回弹法检测混凝土强度.doc

回弹法检测混凝土强度1 检测原理及特点1.1 原理由于混凝土的抗压强度与其表面硬度之间存在某种相关关系，而回弹仪的弹击锤被一定的弹力打击在混凝土表面上，其回弹高度（ 通过回弹仪读得回弹值）与混凝土表面硬度成一定的比例关系。因此以回弹值反映混凝土表面硬度，根据表面硬度则可推求混凝土的抗压强度。1.2 特点用回弹法检测混凝土抗压强度，虽然检测精度不高，但是设备简单、操作方便、测试迅速，以及检测费用低廉，且不破坏混凝土的正常使用，故在现场直接测定中使用较多。影响回弹法准确度的因素较多，如操作方法、仪器性能、气候条件等。为此，必须掌握正确的操作方法，注意回弹仪的保养和校正。回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（ JG J/T23-2001）中规定：回弹法检测混凝土的龄期为7 d1 000 d，不适用于表层及内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土构件和特种成型工艺制作的混凝土的检测，这大大限制了回弹法的检测范围。另外，由于高强混凝土的强度基数较大，即使只有15% 的相对误差，其绝对误差也会很大而使检测结果失去意义。2 仪器测量回弹值使用的仪器为回弹仪。回弹仪的质量及其稳定性是保证回弹法检测精度的技术关键。2.1 类型国内回弹仪的构造及零部件和装配质量必须符合混凝土回弹仪（ JJG 817-93）的要求。回弹仪按回弹冲击能量大小分为重型、中型和轻型。普通混凝土抗压强度不大于C50 时，通常采用中型回弹仪；混凝土抗压强度不小于C60 时，宜采用重型回弹仪。传统的回弹仪是通过直接读取回弹仪指针所在位置读数来测取数据的，为一直读式。目前已有的新产品有自记式、带微型工控机的自动记录及处理数据等功能的回弹仪。2.2 影响检测性能的因素影响回弹仪检测性能的主要因素有： 回弹仪机芯主要零件的装配尺寸，包括弹击拉簧的工作长度、弹击锤的冲击长度以及弹击锤的起跳位置等。 主要零件的质量，包括拉簧刚度、弹击杆前端的球面半径、指针长度和摩擦力、影响弹击锤起跳的有关零件。 机芯装配质量，如调零螺钉、固定弹击拉簧和机芯同轴度等。2.3 钢砧率定作用我国传统的回弹仪率定方法是：在符合标准的钢砧上，将仪器垂直向下率定。由上述影响回弹仪检测性能的主要因素可知，仅以钢砧率作为检验合格与否往往是欠妥的。只有在仪器个装配尺寸和主要零件质量合格的前提下，钢砧率定值才能够作为检验合格与否的一项标准。3 检测强度值的影响因素回弹法是根据混凝土结构表面约6 m m 厚度范围的弹塑性能，间接推定混凝土的表面强度，并把构件竖向侧面的混凝土表面强度与内部看作一致。因此，混凝土构件的表面状态直接影响推定值的准确性和合理性。3.1 原材料3.1.1 水泥水泥品种对回弹法测强的影响，还存在争议。一种观点认为，只要考虑了碳化深度的影响，可以不考虑水泥品种的影响。3.1.2 集料已有的研究表明，只要普通混凝土用细集料的品种和粒径符合普通混凝土用砂质量标准及检验方法（ JG J52）的规定，对回弹法测强的影响不显著。3.1.3 粗集料目前，人们对粗集料品种的影响还没有一致的认识。一般在制订地方测强曲线时，结合具体情况予以考虑。3.2 外加剂在普通混凝土中，外加剂对回弹法测强的影响不显著。掺有外加剂的混凝土测强曲线比不掺者的强度偏高1.5 M Pa5 M Pa。这对于采用统一测强曲线进行的回弹法检测，所得混凝土强度的安全性是可以接受的。3.3 成型方法总体上，不同强度等级、不同用途的混凝土混合物，应有各自相应的最佳成型工艺。但是只要混凝土密实，其影响一般较小。喷射混凝土和表面通过特殊物理方法、化学方法成型的混凝土，统一测强曲线的应用要慎重。3.4 养护方法及湿度混凝土在潮湿的环境或水中养护时，由于水化作用较好，早期和后期强度均比在干燥条件下养护得高，但表面硬度由于被水软化而降低。不同的养护方法产生不同的湿度对混凝土强度及回弹值都有很大的影响。标准养护与自然养护的混凝土含水率不同，右强度发展不同，则表面强度也不同。