论现场混凝土抗压强度无损检测方法

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  摘要:无论是工业及民用建筑,还是公路、铁路、水利及水电工程等都广泛使用混凝土材料,混凝土的质量关系到整个工程的质量。传统的混凝土强度检验方法难以全面、准确地反映原位混凝土的质量状况,显然无损检测是获得原位混凝土真实质量的有效方法。其中,回弹法(依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》)提供了一种混凝土现场无损检测较广泛、较简便的测定混凝土强度的方法。本文介绍了回弹法检测混凝土强度的基本原理与方法,并提出了提高回弹法检测混凝土强度的精度的相关方法与途径。
  关键词:混凝土强度;回弹法;无损检测;
  一、概述
  无论是工业及民用建筑,还是公路、铁路、水利及水电工程等都广泛使用混凝土材料,混凝土的质量关系到整个工程的质量。传统的混凝土强度检验方法是在浇筑地点随机抽取试样,对试样进行抗压强度试验,由试验结果来评定混凝土的强度。由于试样的制作条件、养护环境及受力状态与原位混凝土均存在着明显的差异,试样的实验结果难以全面、准确地反映原位混凝土的质量状况,显然无损检测是获得原位混凝土真实质量的有效方法。早在20 世纪30 年代,人们就开始研究混凝土无损检测技术。80 年代混凝土无损检测技术在我国得到快速发展,并取得了一定的研究成果,除了超声、回弹等无损检测方法外,还进行了钻芯法、后装拔出法的研究;其中,回弹法(依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》)提供了一种混凝土现场无损检测较广泛、较简便的测定混凝土强度的方法。
  二、原理与方法
  1、基本原理
  在采用回弹法进行混凝土强度检测时,回弹仪内拉簧驱动重锤,以一定的弹性势能,通过混凝土表面,使局部混凝土发生变形并吸收一部份弹性势能,剩余的弹性势能则以动能的形式使重锤回弹并带动指针滑块,得到重锤回弹高度的回弹值,回弹值的大小与混凝土表面的弹、塑性质有关,其回弹值与表面硬度之间也存在相关关系,回弹值大说明表面硬度大、抗压强度愈高,反之愈低。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。
  2、检测方法
  (1)回弹仪率定
  回弹仪使用前应定期在洛式硬度为HRC60±2的钢砧上进行率定,率定的目的是为了保证回弹仪弹击动能的恒定。率定宜在气温为20±5℃条件下进行,率定时,将钢砧置于刚性较好的基础上,摆放平稳,然后回弹仪在钢砧上垂直向下进行弹击率定,率定时弹击杆应旋转4次,每次旋转90°左右,弹击3-5次,取连续3次稳定值计算回弹平均值,弹击杆每旋转一次的率定平均值应符合80±2的要求。不符合要求时,可通过顶部调整螺栓20来实现。
  (2)测区及测点布置
  根据需要布置测区,每测区面积约20×20cm2,每测区弹击16点。每一构件的测区,应符合下列要求:
  ①对长度不小于3m的构件,其测区数不少于10个,对长度小于3m且高度低于0.6的构件,其测区数量可适当减少,但不应少于5个;
  ②相邻两测区的间距应控制在2m以内,测区离构件边缘的距离不宜大于0.5m;
  ③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,方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;
  ④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;
  ⑤检测面应为原状混凝土面,并应清洁、平整,不应有、疏松层、浮浆、油垢以及蜂窝、麻面,必面时可用砂轮清除疏松层和杂物,且不应有残留的粉末或碎屑;
  ⑥对于弹击时会产生颤动的薄壁、小型构件应设置支撑固定。
  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。
  (3)回弹值的测量
  回弹仪使用时的环境温度应为-4℃-+40℃。检测时,将弹击杆1垂直对准具有代表性的被测位置,然后使仪器的冲锤借弹簧的力量打击冲杆,根据与冲杆头部接触处的混凝土试件表面的硬度,冲锤将回弹到一定位置,可以按刻度尺上的指针读出回弹值。回弹仪的轴线应始终垂直于结构或构件的混凝土检测面,缓慢施压,准确读数,快速复位。测区测区、测点布置见《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2001),每测区面积不宜大于0.04m2,共弹击16点,同一测点只应弹击一次。
  回弹值的测量的具体步骤如下:
  ①指针复零位操作。将回弹仪的弹击杆1顶住混凝土试面,轻压尾盖11,按钮6脱开导向法兰8,此时双手应使回弹仪抬离原先顶住的混凝土试面,弹击杆1伸出仪器壳体3,挂钩13与弹击锤4尾部勾连上,指针滑块4被导向法兰8带到刻度尺“0”位。
  ②弹击操作过程。将已伸出的弹击杆1对准混凝土试件测面的测点,并保持回弹仪的中心轴线垂直于测面,然后握住仪器壳体3,一手缓慢均匀地握压尾盖11,继续施压,挂钩13与弹击锤4脱开,由于弹击拉簧16的作用,弹击锤4沿着中心导杆7向弹击杆飞速冲击,动能由弹击杆1传递给混凝土试件。
