回弹法检测混凝土强度的准确性研究

黎忠祁，罗泽权，梁洪涛

（1.崇左市左江治旱工程管理中心，广西 崇左 532200；2.长江水利委员会长江科学院，武汉 430010；3.广西崇左水利投资有限公司，广西 崇左 532200）

混凝土作为目前建筑工程行业中用量最大、用途最广的一种建筑材料[1]，受其构成所需原材料和外加剂差异较大，浇筑、振捣、养护等工艺水平所限等因素的影响，混凝土的强度和性能也有所浮动，因此，准确检测及确定混凝土强度，对于保证和提高工程质量具有十分重要的意义。目前工程上常用的混凝土强度检测方法主要是：回弹法、钻芯法、立方体试件抗压强度试验法。

混凝土标准立方体试块是一种标准检测方法，但容易受现场施工条件及监理方等主客观因素的影响，且无法完全反应工程实体的强度。钻芯法是比较直观、准确、可靠的一种方法，可以较为真实地反映混凝土内部质量和强度；但钻芯法属半破损检测方法，会对结构或构件造成局部损伤，破坏了原始建筑物受力情况。若取样工作较多会使得工作量增大，检测时间长，不经济，这也限制了钻芯法的使用。因此在钻芯法前应首先利用简单方便的方法对混凝土强度进行检测，而回弹法简单、快速和高效的特点刚好可以进行大批量的辅助检测。

回弹法是在不破坏混凝土结构物的前提下，对硬化后混凝土结构物强度的快速评定，属于无损检测。它具有经济、携带方便、操作简单、使用灵活、适用范围广等优点，是目前我国工程质量验收评定中最常用的一种方法。作为一种间接测量方法，回弹法测量混凝土强度容易受到原材料、外加剂、水泥用量、施工振捣方式及养护方式的影响，测量准确度饱受质疑。在利用回弹法进行混凝土强度测量时，应先对回弹法的准确度进行研究分析。

1 回弹仪工作原理

与钻芯法和标准立方体试块采用压力机直接测量抗压强度不同，回弹法通过测量混凝土的硬度来推求其抗压强度。由于混凝土抗压强度与其表面硬度存在一定的相关性，但材料的硬度和强度很难建立起相关的关系。而回弹法是表面硬度法的一种，利用测试出的回弹值大小来确定混凝土的表面硬度，故可以间接用回弹值来推定抗压强度。如弱混凝土强度低，则塑性变形相对较大，在收到弹击能量时，混凝土会吸收更多的能力，而反弹回去的能量变少，回弹值就小，即混凝土强度大小与回弹值大小在一定基础上呈正比关系。工程上常用的是中型回弹仪。

回弹仪的弹击能量由功能原理知：

式中：A1为使混凝土产生塑性变形的功；A2为使弹击锤、弹击杆及混凝土产生弹性变形的功；A3为弹击锤和指针工作中因摩擦损耗的功；A4为弹击锤和指针工作中克服空气阻力的功；A5为混凝土产生塑性变形时增加自由表面所损耗的功；A6为混凝土构件的颤动和弹击杆与混凝土表面移动而损耗的功。

当混凝土构件具有足够的刚度且在回弹过程中回弹仪紧贴混凝土表面时，A3、A4、A5、A6所消耗的功对回弹值的影响基本可以忽略不计，而当混凝土构件不能保持紧贴状态时，A6所消耗的功不能忽略。

2 试验材料及方法

本文研究混凝土采用的是驮英水库枢纽拌合站的混凝土，用于进行测试结果比对的立方体试块抗压强度与回弹法测量强度的混凝土都是同一批次进行制作的。立方体试块抗压强度的测量依据《水工混凝土试验规程》(SL 352-2006)中的测试方法，采用浙江礼显试验仪器制造有限公司制造的YES-2000数显压力机（见图1）进行的，试块的回弹法强度是根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T 23-2011)中的测量方法及国家统一的测强曲线采用北京海创高科科技有限公司生产的HT-225T 数显式一体回弹仪（见图2），试验所用相关仪器均通过了计量检定，且满足精度要求。

图1 压力机

3 回弹法测定混凝土强度准确性研究

3.1 试验预加应力的影响

图2 数显式回弹仪

考虑到回弹仪测量混凝土强度的工作原理主要是根据回弹仪弹击前后的能量来决定，而我们进行回弹试验是在标准试块上进行，因此在进行回弹试验之前对标准试块进行预加压力，防止出现回弹仪在弹击混凝土表面时因混凝土试件发生震颤等造成能量损耗而引起测量不准。预加应力取值直接关系着测量结果，预加应力值过小，无法消除回弹过程中出现的能量损耗，应力值过大，则会因为结构压应力的增加使得回弹值增加，合理地选取预加应力值是回弹测试结果准确的前提。中国建筑科学研究院在进行29 组不同强度等级的标准混凝土立方体试件进行试验研究结果表明[2]，预加约束力对混凝土试件回弹值的测试产生了一定程度的影响，预加15%的极限荷载时测得的回弹值不再发生明显的波动，预加力过大或者过小都会引起回弹值偏小。其他相关研究[3]表明，在进行不同强度等级混凝土进行分级加压测定回弹值，混凝土试块最小受压荷载为0.25 kN/cm2时，回弹强值不再有大的波动，基本趋于稳定，通过换算可知，对于150 mm立方体标准试块，必须施加56.25 kN以上压力才可以有效防止回弹仪冲击时产生的能量损失[4]。考虑到现场测量时，混凝土结构物处于不同的受压状态，因此在分析前，通过压力机施加适当的预加压力也可以有效避免回弹值由于实体结构压应力状态的增加而增加的影响。