在早期，这种差异更明显。湿度对强度的混凝土的影响较大，但随强度的增加，湿度的影响逐渐减小。3.5 碳化及龄期水泥一经水化游离出大约35% 的氢氧化钙，它对混凝土的硬化起了重大的作用。已经硬化的混凝土表面受到二氧化碳的作用，使氢氧化钙逐渐变化，生成硬度较高的碳酸钙，即发生混凝土的碳化现象，它对回弹法测强有显著的影响。碳化使混凝土表面硬度增加，回弹值增大，但对混凝土强度影响不大，从而影响混凝土强度与回弹值的相关关系。不同的碳化深度对其影响不一样。对不同强度等级的混凝土，同一碳化深度的影响也有差异。国外消除碳化影响的做法是磨去混凝土碳化层或不允许对龄期较长的混凝土进行测试。我国是用碳化深度作为一个测强参数来反映碳化的影响。虽然回弹值随碳化深度的增加而增大，但碳化深度达到6 m m ，这种影响基本不再增长。3.6 泵送混凝土根据福建建筑研究院的试验研究，对于泵送混凝土用测区混凝土强度换算得出的换算强度值普遍低于混凝土的实际抗压强度（ 试件强度）值。换算强度值越低，误差越大，且正偏差居多。当换算强度值在50 M Pa 以上时影响减小。误差修正可以按表1执行。3.7 混凝土表面缺陷根据检测经验，构件混凝土局部表面偶尔出现异常状态，强度异常低，在分析排除施工或材料异常的情况下，应考虑存在混凝土表面与内部强度差异较大的可能。造成表面强度局部异常的常见原因有施工振捣过甚，表面离析，砂浆层太厚，局部混凝土表面潮湿软化，构件表面粗糙，检测前未按要求认真打磨等操作失误或测区划分错误。混凝土表层强度几乎不影响构件的承载力和刚度，因此若仍按规程以测区强度最小值来推定，必然过于保守，可能导致错误决策，故有必要先进行异常值的判断，当判定属于数据异常时，有条件的可采取钻芯法进一步检测。3.8 混凝土结构中表层钢筋对回弹值的影响采用回弹仪所测得的回弹值只代表混凝土表面层2 cm 3 cm的质量。因此，在实际工作中，钢筋对回弹值的影响要视钢筋混凝土保护层厚度、钢筋直径及疏密程度而定。如果在工程施工中，按规定混凝土中钢筋保护层厚度普遍大于20 m m ，用回弹仪进行对比回弹，混凝土回弹值波动幅度不大，可视为没有影响。在通常的情况下，混凝土保护层厚度基本大于规范规定值，在回弹检测混凝土强度过程中，对钢筋的影响可忽略不计。4 检测方法4.1 数据采集4.1.1 工程资料用回弹法检测前，应全面、正确了解被测结构的情况，如混凝土设计参数、混凝土实际所用混合物材料、结构名称、结构形式等。4.1.2 测区回弹值测区的选定采用抽检的方法，在0.2 m 0.2 m 范围内测点均匀分布。所选测区相对平整和清洁，不存在蜂窝和麻面，也没有裂缝、裂纹、剥落，层裂等现象。按照利用回弹仪进行无损检测的规范， 即根据回弹法检测混凝土抗压强度技术规范（ JG J/T23-2001）的规定，在每一个检测区测取16 个回弹值。每一读数都精确到1。测点间距不小于20 m m ，测点距构件边缘不小于30 m m 。在检测时，回弹仪的轴线始终垂直于被检测区的测点所在面。4.1.3 碳化深度在有代表性的测区进行碳化深度测定。当碳化深度大于2.0 m m 时，应在每个测区进行碳化深度测定。4.2 强度计算4.2.1 回弹值计算从每一个测区所得的16 个回弹值中，剔除3 个最大值和3个最小值后，将余下的10 个回弹值按下列公式计算平均值：式中，Rm 为测区平均回弹值，精确至0.1；Ri为第i 个测点的回弹值。4.2.2 回弹值修正 对于回弹仪非水平方向检测混凝土浇筑侧面时，回弹值按下式校正。Rm=Rm +Ra式中，Rm 为非水平方向检测时测区的平均回弹值，精确至0.1；Ra 为非水平方向检测时测区的平均回弹值的修正值，按表2 取值。 将回弹仪水平方向检测混凝土浇筑表面时得的回弹值，或相当于水平方向检测混凝土浇筑面时的回弹值，按下式修正：Rm=RmtRat， Rm=RmbRab.式中，Rmt，Rmb 为水平方向（ 或相当于水平方向）检测混凝土浇筑表面、底面，测区的平均回弹值，精确至0.1；Rat，Rab 为混凝土浇筑表面、底面回弹值的修正值，按表3 取值。