顶面原位二次回弹法检测混凝土抗压强度技术研究

魏志文，韩春雷

（1.河北省混凝土质量检测技术创新中心，河北 廊坊 065000；2.廊坊市阳光建设工程质量检测有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

回弹法是目前国内应用最为广泛的现场混凝土强度检测方法，现行行业标准 JGJ/T 23－2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》［1］规定：对非泵送混凝土浇筑顶面竖直向下回弹检测需进行角度修正与浇筑面修正，由于混凝土浇筑上表面平整度差，回弹值离散较大，修正得到的强度换算值存在着较大误差；对泵送混凝土则不能进行浇筑顶面向下回弹检测。目前，国内所应用的混凝土绝大多数为泵送混凝土，回弹法在其浇筑顶面检测中无法得到应用，只能采用钻芯法［2］、拔出法等破坏性方法进行检测，这不仅会对混凝土结构造成不同程度的伤害，而且检测方法较繁琐。

基于上述问题，本文针对混凝土浇筑顶面回弹法检测技术进行了专项研究，并提出了原位二次回弹法检测技术，其原理为：混凝土回弹仪装配在专用装置中，该装置架设在混凝土浇筑表面，对同一测点首次弹击后原位进行二次弹击，测得两次弹击值。两次弹击差值与首次弹击值之比作为击实系数。以击实系数和第二次弹击值为自变量，以混凝土抗压强度为因变量，据最小二乘法原理建立了具有足够检测精度的原位二次回弹法测强曲线。研究成果可供混凝土质量控制参考。

1 试验设计

1.1 混凝土试块

采用本地区常用原材料、配合比配制 C15、C20、C30、C35、C40、C50、C60 共 7 个强度等级泵送混凝土，制作尺寸为 150 mm×150mm×150mm 的标准立方体试块，制作方法符合 GB/T 50081－2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》［3］要求，浇筑上表面用塑料薄膜覆盖，24 h 后拆模，进行编号后品字型码放，每日两次浇水养护，7 昼夜后自然养护，裸置备用［4］。试块测试龄期及数量如表 1 所示。

表1 测试龄期及混凝土试块数量

1.2 试验方法

1.2.1 试块固定装置

图 1 为采用高强度混凝土浇筑制作一个“N”型检测平台，内配加强结构钢筋，浇筑时平台上侧预埋压力装置，混凝土试块可置入该装置内并向上水平露出浇筑顶面，驱动压力装置可按规定要求压紧试块侧面使其稳固，以便对顶面进行回弹测试。

图1 试块固定装置

1.2.2 回弹值测试系统

回弹值测试系统由标称能量 2.207 J 中型回弹仪与回弹装置组成，其中回弹装置包含架设系统与滑动系统两部分（见图 2），架设系统底面为三脚支撑，可稳定架设混凝土浇筑表面；滑动系统的滑道与三脚支撑面保持垂直，推动回弹仪可使其在滑道上稳定滑动实现对混凝土浇筑表面的回弹测试，在不移动支架的前提下，再次推动回弹仪可在同一测点进行原位二次回弹。

图2 回弹装置示意图

1.2.3 回弹值测量

每强度等级的每测试龄期时，对试块上表面进行原位二次回弹测试，试验步骤为：①将试块置于检测平台试验空间内，浇筑表面水平向露出；②驱动压力装置对混凝土试块侧面施加压力，压力大小如表 2 所示；③将装有回弹仪的装置架设在混凝土试块上方，回弹仪弹击杆接触在试块浇筑表面，向下压紧回弹支架使其与检测平台保持稳固，推动回弹仪在试块表面进行回弹（见图 3）。同一测点回弹两次，分别记录其首次回弹值R1和二次回弹值R2，同一试块表面回弹 9 个测点。

