回弹法检测高强混凝土抗压强度试验研究

彭泽杨，杨 曜，何 欣，黎颖聪

(1.四川省建筑科学研究院，四川成都610081；2.华西绿舍建材有限公司，四川成都610081;3.成都建工成新混凝土工程有限公司，四川成都610000)

20世纪以来，随着城市的发展以及大量高层建筑、公路和桥梁的设计需求，高强混凝土技术得以迅速发展，配制技术和施工技术已经趋于成熟[1-3]。目前回弹法检测混凝土抗压强度方法只有国家行业标准JGJ/T 23—2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》，该规程给出的回弹测强曲线只适用于推定10～60 MPa范围内的混凝土抗压强度，当混凝土强度大于60.0 MPa时就不再适用[4-7]。本研究结合四川地区的实际情况，选用了成都、南充、宜宾和乐山地区具有代表性且使用范围较广的原材料，分别成型制作强度等级为C50～C90的混凝土试件进行了大量试验并采集数据分析对比。建立了强度范围为50.0～100.0 MPa的混凝土回弹测强曲线，填补了四川地区采用回弹法检测高强混凝土抗压强度技术的空白。

1 试验概况

1.1 试验原材料

为使本研究在四川地区具有一定的代表性，并建立四川地区高强混凝土回弹测强曲线，分别采集了成都、南充、宜宾和乐山地区具有代表性的材料配制高强混凝土。试验原材料品种和规格为：

水泥：普通硅酸盐水泥(P·O 42.5 R)；

细骨料：河砂、机砂和混合砂，细度模数2.5～3.0；

粗骨料：碎石，粒径5～25 mm；

掺合料：粉煤灰(F类一级或者二级)、矿粉(S75及S95)，硅粉；

外加剂：高性能外加剂；

脱模剂：混凝土试块成型所用的脱模剂应为中性或偏碱性(pH值≥7)，避免因酸性脱模剂而引起的“假性碳化”。

1.2 混凝土试件制备

混凝土试件制备具体要求如下：

强度等级：C50、C60、C70、C80和C90；

试件尺寸：150 mm×150 mm×150 mm标准立方体试块；

龄期：14 d、28 d、60 d、90 d和180 d；

试件数量：每个强度等级混凝土试件分别制作5组，同一龄期的试块在同一天制作完成。

养护：为了尽可能与混凝土工程的实际施工、养护情况相似，在混凝土试块脱模后，做好标记呈“品”字形放置在户外，底面朝下，成型面朝上，侧面能充分接触空气并保证不受雨淋和暴晒。每天浇水2、3次，连续养护3 d后进行自然养护。

1.3 试验测试

1.3.1 测区布置

在试块两个相对浇筑侧面上个布置8个测试点，测试点宜在测区范围内均匀分布，相邻测试点的间距一般不小于30 mm，测试点离试块的边缘尽量不小于30 mm，共16个测点如图1所示。

图1 测点分布

1.3.2 回弹测试

试块浇筑侧面清理干净，按要求将无测点布置的两个浇筑侧面置于压力机的上、下承压板之间，加压80～100 kN并保持此压力。回弹测试时要求回弹仪的轴线与试块的侧面保持垂直，不应弹击在气孔或外露石子上，同一测试点只允许弹击一次。考虑到试验中检测的误差，将16个回弹值的3个最大值和3个最小值舍去，取余下10个回弹值的平均值作为该试块的回弹代表值R，计算精确至0.1。

1.3.3 抗压强度试验

回弹数值测试完毕后卸荷，依据(GB/T 50 081-2002)《普通凝土力学性能试验方法标准》，以0.8～1.0 MPa/S的加载速率测试混凝土试件抗压强度，抗压强度值精确到0.1 MPa。

1.4 试验仪器与设备

混凝土抗压试验机：型号YAW 4 306液压式压力试验机；

高强混凝土测强回弹仪：标称能量5.5 J，型号为ZC1-A。

2 回弹测强曲线建立

根据各地区采集到的数据及分析结果，对明显异常的数据进行剔除处理后，本次各参加试验单位共取得高强泵送混凝土实验数据共281个，其回弹值-抗压强度值的对应如图2示。

图2 回弹值-抗压强度值对应散点图

图2中，数据的总体分布较均匀且规律性也比较明显，离散性突出的数据较少。按照最小二乘法的原理，对数据进行回归分析得到幂函数、线性函数和指数函数三种回归曲线，见表1。

表1 回弹测强曲线方程

三种不同函数曲线的相关系数、相对标准差和平均相对误差见表2。

表2 回归曲线的相关系数、平均相对误差和相对标准差

由表2对比可以看出，3种回归曲线函数的相关系数均较大，则相关性较好，表明曲线的可靠性较高。平均相对误差不大于14.0 %，相对标准差不大于17.0 %，满足行业标准(JGJ/T 23-2011)的要求。其中幂函数的相关系数最大，相对平均误差和相对标准差最小。故可将幂函数曲线优选为四川地区回弹法检测高强混凝土抗压强度的回弹测强曲线：

3 回弹测强曲线验证

为验证回弹测强曲线在实际混凝土构件检测中的精度、适用性和客观性，本研究在四川省邛崃市XX工地进行验证试验。考虑碳化因素，利用上述幂函数测强曲线计算测区混凝土强度换算值。回弹检测后在对应的测区上钻取直径100 mm芯样检测混凝土实际抗压强度值。对比回弹换算值与芯样的直接抗压强度值，计算相对误差。验证试验共取得16组数据，验证结果见表3。

表3 回弹测强换算值与芯样抗压强度值对比

由表3分析对比可得，16组对比数据中回弹测强换算值与芯样直接抗压强度值差在±10 %内的误差数据占总量的87.5 %，达到±15 %误差数据占总量的93.8 %，总体数据误差幅度较小，且符合正态分布的规律，验证了该回弹测强曲线的可靠性。表3中负误差数据较多，即大部分回弹测强换算值略低于芯样的直接抗压强度值，但相对误差均较小。这样既能够反应混凝土构件抗压强度的实际情况，也能确保结构的安全度，可用于实际构件检测。

4 结论

(1)本研究通过大量试验所得数据进行回归分析，得出三种不同形式的回弹测强曲线。其中幂函数曲线相对标准差和平均相对误差最小，相关系数最大，测强曲线强度换算值精度更高。

(2)提出了四川地区回弹法检测高强混凝土测强曲线，填补了该地区回弹法检测高强混凝土抗压强度技术的空白， 为提高回弹法检测高强混凝土强度的精度奠定了基础。

(3)经验证试验表明，回弹测强曲线换算出的混凝土强度值与芯样实际抗压强度值相比，误差较小，检测精度较高，能够反映出混凝土的实际抗压强度，可用于实际构件检测。

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