本文混凝土制作了C15、C20、C25、C30、C40 五种强度等级的标准立方体试块，养护到28 d时分级进行预加应力的加载，采用每级10 kN 作为加载单位，每块混凝土试块回弹4个面，每一组数据通过4个同批次制作的试块测得。同时根据规范操作，测得的回弹值，经过数据处理，得到最终回弹值与荷载值的曲线图（见图3）。

图3 回弹值与荷载值曲线图

从图3 可以看出，不同强度等级的混凝土试块的回弹值随着荷载等级的增加先增加后趋于稳定，个别出现小幅度的波动但不影响总的变化趋势，且预加应力在超过60 kN后，回弹值基本不变化，这与前人研究[2,3]基本吻合，考虑到试验过程应力控制的波动性，本文试验采用60～80 kN的预加应力。

3.2 回弹法测量混凝土强度准确性分析

现场施工过程中，混凝土回弹值测量的准确性受混凝土等级、原材料配比、龄期、成型方法、养护条件、碳化深度等多种因素条件影响。同一工程原材料配比一般变化不大，回弹值测量值也根据规范按碳化深度值进行了修正，因此本文选取混凝土等级、龄期、养护条件、成型方法4个因素进行比对分析。

3.2.1 不同强度等级混凝土回弹值准确性分析

测定不同强度等级混凝土回弹值时依然采用每个试块回弹4 个面，每一组数据通过4 个同批次制作并经标准养护28 d 的试块测得，试验检测了3组试块的回弹值，而以一组标准试块的压力机测得抗压强度为标准值(见表1）。统计回弹测量的数据经修正后得到最终的回弹值。

强度等级C15 C20 C25 C30 C40回弹值/MPa 17.9 24.7 28.6 35.4 42.5标准值/MPa 20.8 27.5 31.2 36.8 44.8误差/%13.9 10.2 8.3 3.8 5.1

由表1可知，当混凝土等级较低时，回弹值与标准值差值较大，但都在15%范围内，整体差值能满足测量要求；当混凝土等级较大时，两者差值较小。因此，回弹法测量低等级混凝土时，应对检测结果比较谨慎。

3.2.2 不同龄期下混凝土回弹值准确性分析

试验选取了C25、C30 两种驮英水库用量较大的混凝土分别进行了7、14、28、60 和90 d 养护龄期下对比检测，实验结果见图4。

图4 回弹值随龄期变化图

由图4 可以看出，总体而言回弹值与标准值差值均在可控范围内。同时也可以看到，龄期为7 d和14 d时，两种强度等级的混凝土回弹值与标准值差值都相对较大，而随着龄期的增加，两者差值变小。因此为了保证回弹测量准确度，检测应尽量在混凝土养护28 d后进行。

3.2.3 不同养护条件下混凝土回弹值准确性分析

养护方法包括标准养护、自然养护和蒸压养护，而根据规范，蒸压养护不适用于回弹法检测。因此本文试验分别开展了标准养护、自然养护下的混凝土回弹值与标准值的比对分析试验，试验依然采用的是养护28 d、C30等级的混凝土（见表2）。

养护条件标准养护自然养护强度等级C25 C30 C25 C30回弹值/MPa 28.9 34.7 30.7 35.9标准值/MPa 31.6 36.9 33.2 38.3误差/%8.5 6.0 7.5 6.3

由表2 可知，两种强度的混凝土自然养护的强度高于标准养护，这与前人研究结果一致[5]。同时也能发现无论采用哪种养护形式，两者之间的差值都较小，回弹法测量准确度较高。

3.2.4 不同成型方式下混凝土回弹值准确性分析

以往研究结果表明[6]，混凝土在龄期和强度等级完全相同的情况下，成型方法的不同，也会造成回弹法检测结果的差异，本次研究采用C30混凝土，进行人工插捣和机械振捣（又分为适振、欠振、过振）4种振捣方式，振动以混凝土表面出浆时停止操作，然后采用采用28 d试块进行标准值与回弹值检测试验（见表3）。

振捣方式人工插捣机械振捣适振欠振过振回弹值/MPa 34.5 36.8 33.7 37.9标准值/MPa 36.6 39.4 36.1 40.5误差/%5.7 6.6 6.6 6.4

从表3可知，不同成型方式下，回弹值与标准值差值均较小，同时结合回弹法的测量原理可知，不管是人工插捣还是机械振捣，只要成型后的混凝土是密实的，回弹法检测混凝土强度的结果是可取的。

4 结论

（1）回弹法测得混凝土强度普遍小于标准试块抗压强度值，且两者之间差值受混凝土等级、混凝土龄期和养护条件、振捣方式的影响，最大相差13.9%，普遍差值较小，从保证工程质量的角度，回弹法作为一种辅助性测量手段，在工程中不同状况下测量混凝土强度的结果具有较高的精确度。

（2）利用回弹法进行低等级混凝土强度测量时，容易造成误判，应谨慎使用。

（3）混凝土龄期小于14 d 时，混凝土表面硬度还未完全形成，回弹值与标准值误差较大，为保证准确度，在进行回弹法测强度时应尽量保证龄期在28 d以上。