料条件、不同期龄等各种因素的立方体试块,测定其回弹值、碳化深度及抗压强度等参数,然后进行回归分析,求得拟合程序最好,相关系数大的回归方程,作为经验公式或画出基准曲线。 因为混凝土强度与回弹值、碳化深度的相关关系,受许多因素的影响,在制定曲线的过程中,所考虑的影响因素越多,曲线的适应性和覆盖面越大,但其离散性也越大,推算混凝土强度的误差也越大。 当被测试的结构混凝土的各种条件越接近于制定基准曲线时所顾及的各种条件,测试误差越小。

为了提高回弹法测强的精度,目前常用的基准曲线可分为3 种类型:

(1)专用测强曲线

专用测强曲线是针对某一工程、某一预制厂或某一商品混凝土供应区的特定的原材料质量、成型和养护工艺、测试龄期等条件而制定的基准曲线。 由于专用曲线所考虑的条件可以较好地与被测混凝土相吻合,因此,影响因素的干扰较少,推算强度的误差也较小。

当被测结构混凝土的各种条件与专用曲线一致时,应优先使用专用曲线进行强度推定。

(2)地区测强曲线

地区测强曲线是针对某一省、市、自治区或条件较为类似的特定地区而制定的基准曲线。它适应于某一地区的情况,所涉及的影响因素比专用曲线广泛,因此,其误差也稍大。

(3)通用测强曲线

为了便于应用,在允许的误差范围内,应尽量扩大基准曲线的覆盖面。 我国在制定《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T 23—2011)时,在全国广泛布点进行了研究。 最后选定的回归方程和有关指标如下:

全国通用测强曲线所列测区混凝土强度换算表(附录Ⅲ)应为符合下列条件的混凝土:

①符合普通混凝土用材料、拌和用水的质量标准;

②不掺外加剂或仅掺非引气型外加剂;

③采用普通成型工艺;

④采用符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2015)规定的钢模、木模及其他材料制作的模板;

⑤自然养护或蒸气养护出池后以自然养护7 d 以上,且混凝土表层为干燥状态;

⑥龄期为14 ~1 000 d;

⑦抗压强度为10 ~50 MPa。

制定该表所依据的统一测强曲线,其强度误差值为:

当有下列情况之一时,不得按附录Ⅲ换算测区混凝土强度值,但可制定专用测强曲线或通过试验进行修正:

①粗集料最大粒径大于60 mm;

②特种成型工艺制作的混凝土;

③检测部位曲率半径小于250 mm;

④潮湿或浸水混凝土。

由于泵送混凝土在原材料、配合比、搅拌、运输、浇筑、振捣、养护等环节与传统的混凝土都有很大的区别,泵送混凝土的测强曲线方程另采用幂函数曲线方程:

式中　dm——碳化深度平均值;

R——回弹平均值。

4)专用测强曲线的制定方法

①制定专用测强曲线的单位,需具有一级试验室的资质。

②制定专用测强曲线的试件应与欲测结构或构件在原材料(含品种、规格)的成型工艺与养护方法等方面条件相同。

③试件的制作和养护:

a.按最佳配合比设计5 个强度等级,每一强度等级每一龄期制作6 个150 mm 立方体试件,同一龄期试件宜在同一天内成型完毕。

b.在成型后的第二天,将试件移至与被测结构或构件相同的硬化条件下养护,试件拆模日期宜与结构或构件的拆模日期相同。

④试件的测试:

a.将到达龄期的试件表面擦净,将其两个相对测面置于压力机的上下承压板之间,加压30 ~80 kN(低强度试件取低吨位加压)。

b.在试件保持30 ~80 kN 的压力下,用符合规定的标准状态的回弹仪和规定的操作方法,在试件的另外两个相对侧面上分别选择均匀分布的8 个点进行弹击。

c.从每一试件的16 个回弹值中分别剔除其中3 个最大值和3 个最小值,然后再求余下的10 个回弹值的平均值,计算精确至0.1,即得该试件的平均回弹值Rm。

d.将试件加荷直至破坏,然后计算试件的抗压强度换算值(MPa)。

⑤专用测强曲线的计算:

