回弹法检测技术在混凝土强度检测中的应用分析

闫冬冬

（中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司，四川 成都 610500）

0 引言

混凝土强度作为建筑工程结构强度的基础，属于工程中涉及安全的重点控制指标，是工程建设过程中需要多次、反复检测的内容。在实际工程中，混凝土强度检测方法多样，最常用的是回弹法和钻芯法。钻芯法具有一定的破坏性，操作也相对复杂，需要对特定位置进行有限数量的抽样，属于建设单位工程验收或重点项目的验收方法，其优势是检测直观、精确度高。而回弹法的优势和缺陷与钻芯法恰恰相反，如操作便捷、速度快，适合于大面积普遍性的检验，但检测准确度稍差。在施工现场，施工单位多采用回弹法。对回弹法的研究，重点是围绕提高其检测数据的精确度控制和数据应用问题。本文从分析回弹法检测技术原理及适用范围出发，结合某地铁车站主体结构施工，探讨回弹法检测技术在混凝土强度检测中的应用及效果。

1 回弹法检测原理及适用范围

1.1 检测原理

回弹法检测混凝土强度的基本原理是以刚性体敲击混凝土表面，形成回弹距离，通过回弹距离与混凝土硬度之间的关系推算出混凝土强度，实际过程是以回弹仪反复敲击，以及通过回弹距离公式计算实现。

在实际运用中，其原理计算见公式（1）：

式中，左边的E代表弹击杆敲击的能量，对混凝土检测试块做功后，其能量反应在式右的几项中，包括混凝土塑性变形做功E1，弹性变形做功E2，仪器操作中指针、敲击摩擦做功E3，敲击锤运动过程中受空气阻力做功E4，塑性变形自然回落损耗做功E5，混凝土试件颤动消耗做功E6。

一般情况下，E3～E6可忽略不计，在混凝土性质不变的条件下，弹性变形做功E2为固定值。为此，只考虑塑性变形做功E1即可。而塑性变形的结果就是以塑性变形吸收做功，导致回弹距离的减小。为此，设敲击距离为L，反弹距离为L′，推出公式（2）[1]：

式中，R为回弹值，其值与反弹距离L′成正比。因此，在敲击锤反复敲击之下，如果混凝土强度较低，则塑性变形较大，其做功E1较大，则弹性变形距离L′较小，回弹值R也就较小，意味着混凝土强度较低。

1.2 适用范围

由回弹法的原理可知，回弹仪通过敲击混凝土试块形成回弹值，进而得到强度。显然，该强度代表的是混凝土表面强度。但在工程实际中，要求混凝土强度数据是指试块的内部强度，或者是整体强度。因此，回弹法测试表面强度，要能表征混凝土的整体强度。

一般而言，对于较长期暴露的混凝土，其强度测试不适合用回弹法。例如，老旧建筑物的混凝土强度检测，由于混凝土表面受环境影响老化十分严重，其强度更多地体现在内部。因此，回弹法难以准确测试。对于混凝土养护时间不足的情况，其内部和外部强度正在发展中，化合作用均匀度有可能不一致，回弹法同样不够准确。所以，回弹法只能适用于达到固定养护周期的混凝土构件。

在施工现场，施工单位应用回弹法主要是验证性检测，即主体结构养护完毕后进行检测，同时，也是验证商砼质量优劣的方法。

2 提高回弹法检测结果准确度的措施

从回弹法的使用原理和适用范围来看，提高其测量结果的准确度是关键，其实现途径包括：确保混凝土试块内部和表面强度的一致性，确保整体强度的均匀性。这必须从被测试混凝土施工工艺和强度检测操作技术两方面着手。

