混凝土强度检测技术研究

温振斌

广东省云浮市云城区建设局 建筑质量安全监督站 527300

摘要：工程结构质量的检测方法发展迅速，有很多技术已不断创新、精进，被运用到实际现场检测当中，为提高检测质量提供了优越的保障。笔者结合实践及工程结构质量的检测方法：回弹法、钻芯法、超声回弹综合法研究混凝土强度检验。

关键词：检测技术；回弹法；超声回弹；钻芯法

隨着经济建设迅速发展，建筑施工质量问题日益突出。工程结构质量的检测方法发展迅速，有很多技术已不断创新、精进，被运用到实际现场检测当中，检测技术是建筑物可靠性鉴定所依赖的重要工程技术，它们的开发和应用在相当程度上决定着可靠性鉴定的水平。但是当前检测技术仍然存在弊端，影响着检测结果的真实性和准确性，为进一步加强对建筑工程质量的监督和管理。有必要对工程结构质量的检测方法进行研究。

1回弹法

回弹法是利用回弹仪检测普通混凝土强度结构构件抗压强度的方法。

1.1基本原理

由于混凝土的抗压强度与其表面硬度之间存在某种关系，混凝土表面受到回弹仪的弹击将产生塑性变形和弹性变形，将弹性变形能量（剩余能量）与弹击能量（初始能量）之比定义为回弹值，这就是回弹仪的基本工作原理。

1.2回弹法检测要点

⑴回弹仪结构示意图：

⑵测区及测点布置：

①当按单个构件检测时，应在构件上均匀布置测区，每个构件上的测区数不应少于10个，对某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于5个。

②对同批构件按批抽样检测时，被测构件应随机抽取，抽样数不应少于同批构件的30%且不应少于10件，每个构件上的测区数不应少于10个，对某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于5个。

⑶构件的测区，应满足下列要求：

①测区宜布置在构件混凝土浇筑方向两个对称的侧面，也可选在一个可测的侧面；②测区均匀布置，相邻两测区的间距不应大于2m内；③测区应避开钢筋密集区和预埋件；④测区尺寸宜为200mm×200mm；⑤检测面应清洁、平整。不应有接缝、饰面层、浮浆和油垢，并避开蜂窝、麻面，必要时可用砂轮清除杂物和磨平不平整处，且清除残留粉尘。

⑷回弹值检测与计算：

①测量回弹值应在每个测区弹击16点；每个测点的回弹值，测读精确度至1。

②测区回弹代表值应从该测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，其余10个有效回弹值应按下式计算：

（1-1）

式中R是测区回弹代表值，取有效检测数据的平均值，精确到0.1；

是第i个测点的有效回弹值。

1.3 结构混凝土抗压强度的计算及推定

⑴测区混凝土抗压强度换算值按下式计算：

（1-2）

式中 是第i个测区混凝土抗压强度换算值（MPa），精确到0.1 MPa；

⑵测区混凝土抗压强度换算值的平均值和标准差应按下式计算：

（1-3）

（1-4）

式中是结构或构件第i个测区的混凝土抗压强度换算值（MPa），精确至0.1 MPa；是结构或构件测区混凝土抗压强度换算值的平均值（MPa），精确至0.1 MPa；

是结构或构件第i个测区混凝土抗压强度换算值的标准差（MPa），精确至0.01 MPa；

n 是测区数。

⑶当结构或构件中测区数少于10个时，混凝土抗压强度推定值取测区强度最小值： （1-5）

式中，是结构或构件最小的测区混凝土抗压强度换算值（MPa），精确至0.1 MPa；

⑷当结构或构件中测区数不少于10个或按批量检测时，按下式推定强度：

（1-6）

对按批量检测的构件，当一批构件的测区混凝土抗压强度标准差出现下列情况之一时，该批构件应全部按单个构件进行强度推定：

①一批构件的混凝土抗压强度换算值的平均值<25.0MPa，标准差>4.50MPa。②一批构件的混凝土抗压强度换算值的平均值=25.0～50.0MPa，标准差>5.50MPa。③一批构件的混凝土抗压强度换算值的平均值>50.0MPa，标准差>6.50MPa。用回弹法测得的混凝土强度换算值、平均值、标准差及强度推定值不能参加混凝土抗压强度的评定。只能作为是否应进行处理的依据。