a.专用测强曲线的回归方程,应按每一试件求得的Rm 和数据,采用最小二乘法原理计算。

b.推荐采用的回归方程如下:

c.计算回归方程式的强度平均相对误差δ 和强度相对标准差er。 当δ 和er 均符合规定时,即可报请上级主管部门审批。

如需制定具有较宽龄期范围的专用测强曲线,则应在试验及回归分析时引入碳化深度变量,并求得碳化深度修正系数。

式中　δ——回归方程式的强度平均相对误差,%,精确至0.1;

er——回归方程式的强度相对标准差,%,精确至0.1;

fcu,i——由第i 个试件抗压试验得出的混凝土抗压强度值,MPa,精确至0.1 MPa;

——由同一试件的平均回弹值Rm 按回归方程式算出的混凝土强度值,MPa,精确至0.1 MPa;

n——制定回归方程式的试件数。

5)回弹法测试混凝土强度的原则

①检测结构或构件混凝土强度可采用单个检测和批量检测两种方式,其适用范围及构件数量应符合下列规定:

a.单个检测,适用于单独的结构或构件的检测。

b.批量检测,适用于在相同的生产工艺条件下,混凝土强度等级相同,原材料、配合比、成型工艺、养护条件基本一致且龄期相近的同类构件。 按批进行检测的构件,抽检数量不得少于同批构件总数的30%且测区数量不得少于100 个。 抽检构件时,有关方面应协商一致,使所选构件具有一定的代表性。

②每一构件的测区,应符合下列要求:

a.对长度不小于3 m 的构件,其测区数不少于10 个;对长度小于3 m 且高度低于0.6 m的构件,其测区数量可适当减少,但不应少于5 个。(www.xing528.com)

b.相邻两测区的间距应控制在2 m 以内,测区离构件边缘的距离不宜大于0.5 m。

c.测区应选在使回弹仪处于水平方向,检测混凝土浇筑侧面。 当不能满足这一要求时,可选在使回弹仪处于非水平方向,检测混凝土浇筑侧面、表面或底面。

d.测区宜选在构件的两个对称可测面上,也可选在一个可测面上,且应均匀分布。 在构件的受力部位及薄弱部位必须布置测区,并应避开预埋件。

e.测区的面积宜控制在0.04 m2。

f.检测面应为原状混凝土面,并应清洁、平整,不应有疏松层和杂物,且不应有残留的粉末或碎屑。

g.对于弹击时会产生颤动的薄壁、小型构件,应设置支撑固定。

③结构或构件的测区应标有清晰的编号,必要时应在记录纸上描述测区布置示意图和外观质量情况。

④当检测条件与测强曲线的适用条件有较大差异时,可采用同条件试件或钻取混凝土芯样进行修正,试件数量应不少于6 个。 计算时,测区混凝土强度换算值应加上强度修正量。

⑤检测时,回弹仪的轴线应始终垂直于结构或构件混凝土检测面,缓慢施压,准确读数,快速复位。

⑥测点宜在测区范围内均匀分布,相邻两侧点的净距一般不小于20 mm,测点距构件边缘或外露钢筋、预埋件的距离一般不小于30 mm,测点不应在气孔或外露石子上,同一测点只允许弹击一次。 每一测区应记取16 个回弹值,每一测点的回弹值读数精确至1。

⑦回弹值测量完毕后,应选择在有代表性的位置上测量碳化深度值。

6)混凝土碳化状况检测

混凝土碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。 空气中CO2 气渗透到混凝土内,与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水,使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化,又称为中性化。 其化学反应为Ca(OH)2 +CO2 =CaCO3 +H2O。

对于钢筋混凝土来说,碳化会使混凝土的碱度降低,同时,增加混凝土孔溶液中氢离子数量,因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。

以下情况下须进行混凝土碳化状况检测:

①采用回弹法或超声回弹综合法对混凝土强度换算值进行修正时;

②主要构件或主要受力部位的钢筋锈蚀电位评定标度值为3、4、5 时。

混凝土碳化深度值测量应按下列规定进行:

