两种不同能量高强回弹仪对高强混凝土的检测准确性研究

王慧鑫，陈明星

（山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司），山西 太原 030006）

0 引言

近年来，高强混凝土在工程中的应用逐渐增加，其对于承压构件及桥梁工程构件有显著的技术经济效益，不仅可减少构件截面，减少混凝土用量，降低结构自重，提高结构刚度，还能降低成本；且高强混凝土的致密性、抗渗性和抗冻性均高于普通混凝土，更适宜于有腐蚀的环境，可有效地增大桥梁净空和提高桥梁的寿命。目前，高强混凝土以强度高、质量轻、占用空间小等优势，已广泛应用于各类工业、公路和民用建筑中。

高强混凝土是采用水泥、砂、碎石、高效减水剂同时外加粉煤灰、矿渣粉、硅灰等矿物掺合料以常规工艺配制的混凝土，《高强混凝土结构技术规程》CECS 104：99中规定高强混凝土为C50～C80混凝土[1]，《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55—2011中规定高强混凝土为大于等于C60的混凝土。

目前高强混凝土的回弹强度检测标准有2个，分别是《高强混凝土强度检测技术规程》（JGJ/T 294—2013）和《桥梁高强混凝土抗压强度无损检测》（JT/T 1166—2017），前者规定回弹强度检测可使用标称能量为4.5J和5.5J的重型回弹仪，且提供了相应的测强曲线；后者只规定回弹强度检测可使用重型回弹仪，未提供测强曲线；所以国内检测采用前者居多，但前者并未提及在同一本规范中编入两条不同测强曲线的原因以及在实际应用中如何选取的问题。

某高速公路C70先张法预制工字梁使用回弹法检测梁体的强度，以判断预制梁的放张时间及28 d强度是否满足设计要求，检测时发现同一片梁使用两种高强回弹仪检测出的结果相差较大，偏差达到十几兆帕，使现场检测人员难以判定结构物是否合格，为了解清楚两种高强回弹仪对该种混凝土检测的准确性，开展了相应的试验研究。

1 项目概况

某高速公路项目，主线桥梁长度占路线总长的95%，多数为预制装配式先张法预应力混凝土简支工字梁，数量将近40 000片，设计强度为C70，采用整体放张工艺，设计图纸要求梁体强度达到85%后方可放张，28 d梁体强度需满足设计要求。为加快周转效率，研发了自动控制热模蒸汽养生模板系统，通常2～3 d即可放张出厂。

2 试验方法

在预制梁浇筑施工现场，按《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的要求制作了51块（150×150×150）mm的C70混凝土标准抗压试件，试件养护条件与预制梁保持一致，试件的抗压强度龄期控制在 2～29 d，其中 2～7 d、14 d、28 d龄期的试件数量为2～7块，其余龄期试件数量为1块。

试验前先将两种高强回弹仪在高强钢砧上率定，仪器满足检定要求后，将试件放在压力机上，使一对侧面朝向便于回弹测试的方向，然后加压至60 kN左右，并保持此压力，先使用4.5J高强回弹仪在两个相对侧面上各弹击8个测点，共16个测点。测试完毕后卸荷，将试件旋转90°重新放在压力机上，使用5.5J高强回弹仪分别在另外两个相对侧面上各弹击8个测点，共16个测点。测试完毕后卸荷，将试件的两个侧面放在上下承压板之间，按《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的要求均匀加荷至破坏，计算抗压强度实测值[2]。

3 试验结果统计与分析

3.1 两种高强回弹仪的回弹代表值比较

从每个试件对应的2组16个测点的回弹值中，剔除3个最大值和3个最小值，取余下10个有效回弹值的平均值作为该试件两种高强回弹仪的回弹代表值。4.5J和5.5J高强回弹仪的回弹代表值对比见图1所示。

图1 两种高强回弹仪的回弹代表值散点图

从图1的对比可看出，4.5J高强回弹仪的各龄期回弹代表值比5.5J高强回弹值要高，这是因两种高强回弹仪的锤重量、拉力弹簧的起始拉伸长度相同，而5.5J高强回弹仪拉力弹簧的刚度系数是4.5J高强回弹仪的1.22倍，在混凝土消耗势能相同的情况下，5.5J高强回弹仪的回弹距离较短。