2 超声回弹综合法

超声回弹综合法：采用低频超声波检测仪和标准动能为2.207J的回弹仪，在结构或构件混凝土同一测区分别测量声时（t）及回弹值（R），利用已建立的测强公式，推算测区混凝土强度值（fccu）的一种方法。

2.1基本原理

混凝土声速（v）一般在4000-5000km/s之间变化。混凝土强度（f）与声速（v）之间有较好的相关性。混凝土强度越高，其声速也越快。当知道f-v之间的关系曲线后，测出结构物混凝土的声速就可以推算结构物混凝土的强度。

方法构成：超声法+回弹法

图2 超声回弹原理示意图

2.2超声回弹综合法检测要点

⑴适用范围：①采用材料、拌合用水符合国家有关标准；②人工或一般机械搅拌的混凝土或泵送混凝土；③自然养护；④龄期7～2000d；⑤混凝土强度10～70Mpa。

⑵测区及测点布置：

按单个构件检测，构件上均匀布置测区，每个构件上测区数不少于10个；如某一方向尺寸<4.5m，且另一方向尺寸≤0.3m构件，其测区数不少于5个。按批构件抽样检测，构件抽样数量不少于同批构件30%，且不少于10个构件，同批构件要符合下列条件：混凝土强度等级相同；混凝土原材料、配合比、成型工艺、养护条件及龄期基本相同；构件种类相同；施工阶段所处状态相同。

⑶测区布置要求：①条件允许，测区优先布置在构件混凝土浇筑方向的侧面，测区可在构件的两个对应面、相邻面（角测）或同一面上（平测）布置；②均匀分布，相邻两测区间距不宜大于2m；③避开钢筋密集区和预埋件；④测区尺寸宜为200mm×200mm；平测时宜为400mm×400mm；⑤结构或构件上的测区注明编号，记录测区位置和外观质量情况。

图3测区测点分布图 图4 超声回弹法测区布置示意图

⑷回弹值测量与计算：①测区内应先回弹测试，后进行超声测试。②回弹值测量及回弹值计算同《回弹法检测混凝土强度》要求，角度修正、浇筑面修正（碳化不需要考虑）、平均值计算。

⑸超声声速测量与计算：①超声测点布置在回弹测试的同一测区内，每个测区布置3个测点；②优先采用对测或角测，无条件时，采用单面平测；③换能器与混凝土耦合良好；④测试的声时值应精确至0.1μs。超声测距的测量精确到1.0mm，误差不大于±1%，声速计算精确到0.01km/。

2.3 超声回弹综合法推定结构混凝土抗压强度

⑴结构或构件中第i个测区的混凝土抗压强度换算值，可按本细则第4节和第5节的规定求得修正后的测区回弹代表值Rai和声速代表值υai后，可按下列测区混凝土抗压强度换算公式计算：

（2-1）

式中是第i個测区混凝土抗压强度换算值（MPa），精确至0.1 MPa。

⑵当结构或构件中的测区数不少于10个时，各测区混凝土抗压强度换算值的平均值和标准差按下列公式计算：

（2-2）

（2-3）

式中是结构或构件第i各测区的混凝土抗压强度换算值（MPa）；精确到0.1 MPa；是结构或构件测区的混凝土抗压强度换算值的平均值（MPa），精确到0.1 MPa；

