回弹仪检测混凝土在穿黄工程中的应用

王迎发 ，夏 ，周凤才 ，姚 剑

（1.辽宁宏禹水利工程建设监理有限公司，辽宁 沈阳110006；2.水利部海河水利委员会，天津300450）

回弹法是利用混凝土的表面硬度与混凝土抗压强度之间的函数关系式来推定混凝土抗压强度的一种间接检测混凝土抗压强度的方法。在混凝土强度非破损检测领域，回弹法以其操作简单、使用方便、经济、迅速和具有相当的测试精度，被广泛应用于工程质量控制、质量监督、质量检测的各个环节，是目前混凝土工程验收中最简单的一种无损检测方法。

1 工程概况

穿黄河工程是南水北调东线工程从东平湖至黄河以北输水干渠的一段输水工程，是南水北调东线的关键控制性项目。该河工程分南、北两区进行建设，其中北区包括黄河南岸滩地埋管1600 m、穿黄隧洞工程585.38 m、出口闸及隧洞出口连接段工程140 m，穿引黄渠埋涵及连接明渠工程580 m。

该标段为南水北调东线穿黄河工程北区工程的滩地埋管标，按100 m3/s进行设计，为有压内圆外城门洞型断面，内径7.50m，总长1600.00 m。起始桩号：4+934.807，终止桩号：6+534.807，纵坡 1/2500，埋管采用现浇钢筋混凝土结构，混凝土标号为C25，底部铺设素混凝土垫层、碎石垫层（岩基除外）。见图1。

图1 混凝土管断面图

2 检测依据

此次检测主要依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ T23-2001）》进行。

混凝土强度是混凝土结构中影响安全的重要因素之一，混凝土强度检验是结构实体检验的重要内容。此次检测根据合同的约定及国家现行有关标准的规定进行。

抽取试样遵循随机并有代表性的原则。此次检测混凝土结构的方法是按批量抽样检测。批量抽样检测主要用于在相同的生产工艺条件下，强度等级相同、原材料和配比基本一致且龄期相近的同类混凝土构件。被检测的构件应抽取不少于同类构件总数的30%，且不宜少于10件。当检验批构件数量大于30个时，抽样数量可按照GB/T 50344—2004建筑结构检测技术标准对建筑结构抽样检测的最小样本容量要求抽取。

3 检测方案

3.1 检测仪器

仪器为天津市建仪试验机有限责任公司生产的HT-225A型混凝土回弹仪，仪器出厂日期2009年3月，编号44。回弹仪检定证编号：003725。

3.2 测区设置

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，在0.04 m2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。测点间距不小于20 mm，测点距试件边缘或外露钢筋、预埋件的间距一般不小于30 mm，每一测点的回弹值读数应精确至1。

每节埋管的外形尺寸9980 mm×9400 mm，为内圆外城门洞型断面，分成底板、顶板两个（构件）单元工程，共拟设5类测区，测区设置如下：

底板的测区设置为两种：一种在底板内弧面上，每侧5个测区，回弹仪状态为向下-60°，此类测区为Ⅰ类测区；另一种在底板外侧竖直壁上，每侧5个测区，回弹仪状态为水平，此类测区为Ⅱ类测区。

顶板的测区设置为3种。见图2。对于每个构件，按照该构件现场实际状态和规范要求设置10个测区，测区在使回弹仪处于水平方向检测混凝土浇筑面时，选在对称的两个可测面上，每侧布置5个测区；如果不能满足这一要求时，选在一个可测面上，均匀分布10个测区。

每个测区的尺寸为0.2 m×0.2 m，如下布置，检测时每一小格读取1个回弹值，共16个回弹值。见表1。

3.3 检测数量

图2 测区示意图

表1 一个测区的示意表

埋管的浇筑在相同的生产工艺下进行，且混凝土的强度等级相同、原材料、配合比、成型工艺相同，但在不同的气候条件下，养护方式、混凝土外加剂种类、龄期内混凝土强度增长均不同。

为使抽取的单元具有代表性，同时考虑到由于进行了冬季施工，可以将埋管分为两个大类进行抽检：

一类为进入冬季施工（2009年11月20）后浇筑的，质量较难控制，抽检数量适当增加。经过统计，进入冬季施工后浇筑的单元共有70个：顶板139～160 号（ 桩号：6+314～6+534）、19～33 号（ 桩号：5+114～5+264），底板 146～160 号（ 桩号：6+384～6+534）、7～24 号（ 桩号：4+994～5+174）。 对其抽检 8～10个单元。

一类为进入冬季施工以前浇筑的，质量较易控制，可适当减少抽检数量。此类单元共225个，对其抽检17～19个单元。

另外由于部分埋管已回填，对其外表面无法全面得进行检测。对于重点地段，像浮斑路、浮斑路辅路下的埋管，岩石段内的埋管可适当在增加抽检数量。总的抽检数量在25～29个。

