回弹法和超声回弹综合法的差异及应用比较

李 亮

(山西六建集团有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

在建设工程使用过程中，通常需要评定实体混凝土材料的抗压强度，此时，通过直接加压混凝土立方体试块测试混凝土抗压强度已不具备条件。所以，在不破坏混凝土实体结构的前提下，在混凝土实体结构上原位、间接、定量测试混凝土强度的无损测试技术应用而生。众多无损测试技术中，回弹法和超声回弹综合法是混凝土强度无损检测最常用的方法[1-3]。

现阶段，回弹法和超声回弹综合法同时存在于测试标准中，且其适用条件、测试过程、测试精度和测试结果大致相同或接近，这无疑给测试人员造成测试方法的选择困难。本文中，从前述四方面系统比较现行国家规范及水工、水利、铁路、建筑行业相关标准和规范中的回弹法和超声回弹综合法(回弹仪标称能量2.207J)的差异，研究、总结实用的回弹法和超声回弹综合法应用方法，以期更好地指导两种方法在混凝土强度无损测试中的应用。

1 方法概述

1.1 测试原理

回弹法和超声回弹综合法的基本原理是，寻找一个或几个与混凝土强度具有相关性，且测试时无损于混凝土实体结构的混凝土力学性能物理量，运用数理统计方法，通过拟合运算推算得到混凝土破坏极限状态时的应力值[4,5]。回弹法和超声回弹综合法测得的混凝土强度值，相当于边长150 mm立方体抗压强度标准值，且具有95%的保证率。

1.2 回弹法

回弹法是通过建立混凝土的表面硬度与混凝土抗压强度之间的经验关系式来间接推定混凝土的抗压强度，即所谓的表面硬度法。同时，推定的混凝土抗压强度还需考虑混凝土碳化的影响。目前，国家标准[6]、水运标准[7]、水工标准[8]、铁路标准[9]和建筑标准[10]均对回弹法制定了详细的应用规定。

1.3 超声回弹综合法

超声回弹法以超声波穿透混凝土内部的声速值和反映混凝土表面硬度的回弹值来综合测试实体混凝土的抗压强度，即对实体混凝土同一测区分别测试其声速和回弹值，再通过建立其与混凝土抗压强度之间的经验关系式来间接推定混凝土的抗压强度。与回弹法不同，推定的混凝土抗压强度不需考虑碳化深度的影响。目前，国家标准[6]、水运标准[7]、铁路标准[9]和协会标准[11]均对超声回弹综合法制定了详细的应用规定。

2 适用条件比较

表1 回弹法和超声回弹综合法的应用条件比较

各标准中关于两种测试方法的测试龄期、测试环境和测试抗压强度范围不尽相同(见表1)，不难看出：

1)混凝土龄期超过3年，使用回弹法测试混凝土抗压强度不一定适用；混凝土龄期超过5年，使用超声回弹综合法测试混凝土抗压强度不一定适用；

2)低温环境，如东北地区的冬季，不应使用回弹法和超声回弹综合法进行混凝土抗压强度现场测试；

3)因混凝土抗压强度换算值是通过经验关系式运算得到的，对于回弹法，运算结果超出(10.0～60.0)MPa时可能无效；对于超声回弹综合法，运算结果超出(10.0～50.0或70.0)MPa时可能无效。

3 测试过程比较

回弹法和超声回弹综合法测试混凝土抗压强度的过程大致相同，主要区别在于：

1)准备工作，对于回弹法，需配置质量浓度为1%～2%的酚酞酒精溶液、电动冲击锤、碳化深度测量仪；对于超声回弹综合法，需配置超声波检测仪及黄油等换能器用耦合剂；

2)测试过程，对于回弹法，需测试测区混凝土碳化深度；对于超声回弹综合法，需测试测区混凝土声时值；

3)结果处理，对于回弹法，经过一元经验关系式运算同时考虑碳化深度影响得到混凝土抗压强度换算值；对于超声回弹综合法，经过二元经验关系式运算直接得到混凝土抗压强度换算值。

实际测试过程中，测试人员普遍认为超声回弹综合法的测试前准备工作、操作过程、测试时间、超声波测试的有效性等均较回弹法复杂[12]。

4 测试精度比较

各标准均采用相同的计算公式计算混凝土强度平均相对误差和相对标准差，如表2所示。

1)现阶段各标准给出的测强曲线，在测试精度方面回弹法和超声回弹综合法并无显著区别(见表2)。

2)测试精度的总体趋势是，全国统一测强曲线精度<地区测强曲线精度<专用测强曲线精度。

5 测试结果比较

计算标准给出的经验公式，或使用给出的经验换算表，将各标准中的混凝土抗压强度换算值在Excel中连接，绘制成图1，图2，更加直观地反映出各标准中回弹法(碳化深度取0 mm，1.0 mm，2.0 mm，3.0 mm，4.0 mm，5.0 mm，不小于6.0 mm)和超声回弹综合法(声速va取3.5 km/s,4.0 km/s,4.5 km/s,5.0 km/s,5.5 km/s,6.0 km/s)的混凝土抗压强度换算值的取值范围,不难看出：

1)对于回弹法，混凝土碳化深度对混凝土抗压强度有显著影响，碳化越深，测得的混凝土抗压强度换算值越低；当测得的混凝土回弹代表值达到或超过48时，若混凝土无碳化或碳化很小，其混凝土抗压强度换算值可能超过60 MPa(见图1)，最终推定的混凝土抗压强度可能大于60 MPa(换算值的标准差很小时)，导致测试结果无效，即对于C45及以上的混凝土，标称能量2.207J的回弹仪可能不再适用；

2)对于超声回弹综合法，混凝土声速越大，测得的混凝土抗压强度换算值越高；

3)理论上，混凝土越密实，混凝土强度越高，测得的混凝土声速亦越大。实际上，由于混凝土材料本身的多向异变性，混凝土强度与其声速尚未有明确的运算关系，基于这一特点，测得的超声回弹代表值较高或超过48时，若其声速不大，其混凝土抗压强度换算值亦可能在(10.0～50.0或70.0)MPa范围内，最终推定的混凝土抗压强度亦可能有效，即超声回弹综合法较回弹法的适用范围较大，此观点与有关文献[13]不谋而合。

6 结语

通过上述比较、分析，本文作者认为应从如下几方面选择应用回弹法和超声回弹综合法。

1)应按照本行业、国家、相关行业的顺序选用相关标准或规范；

2)应在相关标准或规范规定的适用范围内使用回弹法和超声回弹综合法，必须强调的是，现行标准或规范给出的经验关系式均未考虑混凝土强度随龄期的变化规律，混凝土龄期超过3年或5年时，当慎用该两种方法推定混凝土抗压强度；

3)测试精度不能作为选择回弹法或超声回弹综合法的依据，在测试结果有效的前提下，推荐选择回弹法。因为根据作者的实测经验，有效的超声波测试将大大增加测试的准备工作和测试时间；

4)测试C45及以上的混凝土抗压强度时，推荐使用超声回弹综合法，保证测试结果的有效性。