是结构或构件测区的混凝土抗压强度换算值的标准差（MPa），精确到0.01 MPa；

n 是测区数。

⑶结构或构件混凝土抗压强度推定值，应按下列规定确定：

①当结构或构件的测区抗压强度换算值中出现小于10.0MPa的值时，该构件的混凝土推定值fcu，e取小于10.0MPa。

②当结构或构件的测区抗压强度换算值中出现大于70.0MPa的值时，该构件的混凝土推定值fcu，e取大于70.0MPa。

角测方法：当混凝土被测部位只能提供两个相邻表面时，虽然无法进行对测，但可以采用丁角方法检测。即将一对F、S换能器分别耦合于被测构件的两个相邻表面进行逐点测试，两个换能器的轴线形成90°夹角。例如：检测旁边存在墙体、管道等障碍物的混凝土柱子。每个测区布置3个测点，换能器布置如下：

平测法：当混凝土被测部位只能提供一个测试表面时，可采用平测法检测。将一对F、S换能器置于被测结构同一表面，以一定测试距离进行逐点检测。（一个表面可供测量）每个测区布置3个测点。

布置超声平测点时，宜使发射和接收换能器的连线与附近钢筋轴线40°-50°，超声测距l宜采用350-450mm。

2.4超声回弹综合法的特点

⑴与单一法相比能较全面反映混凝土质量回弹法只能以混凝土表面弹性特征来反映混凝土的强度。当混凝土内外质量基本一致时其相关性较好，但当混凝土强度较低时，其塑性变形较大，回弹值不太敏感；所以回弹法难以全面反映结构混凝土实际强度。

超声法是基于超声脉冲波在混凝土中传播速度与混凝土抗压强度之间的相关关系，超声波可以穿透整个断面，故能较全面反映被测部位的混凝土质量。

超声回弹综合法测定强度，既能反映混凝土的弹性，又能反映混凝土的塑性；既能反映表面状态，又能反映内部构造，内外结合，故能较全面反映结构混凝土的质量，以及在混凝土较低与较高强度之间弥补单一法不足。

⑵抵消或减少某些因素的影响，提高测试精度

单一法都是通过某一物理参数推定混凝土强度的，其测试的精度和所受的影响是不同的。如超声法除受骨料影响外，还与龄期、含水量有关；回弹法除受表面状态影响外，也受龄期和含水量影响。如含水量随着龄期增长、混凝土强度增长而减小、但声速增大，混凝土含水量减少声速降低，而对回弹值来说恰好相反；回弹值随着混凝土强度增长而增加，同时混凝土表层水份减少和碳化影响，会使回弹值偏高。

图5 角测法换能器布置示意图

3钻芯法

钻芯法是利用专用钻芯机从被检测的结构或构件上直接钻取圆柱型的混凝土芯样，并根据芯样的抗压试验强度来推定混凝土的抗压强度，是较为直观可靠的检测混凝土强度或观察混凝土内部质量的局部半破损现场检测方法。

3.1 钻芯法检测要点

3.1.1钻芯位置基本要求：

①结构或构件受力较小的部位；②混凝土强度质量具有代表性的部位；③便于钻芯机安放与操作的部位；④避开主筋、预埋件和管线的位置，并尽量避开其它钢筋。

3.1.2钻芯数量：

①按单个构件检测时，每个构件数量不少于3个，较小构件，不少于2个。②构件的局部区域检测时：根据构件情况，确定芯样的位置，数量，深度。③大型基础或大面积墙体分成若干区域。

3.2 钻芯法推定混凝土抗压强度

混凝土芯样抗压强度换算值，应按下列公式计算：

（3-1）

强度推定可分批量推定和单个构件推定两种。

按批量推定时，同规格芯样试件的数量应根据同一检测批中样本容量的大小确定，但不应少于15个。

在推定混凝土抗压强度时，应给出推定强度的推定区间，推定区间的上限值和下限值应分别按下列公式计算：

（3-2）

（3-3）

平均值计算公式： （3-4）

标准差计算公式： （3-5）