2.1 被测试混凝土的施工工艺控制

2.1.1 混凝土预制

混凝土搅拌、振捣是保证混凝土质量的关键环节，其作用主要是保证混凝土拌合的均匀性和密实度，从而确保混凝土内、外部或各处的强度的一致性。通过有关试验数据资料，对于相同牌号的混凝土，机械拌合与人工拌合其强度相差较大，显然机械搅拌更加均匀，尤其是大体量浇筑。而振捣方面，则与成型要求有关，薄层混凝土使用平板捣振器，深层混凝土则使用棒式捣振器。在保证捣振充分的情况下，捣振方式对强度影响不大[2]。基于上述研究，为了保证混凝土构件各处强度的均匀性，应该采取机械搅拌，并采取适当的捣振操作形式。

2.1.2 混凝土养护

混凝土养护是混凝土结构成型质量的关键，同时对混凝土的强度均匀性有很大影响。一方面，是养护期的脱模过程，由于脱模剂使用过量或脱模剂质量不过关，与混凝土表面形成稀释作用，造成混凝土表面呈碱性，进而碳化值过高；另一方面，养护期养护工艺质量差，使得混凝土表面存在粉化、泡浆、麻面等情况，造成强度质量不达标。不同的养护方法对混凝土强度同样有影响。例如，自然养护较洒水养护，其强度检测更适用于回弹法检测，而蒸压养护则不适用于回弹法检测。这是因为，潮湿程度更大的蒸压养护会使得混凝土强度较正常情况更低，而自然养护则更加符合混凝土内部水化反应过程，不仅使得混凝土成型质量好，而且其强度和均匀性更高。

2.2 回弹法检测操作控制

2.2.1 检测环境控制

使用回弹法对混凝土试件进行强度检测，必须按照有关规程规定，温度在-4～38℃之间，且不应有较大的粉尘等。试验表明，在-10℃和40℃环境中分别进行混凝土强度检测[3]，其数据存在一定的差异性，且无效数据增多。这不仅是温度对仪器操作所产生的影响，对混凝土表面的性状也产生了一定的影响。为此，要选择适宜的环境进行回弹法强度检测。

2.2.2 碳化深度检测

碳化是混凝土的一种化学腐蚀作用，由于混凝土在制备、养护全过程中其水泥主要成分碳酸盐会参与水化反应。而通过混凝土外部孔隙，或振捣、搅拌时的拌合作用，会有少量的CO2吸入与之发生反应，俗称碳化。碳化对不同混凝土的作用优劣不一，但对于混凝土的表面强度有影响，会造成内外部强度的不一致。为此，在检测时，要测量碳化深度，从而将其代入最终的强度计算之中。为此，一方面要严格执行操作标准，确保混凝土试块表面深度及清理工作，另一方面加强检测技术人员的业务能力，对试验过程和原料制备严格要求。

2.2.3 检测操作控制

检测操作过程直接影响到检测数据的误差。主要是对试品准备、仪器设备、操作方法等方面的控制。

试品准备。一方面要做好混凝土试块的表面清理，由于混凝土表面不平整情况会导致回弹数据发生较大偏差，需要使用磨刀石或其他工具将混凝土表面磨平，对于表面存在蜂窝、麻面情况的，则判定为废弃试品[4]；另一方面对潮湿混凝土必须进行干燥处理，由于潮湿环境会对混凝土表面的硬度产生一定的影响，使得内外部强度不一致，所以，对于潮湿混凝土试块，要先烘干，并保持均匀性，方可进行检测试验。

仪器设备。回弹仪型号众多，作为一种测量仪器，其本身必须要求在准确度检定范围内，并具备检定合格证书。条件允许的情况下，应对其率定值进行测试。例如：以钢砧HRC60进行测定，其率定值要控制在80±2为宜。

操作方法。一方面，使用回弹仪检测，测点应均匀分布，并考虑水平回弹的方向布置，使得试块侧面为检测面。当检测面为浇筑面时，必须考虑引入回弹的平均值和修正值，防止检测数据不准确。另一方面，检测数据的分析记录必须准确，对于结果的验算，在大型工程中，可通过钻芯法进行局部验证。