图3 试块顶面二次回弹试验

表2 不同强度等级试块施加压力表

1.2.4 混凝土抗压强度测试

回弹测试后，试块置于微机控制压力机中，按 GB/T 50081－2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》要求进行混凝土抗压强度测试，测得每一试块混凝土破型力值，经计算得到混凝土抗压强度。

2 试验结果分析

2.1 测区回弹测点数量确定

为确定同一测区最小回弹测点数量，对同一试块表面依表 3 中的采集方案进行测试，以击实系数进行排序和取舍，对回弹平均值与对应试块抗压强度值进行相关性分析，其各自对应的复相关系数R2散点图如图 4 所示。其中击实系数为两次弹击差值与首次弹击值之比，如式（1）所示。

表3 测点数量与混凝土抗压强度相关关系

式中：Rr为同一测点的击实系数；R2为同一测点的第二次回弹值；R1为同一测点的第一次回弹值。

由图 4 知，随着测点数的增加复相关系数R2也随之增加，但当检测点数到达 8 个以上时，R2趋于稳定。鉴此，课题确定：每测区测点数为 9，按该测区各测点的击实系数进行取舍，舍去率为 2/9，取剩余击实系数及所对应的测点回弹值作为有效数据，求取二次回弹值平均值R2m及击实系数平均值Rrm。

图4 测区回弹测点数量与 R2 关系

2.2 测区回弹测点数量理论分析

通常同一测区混凝土回弹值的变异系数不应超过0.15，则测区回弹测点数量按式（2）计算结果为 9，这与2.1 节结果一致。

2.3 原位二次回弹法测强曲线建模

2.3.1 回归参数与混凝土抗压强度关系

图 5 为二次回弹平均值与混凝土抗压强度关系。由图 5 知，二次回弹平均值与混凝土抗压强度有良好相关性。

图5 二次回弹平均值与抗压强度对应关系

图 6 为击实系数与混凝土抗压强度关系。由图 6 知，击实系数平均值与抗压强度亦存在较好相关性。

图6 击实系数与抗压强度关系图

2.3.2 原位二次回弹法测强曲线

将立方体试块抗压强度做为因变量，二次回弹值平均值R2m及击实系数平均值Rrm为自变量，采用最小二乘法原理回归，拟合得到复合幂函数形式的原位二次回弹法专用测强曲线如式（3）所示，该式的相关系数为 0.940 9，平均相对误差δ为 ±9.34 %，相对标准差er为 11.44 %。

2.4 工程验证

选取某实体工程楼板构件，对应制作同条件立方体试块各 1 组，试块与楼板浇筑表面均覆膜养护。90 d 龄期时，在楼板上表面进行原位二次回弹法试验，每块楼板回弹 10 个测区，每个测区均匀布置 9 个测点，据式（3）计算测区混凝土换算强度值，据式（4）计算楼板混凝土抗压强度推定值，式中符号涵义同 JGJ/T 23－2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》；按 GB/T 50081－2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》对同条件立方体试块进行抗压强度试验，得到该楼板同条件立方体试块抗压强度代表值［5］。原位二次回弹法验证结果如表 4 所示。

由表 4 知，采用原位二次回弹法测强曲线计算得到的结构实体构件混凝土强度推定值与构件对应同条件立方体试块抗压强度代表值的相对误差均＜15 %，这表明本文所建立测强曲线（式 3）具有较高的检测精度。

表4 工程实体验证结果

3 结语

本文提出了对硬化混凝土浇筑表面的同一测点进行两次回弹，以第二次回弹值作为自变量来推定混凝土强度的理念。

提出了回弹击实系数的概念，并在数据回归中加以应用，提高了原位二次回弹法拟合测强曲线检测精度。

采用试验数据验证与理论统计的方法，确定了测区回弹值测点的最小测点数量为 9。

文中给出的原位二次回弹法专用测强曲线具有足够检测精度，适用于 C 20～C 60 强度等级现浇结构构件混凝土浇筑表面的回弹法无损检测混凝土抗压强度。Q