4.2.3 碳化深度计算对于抽检碳化深度的计算，用数理统计方法计算，以平均值作为测区碳化深度。4.2.4 测强曲线应用对于没有可以利用的地区和专用混凝土回弹测强曲线，测区混凝土强度的求取，可以按规范附录中所提供的“ 测区混凝土强度换算表”换算。4.3 异常数据分析混凝土强度不是定值，它服从正态分布。混凝土强度无损检测属于多次测量的试验，可能会遇到个别误差不合理的可疑数据，应予以剔除。根据统计理论，绝对值越大的误差，出现的概率越小，当划定了超越概率或保证率时，其数据合理范围也相应确定。因此，可以选择一个“ 判定值”去和测量数据比较，超出判定值者则认为包含过失误差而应剔除。4.4 强度推定按批量检测，其混凝土强度推定值由下式计算： 式中，Rm ，m ine 为该批构件中最小的测区混凝土强度换算值的平均值（ M Pa），精确至0.1 M Pa。该批构件混凝土强度推定值取上述公式中（ Rm 或R2）较大值。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，则该批构件应该全部按单个构件进行检测： 当该批构件混凝土强度平均值小于25 M Pa 时，S 大于4.5 M Pa。 当该批构件混凝土强度平均值不小于25 M Pa时，S 大于5.5 M Pa。当按单个构件计算时以最小值为该构件的混凝土强度推定值：R=Rm ，m ine .提高回弹法检测混凝土抗压强度精确度的探讨回弹法检测混凝土抗压强度在我国使用已达四十余年,因其简便、灵活、准确、可靠、快速、经济等特点而倍受工程检测人员的青睐,是我国目前工程检测中应用最为广泛的检测仪器之一。当对工程结构质量有怀疑时,均可运用回弹法进行检测。但回弹法在使用过程中还是出现了较多的操作不规范、随意性大、计算方法不当等问题,造成了较大的测试误差。如何保证检测精度,使其在监督检验结构工程和混凝土质量中发挥应有的作用,已成为众多工程建设者所关注的话题。要提高回弹法的检测精度,应综合考虑以下几个方面因素。 1 注意回弹法检测的适用条件 回弹法是通过回弹仪检测混凝土表面硬度从而推算出混凝土强度的方法,当出现标准养护试件数量不足或未按规定制作试件;对构件的混凝土强度有怀疑;或对试件的检验结果有怀疑时,可按回弹法检测混凝土抗压强度技术规程(JGJPT2322001) (以下简称规程) 进行检测。必须注意回弹法的使用前题是要求被测混凝土的内外质量基本一致,当混凝土表层与内部质量有明显差异,如遭受化学腐蚀、火灾、冻伤,或内部存在缺陷时,不能直接采用回弹法检测混凝土强度。 2 测试前必须进行回弹仪的率定试验回弹仪的质量及测试性能直接影响混凝土强度推定的准确性,只有性能良好的回弹仪才能保证测试结果的可靠性。回弹仪的标准状态应是在洛氏硬度HRC 为60 2 的标准钢砧上,垂直向下弹击三次,其平均率定值应为80 2 ,否则回弹仪必须进行调整或校验。在单个构件检测中,一般只需测试前进行率定即可,但在大批量检测时,由于受现场灰粉及回弹仪自身稳定性等因素的影响,随着工作时间的延长,回弹仪的工作状态逐渐低于标准状态。有时一个批量检测项目检测前后回弹仪率定值的差异较大,从而导致测试结果偏低。因此,在大批量检测时,应随身携带标准钢砧,以便随时进行率定检测,适时更换,从而保证检测结果的精确性。 3 测区选择要正确检测构件布置测区时,相邻两测区的间距应控制在2 m以内,测区离构件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0. 5 m且不宜小于0. 2 m;测区应选在使回弹仪处于水平方向检测混凝土浇筑面,并选在对称的两个可测面上,如果不能满足这一要求时,也可选在一个可测面上,但一定要分布均匀,在构件的重要部位及薄弱部位必须布置测区,并应避开预埋件。当遇到薄壁小构件时,则不宜布置测区,因为薄壁构件在弹击时产生的振动,会造成回弹能量的损失,使检测结果偏低。如果必须检测,则应加以可靠支撑使之有足够的约束力时方可检测。 4 测试动作要规范,切忌随意操作 回弹法本身是一种科学的操作方法,国家也专门制定了相应的规程,不容许操作人员随意操作。