3 回弹法检测技术在混凝土强度检测中的应用分析

3.1 工程概况

西安地铁四号线雁南四路站（含）～大唐芙蓉园站（含），两站一区间土建工程施工，由国内某知名建筑施工单位总承包。其中，雁南四路站采用盖挖法，主体结构工程包含地下2层，换乘点3层；底板厚900/1000mm，中板厚400mm，顶板厚800mm，侧墙厚700/800/900mm；钢筋为HPB300、HRB400。

为确保施工质量，工程质量保证措施中，列明对混凝土采用回弹法进行检测，并配备压力试验机对数据进行验证。

3.2 检测过程

3.2.1 检测准备

（1）混凝土型号：主体结构顶板、底板、内衬墙、顶纵梁、底纵梁采用C40P8防水混凝土，其中换乘节点处底板及负三层侧墙采用C40P10防水混凝土，中板、中板梁采用C40混凝土，柱采用C50混凝土。

（2）试验仪器：压力试验机、混凝土抗渗仪、坍落度筒、温度计、回弹仪。

（3）制作试块：混凝土运到现场时，控制温度和时间，保证混凝土不发生离析，以及保证入模温度适宜。现场使用坍落度筒进行检测，确保坍落度与型号报告一致，允许1～2cm误差，超过者立即通知搅拌站调整，严禁在现场任意加水。按规定在现场制作试件，试件组数按合同文件中的《通用技术条件》和有关规范执行，试件养护必须在标准养护池中进行，分为C40/C50共计2组12块，尺寸为150mm×150mm×150mm。

3.2.2 检测步骤

（1）回弹值测量。

首先，将试块置于压力机承板上，并在80～90kN之间加压。保持试块压力情况下，使用回弹仪进行测量。其次，使用回弹仪撞击试块，分别在试块水平方向相对两面各敲击8次，各次位置分布应确保测点均匀（见图1所示）。测量时，要保持冲击线与试块撞击面相垂直。最后，读取的16次回弹值中，要排除偶然因素，分别剔除偏差较大的3个最大值和3个最小值，取余下10个回弹值做平均数，即为该试块平均回弹值R。

图1 回弹法敲击位置分布示意图

（2）抗压强度测量。

回弹值测量后，需测试混凝土试块实际强度，以验证回弹测试的准确性。压力机持续加压直至试块破裂，得到试块的抗压强度值f。

（3）碳化深度测量。

回弹值和抗压强度测试完毕后，取破裂试块，使用冲击钻对试块冲击面进行钻孔，深度5～10mm，直径15mm。使用毛刷清理孔洞内的碎屑和粉末。使用试管蘸取质量比为1%～2%酚酞酒精溶液滴于孔洞内壁并靠近边缘处。稍许可见到碳化与非碳化区域分界线，采用深度尺测量分界线至孔洞边缘距离，应测试不少于3次，取平均值，即为碳化深度d。

3.3 检测数据分析

通过对检测数据进行收集整理，得到2组混凝土试块强度测量值（见表1所示）。

表1 混凝土试块强度测量值

按照12块混凝土试块的实测值，采用最小二乘法计算，并进行曲线拟合，得出回归方程：y=0.0406x1.9282。计算回归方程中的强度平均误差为±4.3%；相对标准差为5.6%。满足《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》规定的“专用测强曲线平均相对误差不应大于±12.0%，相对标准差不应大于14.0%”的要求。

4 结束语

混凝土强度是建筑工程结构安全性的基础，其强度检测必须具有较高的准确性。文章通过西安地铁四号线雁南四路站主体工程混凝土试块检测，验证其结果的准确性。在检测过程中，回弹撞击测点的平均分布，试块的碳化深度值极低，以及数据回归方程的闭合计算，充分反映出回弹法测试的准确性是基于对混凝土试块和检测过程的标准和工艺控制。