  ③回弹值的读取。在弹击锤4与弹击杆1碰撞后,第一次回弹时将指针滑块4带到一定位置,此时继续扶握和压住回弹仪,保持弹击杆1抵住测面,并从刻度尺5上读取指针滑块4上刻度线所对的数值——回弹值R。如果光线微弱或狭窄处不便立即读数,可在弹击完毕,即锤与杆碰撞声终止后,按入按钮6锁住机芯,使指针滑块4保持所在位置,然后再将仪器拿到便于观察处读取回弹值,每一测点的回弹值估读至1。
  (4)碳化深度测量
  ①回弹值测量完毕后,应在有代表性的位置上测量碳化深度值。测点不应少于构件测区数的30%,取其平均值为该构件每测区的碳化深度值。当碳化深度值级差大于2.00mm时,应在每一测区测量混凝土的碳化深度。   ②用合适的工具在测区表面钻直径约15mm的孔洞,其深度略大于碳化深度,将孔洞中的粉末和碎屑除净,不得用水清洗,然后用1%酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁边缘处。已碳化部分不变色,未碳化部分混凝土变成紫红色,当已碳化与未碳化界限清楚时,再用深度测量工具测量已碳化和未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离,测量次数不少于3次,取其平均值,每次读数精确到0.5mm。
  三、检测结果及分析
  1、回弹值的计算
  测区回弹值每测区共弹击16点,16个回弹值中,分别剔除三个最大值和最小值,取余下10个回弹值的平均值为测区代表值取中间10个平均值,并要进行角度和浇筑面修正。对于混凝土龄期大于28天的,还要进行碳化深度测定,进行碳化深度修正。(详见《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》附录)
  2、计算
  ①根据平均碳化深度值查表测区混凝土强度
  测区的碳化深度值以平均碳化深度值按该测区所有测点的碳化深度取平均值计。计算出的平均碳化深度值如小于或等于0.4mm,则按无碳化(即平均碳化深度0)处理,如等于或大于6mm,则平均碳化深度值等于6mm计算。此时可根据回弹值和碳化深度查《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》附录A,查表可得出测区混凝土强度。
  ③根据回弹法的测强回归方程计算测区混凝土强度
  影响混凝土表面硬度的因素(如碳化深度、水泥品种及用量、骨料品种及用量、水泥水化程硬土含水率、构件表面温度等)都对回弹值有影响。回弹规程根据北京、陕西、重庆、成都、湘潭、天津、合肥、广州、哈尔滨及武汉等十二个地区,2000多个基本数据,选用16种回形式,51种组合,共计算了300多个回归方程,以选定的统一测强曲线的回归方程来计算测区混凝土强度。
  3、混凝土实测强度评定
  根据工程实际情况及结构或构件混凝土强度检测评定的要求,对同批结构或构件(强度等化合比、生产工艺相同,龄期相近)可抽样评定,对单个结构或构件可单个评定,并按《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》要求的评定标准进行评定。
  检测完后应填写检测报告,并应符合《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》附录F的规定。结构或构件混凝土强度计算表可参照附录C,有关回弹法测强的详细规定可参看《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》。
  四、提高回弹法的检测精度
  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,同时,回弹法在使用过程中容易出现操作不规范、随意性大、计算方法不当等问题,这些都会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》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。
  3、消除测试面因素的影响
  《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》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。
  4、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。
  5、注意混凝土回弹值的修正
  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。
  6、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,这时,就要采用芯样检测的方法来配合测试。
  7、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,但全国统一测强曲线考虑因素有限。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。
  提高回弹法检测混凝土抗压强度精确度需考虑的因素很多,本文所提及的仅仅是平时在工程检测鉴定中的粗浅体会,其中还有许多问题有待深入探讨和研,作为用于混凝土抗压强度检测的推荐性方法,回弹法以其使用方便等特点,在我国工程质量控制、工程质量检测中已应用了几十年,它和其它检测方法一样,都有其相应的适应范围和使用条件,都需要继续不断的提高和完善,以利于我国混凝土强度检测的技术水平的进一步提高。
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