回弹的精度也取决于操作人员用力是否合适和均匀,是否垂直于结构或构件的表面,是否规范操作。但实际检测中却很少有人严格按照标准规定的技术要求进行检测操作,责任心不强,敷衍了事,这样的检测将带来较大的测试误差,无法保证回弹质量,为此,应加强检测人员的职业道德素养,提高检测责任心,也只有如此,才能真正提高回弹法的检测精度。 5 消除测试面因素的影响 规程规定:用于回弹检测的混凝土构件,表面应清洁、平整,不应有疏松层、浮浆、油垢、蜂窝、麻面。我们在检测时经常遇到麻面或有浮浆的构件,回弹前必须有砂轮磨平,否则结果偏低。在测试面达到清洁、平整的前提下,还需注意混凝土表层是否干燥,混凝土的含水率会影响其表面的硬度,混凝土在水泡之后会导致其表面硬度降低。因此,混凝土表面的湿度对回弹法检测影响较大,对于潮湿或浸水的混凝土,须待其表面干燥后再进行测试。建议采用自然干燥的方式。禁止采用热火、电源强制干燥,以防混凝土面层被灼伤,影响检测精度。 6 注意碳化深度的测试取值 碳化深度值的测量准确与否与回弹值一样,直接影响推定混凝土强度的精度。在碳化深度的测试中,注意其深度值应为垂直距离,而非孔洞中呈现的非垂直距离。孔洞内的粉末和碎屑一定要清除干净之后再测量,否则将难以区分已碳化和未碳化的界线,造成较大的测试误差。测量碳化深度值时最好用专用测量仪器,不能采用目测方法。还有一种情况应特别注意,在检测已用粉刷砂浆覆盖的构件碳化深度时,由于测试面受水泥砂浆的充填渗透影响,其表层含碱量较高,而用于碳化测试的酚酞酒精溶液遇碱即变红,极易使人产生视觉误差,认为其碳化深度值很小。如果认真观察测试孔,可发现外表层颜色较深,而孔内混凝土所变的颜色较浅,这颜色较浅部分的厚度即为混凝土实际的碳化深度。这一点细微的差别,检测人员一定要注意区分。 7 注意混凝土回弹值的修正 近年来,随着城市泵送混凝土使用的普及,采用回弹法按测区混凝土强度换算值表推定的测区混凝土温度值将明显低于其实际强度值。这是因为泵送混凝土流动性大,粗骨料粒径较小,砂率增加,混凝土的砂浆包裹层偏厚,表面硬度较低所致。因此在运用回弹法检测混凝土强度时,必须要事先了解到施工单位浇注混凝土的方式,并注意修正。另外,当检测时回弹仪为非水平方向且测试面为非混凝土侧面时,一定要先按非水平状态检测时的回弹值进行修正,然后再按角度修正后的回弹值进行不同浇筑面的回弹值进行修正,这种先后修正的顺序不能颠倒,更不能用分别修正后的值直接与原始值相加或相减,否则将造成计算错误,影响对混凝土强度的推定。 8 测试异常时,需与钻芯法配合使用现行的工程施工中,普遍采用胶合板面的大模板, 此种模板密闭性能极好但不透气,振捣过程中产生的气泡聚集在混凝土表面和大模板之间,不易排出,致使拆模后在混凝土表面存在大量的微小气孔,使混凝土表面不是很密实,如果混凝土养护跟不上,混凝土表面将不能有效地进行水化反应,不仅有粉化现象,而且混凝土碳化深度较大,造成混凝土表面强度低。如我市某一框架结构商住楼,在使用回弹仪抽检三层剪力墙混凝土时发现,全部抽检构件混凝土表面强度都比较低,只达到原设计强度等级的67 %。经查施工技术资料,该工程的混凝土配合比以及使用的原材料均不存在问题,施工单位混凝土搅拌后的管理也比较到位,遂用钻芯法取样复检,芯样上观察,混凝土表层10 mm 较疏松。内层较为坚硬,芯样检测结果是实际混凝土抗压强度符合原设计强度等级,从而避免了一次误判。 9 建立本地区的专用测强曲线 国家标准虽给出了全国通用回弹法检测的测强曲线并由此得到测定混凝土强度值换算表,但全国统一曲线仅综合考虑到全国各地的原材料使用情况,没有把碎、卵石普通混凝土区分开来,而实际上回弹法检测碎、卵石普通混凝土强度是有很大差异的。而地区测强曲线正是充分考虑本地区的混凝土原材料、气候条件和成型养分护工艺,通过试验、校核、修正所建立的曲线,与通用测强曲线相比较,该曲线比通用测强曲线更接近实验数据,能更好的推算本地区混凝土的实际强度。因此,建立本地区的专用测强曲线,能有效地提高回弹法的检测精度。