①用回弹法测量混凝土强度时,碳化测点不应少于3 个或混凝土强度测区数的30%,取其平均值为碳化深度代表值。 当碳化深度值极差大于2.0 mm 时,应在每一测区测量碳化深度值。

②在混凝土表面布置测孔,可采用适当的工具在测区表面形成直径约15 mm 的孔洞,也可根据预估的碳化深度选择测孔直径,其深度应大于混凝土的碳化深度。

③孔洞中的粉末和碎屑应除净且不得用水擦洗。

④应采用浓度为1%的酚酞试液滴在孔洞内壁的边缘处,滴在孔洞内的酚酞试液量应使表面均匀湿润但不流淌。

⑤当已碳化与未碳化界线清楚时,再用深度测量工具测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离,测量不应少于3 次,取其平均值,每次读数精确至0.5 mm。

7)回弹值的计算

①计算测区平均回弹值时,应从该测区的16 个回弹值中剔除3 个最大值和3 个最小值,然后将余下的10 个回弹值按下列公式计算:

式中　Rm——测区平均回弹值,精确至0.1;

Ri——第i 个测点的回弹值。

②回弹仪非水平方向检测混凝土浇筑侧面时,应按下列公式修正:

式中　Rma——非水平方向检测时测区的平均回弹值,精确至0.1;

Raa——非水平方向检测时回弹值的修正值,如表11.4 所示。

③回弹仪水平方向检测混凝土浇筑表面时,应按下列公式修正:

④如检测时仪器非水平方向且测试面非混凝土的浇筑侧面,则应先对回弹值进行角度修正,然后再对修正后的值进行浇筑面修正。

表11.4　非水平方向检测时回弹值的修正值

续表

续表

注:①Rma小于20 或大于50 时,均分别按20 或50 查表。
②表中未列入的相应于Rma的修正值Raa,可用内插法求得,精确至0.1。

表11.5　不同浇筑面上回弹值的修正值

注:① 或 小于20 或大于50 时,均分别按20 或按50 查表。
②表中有关混凝土浇筑表面的修正系数,指一般原浆抹面的修正值。
③表中有关混凝土浇筑底面的修正系数,是指构件底面与侧面采用同一类模板在正常浇筑情况下的修正值。
④表中未列入的相应于 或 的值,可用内插法求得,精确至0.1。

8)混凝土强度的推算

①结构或构件第i 个测区混凝土强度换算值,可按式(11.12)或式(11.13a)、式(11.13b)求得的平均回弹值Rm及求得的平均碳化深度值dm,由附录Ⅲ查得。 有地区或专用测强曲线时,混凝土强度换算值应按地区或专用测强曲线换算得出。

②由各测区的混凝土强度换算值可计算得出结构或构件混凝土的强度平均值。 当测区数不少于10 个时,还应计算强度标准差。 平均值及标准差应按下列公式计算:

式中　mfccu——构件混凝土强度平均值,MPa,精确至0.1 MPa;

n——对于单个检测的构件,取一个构件的测区数;对于批量检测的构件,取被抽取构件测区数之和;

Sfccu——构件混凝土强度标准差,MPa,精确至0.01 MPa。

③构件混凝土强度推定值fcu,e的确定。 构件的混凝土强度推定值指相应于强度换算值总体分布中保证率不低于95%的构件中混凝土抗压强度值。

a.当构件测区数少于10 个时,应以最小值作为该构件的混凝土强度推定值:

b.当构件的测区强度值中出现小于10.0 MPa 时,应按下式确定:

c.当构件测区数不少于10 个时,应按下式计算:

d.当按批量检测时,应按下列公式计算:

式中　k——推定系数,宜取1.645。 当需要进行推定强度区间时,可按国家现行有关标准的规定取值。

④对于按批量检测的构件,当该批构件混凝土强度标准差出现下列情况之一时,则该批构件应全部按单个构件检测:

a.当该批构件混凝土平均值小于25 MPa、Sfccu ＞4.5 MPa 时;

b.当该批构件混凝土强度平均值不小于25 MPa 且不大于60 MPa、Sfccu ＞5.5 MPa 时。