3.2 两种高强回弹仪的回弹换算值与试件抗压强度值比较

将4.5J和5.5J高强回弹仪的回弹代表值按照《高强混凝土强度检测技术规程》附录A和附录B中的强度换算表得到不同龄期试件的强度换算值。4.5J和5.5J高强回弹仪的回弹换算值与试件抗压强度值对比见图2所示（相同龄期试件使用平均值）。

从图2的对比可看出，两种高强回弹仪的强度换算值比试件抗压强度值低，两种仪器的强度换算值均偏保守，可保证混凝土的实际强度高于回弹仪的检测强度，确保了回弹强度合格，混凝土的实际强度必然合格，而要保证工字梁回弹强度检测合格，必然要将混凝土的强度提升的更高，有利于混凝土的工程质量控制。但对于同一试件，5.5J比4.5J高强回弹仪的强度换算值要高一些，更接近于试件抗压强度值。

图2 两种高强回弹仪的强度换算值与试件抗压强度值随龄期变化曲线图

3.3 两种高强回弹仪回弹强度换算值与试件抗压强度值的差值比较

将4.5J和5.5J高强回弹仪同试件的回弹换算值与试件抗压强度值相减的差值进行分析，两种高强回弹仪的差值直方图见图3、图4，差值统计表见表1。

图3 4.5J高强回弹仪换算强度值与抗压强度值差值直方图

图4 5.5J高强回弹仪换算强度值与抗压强度值差值直方图

表1 两种回弹仪换算强度值与抗压强度值差值统计表 MPa

从图3、图4、表1可看出，4.5J高强回弹仪的差值主要集中在10.3～26.2 MPa之间，平均值为17.4 MPa；而5.5J高强回弹仪的差值主要集中在0.2～12.5 MPa之间，平均值为6.82 MPa。4.5J高强回弹仪差值的平均值、最小值、最大值均远超5.5J，表明5.5J高强回弹仪差值相对比较合理，既保证了一定的富余范围，又不使检测值过低难以代表结构物的实际强度。

3.4 两种高强回弹仪回弹代表值与抗压强度值散点图同测强曲线的对比

两种高强回弹仪回弹代表值、试件抗压强度值与规范测强曲线计算值散点图见图5、图6。

图5 4.5J高强回弹仪强度代表值与抗压强度值散点图

图6 5.5J高强回弹仪强度代表值与抗压强度值散点图

从图5、图6可看出，5.5J高强回弹仪的测强曲线基本沿着回弹代表值与试件抗压强度值散点图下缘，且与下缘散点的斜率基本相同，可在确保C70工字梁回弹强度数据合格，结构物就合格的前提下，富余量最小。而4.5J高强回弹仪的测强曲线富余量较大，容易造成回弹检测结果偏低的情况。

3.5 两种高强回弹仪在预制梁厂现场检测对比

在预制梁厂使用两种高强回弹仪对12片2～3 d龄期的工字梁进行回弹强度检测，每片梁每种高强回弹仪各检测10个测区，两种高强回弹仪的回弹强度推定结果见图7。

图7 两种高强回弹仪现场检测强度推定值折线图

从图7中的对比可看出，5.5J和4.5J高强回弹仪的差距较大，差值在4.4～13.2 MPa之间，差值平均值是9.2 MPa，与室内试件上检测的差值平均值9.5 MPa基本接近，且5.5J高强回弹仪与同片梁同养强度试件的抗压强度值的差值仅在-3.0～3.6 MPa之间，也表明5.5J高强回弹仪更适合于现场检测及强度判定。

4 结论

a）对于该依托项目的C70工字梁，使用《高强混凝土强度检测技术规程》提供的测强曲线，5.5J高强回弹仪比4.5J高强回弹仪检测出的强度换算值更为准确，且有合理的富余量，可确保C70工字梁在回弹强度数据合格，结构物就合格的前提下，富余量最小。

b）该C70混凝土随着龄期的增长，试件强度基本上呈现上升的趋势，28 d强度上升幅度约10 MPa，后期强度增长较慢。

c）通过该试验研究，有效地解决了工程检测人员的疑惑，为高强混凝土回弹强度检测提供了依据。