回弹仪型号对检测水工全级配混凝土抗压强度影响研究

于桓飞，武利强，叶 飞，钱 虹

(1.浙江省水利河口研究院(浙江省海洋规划设计研究院)，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利防灾减灾重点实验室，浙江 杭州 310020；3.浙江省水利水电工程质量与安全管理中心，浙江 杭州 310017；4. 浙江钱塘江海塘物业管理有限公司，浙江 杭州 310051)

0 引 言

回弹法是检测混凝土抗压强度的一种无损检测方法，20世纪60年代引入我国，第1部回弹法规范为JGJ 23—1985《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》，至今已进行了3次修订，最新版本为JGJ/T 23—2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》[1]。另外，JGJ/T 294—2013《高强混凝土强度检测技术规程》[2]及各种地区、专用测强曲线[3-5]陆续出台，大大增强了回弹法的应用范围和检测精度。然而，上述成果多为中华人民共和国住房和城乡建设部主持编制或修订，主要针对房建、市政、交通等混凝土结构，水工混凝土(尤其是全级配大坝混凝土)方面的研究成果较少，SL/T 352—2020《水工混凝土试验规程》[6]规定：“对于混凝土结构或构件厚度<600 mm，宜选中型回弹仪；对于混凝土结构或构件厚度≥600 mm或骨料粒径≥40 mm，宜选重型回弹仪”。“宜”字非强制，而是推荐，因此不同人员采用的回弹仪型号可能也不同，但不同型号的回弹仪检测结果差异如何，目前尚未有相关研究成果。本文以在建的2个混凝土坝为研究对象，分别采用中型回弹仪和重型回弹仪进行大坝混凝土回弹试验，分析回弹仪型号对混凝土抗压强度检测结果的影响，为工程检测人员提供参考。

1 回弹仪技术参数

SL/T 352—2020《水工混凝土试验规程》中的回弹仪型号有2种，分别为中型回弹仪和重型回弹仪，2种回弹仪的实物见图1，参数见表1。

表1 不同型号回弹仪参数

2 回弹法检测混凝土强度原理

回弹法检测混凝土抗压强度的基本原理为通过测定混凝土表面硬度，结合测强曲线(即抗压强度与硬度之间的换算关系)，考虑抗压强度保证率后，推定出混凝土抗压强度，具体原理及检测流程见图2。

2种回弹仪的测强曲线公式分别为

(1)

重型回弹仪fccN0=7.7e0.04mN

(2)

式中，fccN0为测区混凝土抗压强度，MPa；mN为测区平均回弹值。

3 回弹结果分析

3.1 回弹值比较

同时采用中型回弹仪和重型回弹仪对大坝同一部位混凝土进行回弹检测，回弹部位示意见图3，回弹点保持一定距离，避免相互干扰，现场试验见图4，共进行6组回弹试验，每个测区不同型号回弹仪的平均回弹值对比见图5。图5中的虚线为中型回弹仪和重型回弹仪的回弹值相等的临界线，由图5可知，中型回弹仪的回弹值要大于重型回弹仪的回弹值。

3.2 测区换算强度比较

将每个测区平均回弹值分别代入式(1)、式(2)即可得到测区的混凝土抗压强度，见图6。由图6可知，当抗压强度较低时，重型回弹仪得到的抗压强度值高于中型回弹仪；当抗压强度较高时，规律反之。图7给出了两种回弹仪对应的测强曲线，2种回弹仪的测强曲线出现交点，令式(1)=式(2)，则对应的回弹值为34，相应的抗压强度为30 MPa。当混凝土抗压强度<30 MPa时，同一回弹值，重型回弹仪得到的抗压强度高于中型回弹仪；当混凝土抗压强度>30 MPa时，重型回弹仪得到的抗压强度则小于中型回弹仪，这就解释了图6中不同混凝土抗压强度大小规律不同的现象。

3.3 抗压强度平均值、标准差及变异系数比较

抗压强度平均值、标准差及变异系数计算结果见表2，不同型号回弹仪对比见图8。由图8a可知，当混凝土抗压强度<30 MPa时，中型回弹仪和重型回弹仪测得的构件抗压强度平均值差别较小，范围在-0.4%～7.6%之间；当混凝土抗压强度>30 MPa时，中型回弹仪测得的构件抗压强度平均值要远大于重型回弹仪，差别分别为26.7%和29.0%，2个工程的混凝土设计强度均为C20，可以推测中型回弹仪的结果高估了混凝土的实际强度。图8b和图8c分别给出了2种回弹仪测得的标准差和变异系数对比结果，由图8b、8c可知，总体上，中型回弹仪测得的标准差和变异系数要大于重型回弹仪，这可能和回弹仪型号有关。重型回弹仪标称动能远大于中型回弹仪，因此能够反映更厚深度内的混凝土抗压强度情况，相比之下，中型回弹仪能量小，仅能反映表层混凝土抗压强度，因此混凝土表观质量好坏对检测结果有较大影响，气孔、骨料、小缺陷等均可能引起较大的离散性，从而使标准差和变异系数增大。

表2 不同型号回弹仪检测大坝混凝土抗压强度的计算结果

3.4 构件混凝土抗压强度推定值比较

对于10个测区的构件，混凝土抗压强度推定值与平均值、标准差和强度保证率有关，当测区小于10个时，构件抗压强度推定值取测区强度最小值，构件抗压强度推定值计算结果见表2，中型回弹仪和重型回弹仪检测结果对比见图9。总体上，和图8a中抗压强度平均值的规律是相似的，即混凝土抗压强度<30 MPa时，二者差别较小，混凝土抗压强度>30 MPa时，中型回弹仪检测结果要远大于重型回弹仪。

4 结 论

(1)对于同一部位，重型回弹仪的回弹值要小于中型回弹仪。从测强曲线看，同一回弹值，当混凝土抗压强度<30 MPa时，重型回弹仪测定的抗压强度要大于中型回弹仪；当混凝土抗压强度>30 MPa时，重型回弹仪测定的抗压强度小于中型回弹仪。

(2)重型回弹仪测得的抗压强度标准差和变异系数小于中型回弹仪，这可能和重型回弹仪标称动能大，弹击深度深，混凝土表面的气孔、骨料、小缺陷对其影响较小有关，从这个角度看，重型回弹仪检测结果代表性更好。

(3)对于混凝土抗压强度<30 MPa的情况，同一混凝土结构部位，重型回弹仪的回弹值小于中型回弹仪，但同一回弹值换算的抗压强度则大于中型回弹仪，因此，这两种效应会一定程度抵消，最终的抗压强度值二者差别较小；对于混凝土抗压强度>30 MPa时，重型回弹仪回弹值小于中型回弹仪，同一回弹值换算的强度也小于中型回弹仪，因此两种效应叠加，导致最终的抗压强度值差别较大。

(4)SL/T 352—2020《水工混凝土试验规程》建议，当混凝土结构或构件厚度≥600mm或骨料粒径≥40mm时，宜选重型回弹仪，但没有禁止采用中型回弹仪。本文研究表明，当混凝土抗压强度较低(<30MPa)时，采用2种型号回弹仪检测结果差别不大，但当混凝土抗压强度较高时，二者检测结果将有较大差异，应引起工程人员重视。