超声回弹混凝土强度技术的应用上世纪六十年代罗马尼亚的建筑及建筑经济科学研究院，率先提出采用超声回弹综合法对混凝土强度进行检测起，我国从1976年也开始对此方法进行了全面及大量的检测，并于1988年制订了中国工程建设标准化协会标准超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程（CECS 02：88）。2005年由中国建筑科学研究院会同有关单位再次对超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程进行了修订，并于2005年12月1日执行超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程CECS 02：2005。简称综合法。为了执行综合法，国家规范在混凝土强度检验评定标准（GBJ10787）中规定：“当时混凝土试件强度的代表性有怀疑时，可采用从结构或构件中钻取试件的方法或采用非破损检验方法，按有关标准的规定对结构或构件中混凝土的强度进行推定”。混凝土结构工程施工质量验收规范（GB 50204-2002）中也有规定，“当混凝土试件强度评定不合格时，可采用非破损或局部破损的检验测方法，按国家现行有关标准的规定对结构构件中的混凝土强度进行推定，并作为处理的依据”。1. 综合法的定义及优点超声回弹检测混凝土强度技术简称“综合法”，是混凝土强度的无损检测中的非破损方法之一。所谓综合法就是采用两种或两种以上的无损检测方法（超声波脉冲速度回弹值），获取多种物理参量，并建立强度与多项物理参量的综合相关关系，以便从不同角度综合评价混凝土的强度。由于综合法采用多项物理参数，能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素，并且还能抵消部分影响强度与物理量相关关系的因素，因而它比单一物理量的无损检测方法（回弹法、超声法）具有更高的准确性和可靠性。单一的回弹法和超声法，同一影响因素对不同方法影响程度不同，有的甚至完全相反。例如:当混凝土的强度等级相同，生产工艺和配合比基本相同的混凝土标养试件在用单一的回弹法和超声法进行强度检测时发现，混凝土龄期和混凝土湿度，对回弹法来讲，随着混凝土龄期的增长，混凝土表面硬化，加上混凝土表面结硬，使回弹值偏高，对潮湿混凝土表面硬度降低，回弹值显著偏低。对超声法来讲，情况却相反，随着龄期增长，混凝土内部逐渐趋于干燥，传播速度偏低，对潮湿混凝土传播速度要比干燥混凝土要快。如果将两种单一方法结合后，混凝土龄期和湿度的影响可以相互抵消而不加考虑了。这样，综合法正是利用了两种对构件损伤最小，一个利用构件内部的物理指标，一个从表面硬度着手，起到由表至内多侧面综合反应混凝土抗压强度，正因为是多侧面反应混凝土强度指标，故有较好的相关性，另外，综合法和半破损法的钻芯法相比也有一定的优点，钻芯法由于要造成结构或构件局部结构破坏，不宜在一结构中大面积使用。这样“超声波脉冲速度回弹值”综合法成了混凝土强度无损检测技术的一个重要发展方法。某工程实例：存在问题检测结果（综合法的比较）2. 综合法的工程应用（1）监理工程实践中，常常由于施工控制不严或施工过程中某种意外事故可能影响混凝土的质量，以及发现预留试块的取样、制作、养护、抗压试验等不符合有关技术规程或标准所规定的条款，怀疑预留的试块强度不能代表结构混凝土的实际强度，如：预留试块的丢失、同条件养护和标养不真实，都应优先采用综合法。（2）当需要了解混凝土在施工期间的强度增长情况，以便满足结构或构件的拆模、出养护池、出厂、吊装、预应力筋张拉或放张，以及施工期间负荷对混凝土强度的要求时。如：冬期施工等，都应优先采用综合法。（3）对已建成结构需要进行维修、加层、拆除等决策时，或受灾害性因素影响时，可优先采用综合法对原有混凝土强度进行强度推定，以便提供改建、加固设计时的基本强度参数和其他设计依据。（4）另外，国际上对建筑物结构的检测已扩大到设计基准期内的检测，对混凝土强度部分都应优先采用综合法。3.建立适合自己的测强曲线用混凝土试块的抗压强度与无损检测的参数之间建立起来的关系曲