3.4 检测时间

由于埋管尺寸较大，不易攀爬，且要读取的回弹值较多，检测速度较慢，检测时间为2010年1月28日到2010年2月6日，获取回弹值后即开始进行数据整理和分析。

4 检测结果

回弹仪检测结果，见表2。

表2 回弹仪检测结果表

5 检测成果

5.1 数据分析

通过以上的混凝土强度统计表可以看出：

1）进入冬季施工以前浇筑的单元，混凝土强度的平均值均达到设计值（C25），并超过设计强度的 105%～137%。

2）进入冬季施工以后浇筑的单元，混凝土强度的平均值达到设计值（C25）并超过设计强度的103%～115%，并有个别单元的混凝土强度的平均值刚刚达到设计值。

3）现龄期混凝土强度推定值偏小，可以看出某些原因造成了个别单元混凝土强度不均匀。

5.2 影响回弹值及强度的因素

回弹法是根据混凝土结构表面约6 mm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。在该标段的检测中主要的影响因素有以下几个方面：

1）养护方法。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要高，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。

在进入冬季施工以前主要是内外表面采用洒水养护，进入冬季施工后管身外表面主要采取覆盖，内表面采取刷养护剂，管座外表面刷养护剂，内表面覆盖的措施进行养护。

由于采用了不同的养护方法，同时不同季节管内的湿度也不尽相同，所以不同阶段浇筑的混凝土的强度有较明显的差异。

2）混凝土的碳化深度。混凝土的硬化机理实际是水泥等水硬性胶凝材料的硬化机理。水泥遇水产生化学反应，生成氢氧化钙，在空气中的混凝土表面受二氧化碳的影响形成碳酸钙，水泥不断水化，二氧化碳不断反应，于是形成一定厚度的表面碳酸钙层。现在普遍用酚酞溶液来确定碳酸钙层的厚度，而现在的混凝土构件为满足各种需要，掺和了各种外加剂，这些掺和剂在水泥水化期间所起的作用也会因掺量而不同，导致混凝土表面遇酚酞的变色情况也不同。

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。

因此即便是同一阶段浇筑的混凝土，由于各单元之间及单元内各测区之间的碳化深度值不同，经计算得到的混凝土强度值也有较明显的差异，这也是导致计算值体现单元强度不均匀性的原因。

3）温度与龄期。冬季施工气温较低，混凝土的水化反应进行较慢，强度增长也慢，到28 d龄期时混凝土的强度达不到设计值。进入冬季施工后浇筑的单元，其混凝土强度值普遍偏小，还有的没有达到设计强度值。

4）泵送混凝土。由于其流动性大，粗骨料粒径较小，砂率增加，混凝土的砂浆包裹层偏厚，导致表面硬度降低。本标段使用的混凝土为拌合站提供的商品混凝土，混凝土质量不是十分稳定，这也会引起检测强度的较大波动。

5）混凝土结构中的表层钢筋。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。

本标段混凝土保护层设计值为50 mm（图纸标示为混凝土表面到钢筋中心的距离）再去掉钢筋的半径14 mm只剩下36 mm的实际保护层厚度，在混凝土浇筑的过程中不可避免的会存在某一点混凝土保护层偏薄的情况，这也造成了检测和计算误差。

6 影响回弹仪使用的其他原因

混凝土是一种简单工艺制作的复杂体系，匀质性很差，特别施工艺中搅拌时间、振捣时间带有绝对的人为因素，作业时间越短，混凝土强度的变异系数就越大。有时甚至同一构件上的不同部位都有较大的差异。

普通混凝土的抗压强度主要取决于其中水泥砂浆的强度、粗骨料的强度以及二者的粘结力。而回弹法检测的是混凝土的表面硬度，表面硬度主要与水泥砂浆强度有关，一般与粗骨料和砂浆间的粘结力及混凝土结构内部性能关系并不明显。而一般认为，在相同的水胶比下，试件相同的水泥净浆强度比水泥砂浆强度高，砂浆强度比混凝土强度高，可见这三者并不是同一种材料，而要利用混凝土的表面浆体硬度来判断其强度，肯定存在偏差。

另外，混凝土结构物的侧面受模板影响，其平整度、粗糙度也不一致，混凝土的不均匀性受施工精细程度影响较多，表面浮浆、浮砂、气孔现象时有出现，对表面的打磨规范也没有一定标准，打磨的深浅也直接影响测量的碳化深度，故现场检测出现偏差也在所难免。

7 结 论

此次针对滩地埋管工程混凝土强度的的回弹仪检测，不仅为进一步改进混凝土施工工艺提供了支持，也是对前一阶段特别是冬季施工质量的一次摸底，达到了工作目的。

回弹法作为一种检测混凝土抗压强度的方法，因其检测仪器的轻便、灵活、精度高、检测方法统一、抽取试样的代表性高等优点，在工程检测中得到了广泛的应用。其检测结果是评价现场混凝土强度或处理混凝土质量问题的依据之一，但不能作为评定混凝土抗压强度的依据。