對(duì)回彈法碳化深度修正混凝土推定強(qiáng)度問題的探討

馬德云，耿 雷，王安嶺，汪幼林

（1.北京市建筑工程研究院有限責(zé)任公司，北京 100039；2.中國合格評(píng)定國家認(rèn)可中心，北京 100062；3.北京東方建宇混凝土科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 100083；4.湖南中大檢測(cè)技術(shù)集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410006）

0 引言

自從 1948 年瑞士施密特（E.Schmidt）發(fā)明回彈儀以來，世界各國開始了回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)的應(yīng)用，至今已經(jīng)有 70 年的歷史。在我國經(jīng)過幾代技術(shù)人員的努力，經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究，結(jié)合工程實(shí)際也建立起了我國的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線，并制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ/T 23－2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱“《規(guī)程》”）［1］。回彈法以其無損和操作簡(jiǎn)便在工程混凝土實(shí)體強(qiáng)度評(píng)價(jià)中發(fā)揮了重要應(yīng)用，至今仍是混凝土強(qiáng)度原位檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛的一種方法，該方法已經(jīng)被引入到 GB/T 50344－2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 50784－2013《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50204－2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)中。但是自該方法出現(xiàn)就伴隨著各種爭(zhēng)議［2-6］，尤其是在現(xiàn)代混凝土組成經(jīng)歷了較大的變化后，這種方法在使用中出現(xiàn)了越來越多的問題。時(shí)至今日，《規(guī)程》已經(jīng)歷經(jīng) 4 次修版，但是隨著混凝土技術(shù)發(fā)展等諸多因素的影響，在規(guī)程使用過程中仍存在很多技術(shù)問題需要解決，這其中尤以碳化深度修正最為突出［7-8］。本文以工程實(shí)踐中數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，討論回彈法碳化深度修正對(duì)混凝土強(qiáng)度推定值的影響，以期為提高工程檢測(cè)精度提供技術(shù)依據(jù)。

1 回彈法基本原理及碳化深度修正

回彈法的實(shí)質(zhì)是以混凝土表面硬度反映混凝土抗壓強(qiáng)度，不同材料的硬度和強(qiáng)度并沒有固定的關(guān)系。例如金屬這種各向同性的彈性材料，硬度和強(qiáng)度相關(guān)性較好?；貜梼x是用肖氏硬度原理檢測(cè)材料表面硬度的儀器?；貜椃z測(cè)混凝土強(qiáng)度沒有嚴(yán)格的物理基礎(chǔ)，更多的是現(xiàn)象學(xué)工程統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

作為回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)有若干個(gè)影響因素，比如組成混凝土的砂石骨料品種、檢測(cè)時(shí)混凝土的濕度、構(gòu)件尺寸以及碳化深度等等。我國早期建立測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，注意到混凝土構(gòu)件的碳化深度對(duì)回彈法推定混凝土強(qiáng)度的影響較為顯著，所以，在建立回彈法檢測(cè)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，忽略了其他影響因素，而專門把碳化深度作為修正回彈法推定混凝土強(qiáng)度值的參數(shù)。早期之所以將混凝土碳化深度作為修正參數(shù)，是基于如下思想：即混凝土中的 Ca（OH）2和空氣中的 CO2反應(yīng)生成 CaCO3，即稱為碳化，而 CaCO3會(huì)使混凝土表面硬度增大，影響了回彈法檢測(cè)精度，因此，需要對(duì)回彈值進(jìn)行折減修正。但是，近代混凝土與幾十年前的混凝土在組分上有了很大變化，其原因是工程中為改善混凝土性能，摻入了大量的活性礦物質(zhì)或加入了外加劑，尤其是我們?yōu)榱颂岣呤┕ば?，使用了混凝土泵送技術(shù)，這就要求加大水灰比等。還有其他因素造成澆筑的混凝土構(gòu)件剛剛拆模后，混凝土表層就已經(jīng)不顯堿性了。但是，實(shí)際構(gòu)件的回彈值并不高，有時(shí)表面硬度甚至是偏“軟”的。如此一來，混凝土碳化規(guī)律較之前發(fā)生了較大變化，甚至是假性碳化，因此，基于普通混凝土碳化建立的測(cè)強(qiáng)統(tǒng)計(jì)曲線必然出現(xiàn)了較大偏差。《規(guī)程》中的統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線考慮碳化這一影響因素的初衷無疑是為了提高檢測(cè)精度，但是實(shí)際應(yīng)用統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，情況并非如此。

2 實(shí)際工程數(shù)據(jù)分析

在此，利用實(shí)際工程中采集到的混凝土芯樣修正數(shù)據(jù)，對(duì)規(guī)程中統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線考慮碳化影響因素，能否真正提高檢測(cè)精度的問題做一探討。

采用回彈法對(duì)實(shí)際工程混凝土強(qiáng)度檢測(cè)（或確認(rèn)強(qiáng)度）時(shí)，會(huì)采用《規(guī)程》中 4.1.6 條規(guī)定：“采用在構(gòu)件上鉆取的混凝土芯樣對(duì)測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值進(jìn)行修正。對(duì)同一強(qiáng)度等級(jí)混凝土修正時(shí)，試件數(shù)量不應(yīng)少于 6 個(gè)……”這里對(duì)規(guī)程中采用芯樣修正的計(jì)算方法簡(jiǎn)述如下。

修正量如式（1）所示。

式中：Δtot為測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度修正量，MPa，精確到0.1 MPa；fcor，i為第 i 個(gè)混凝土芯樣試件的抗壓強(qiáng)度；為對(duì)應(yīng)于第 i 個(gè)芯樣部位的混凝土強(qiáng)度換算值；n 為芯樣試件數(shù)量。

在若干個(gè)實(shí)際工程中鉆取了混凝土芯樣，按照上述規(guī)定計(jì)算出了測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度修正量。利用這些數(shù)據(jù)，對(duì)比考慮碳化影響和忽略碳化影響（即視混凝土碳化深度為 0.0 mm）兩種情況的修正量，對(duì)規(guī)程中考慮碳化深度能否提高檢測(cè)精度的問題做一探討。各工程修正量計(jì)算結(jié)果如表 1～ 4 所示。

表1 混凝土強(qiáng)度修正實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（鄭州市）

表2 混凝土強(qiáng)度修正實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（北京市）

續(xù)表2

表3 混凝土強(qiáng)度修正實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（河北?。?/p>

表4 混凝土強(qiáng)度修正實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（濟(jì)南市）

在表 1～4 中，始終存在｜Δtot1｜＞｜Δtot0｜的關(guān)系，即考慮碳化影響的修正量絕對(duì)值始終大于忽略碳化影響的修正量絕對(duì)值。修正量絕對(duì)值的大小反映了回彈法推定強(qiáng)度值與所測(cè)構(gòu)件對(duì)應(yīng)位置混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度值接近程度。由于混凝土芯樣是從結(jié)構(gòu)實(shí)體上直接鉆取下的試件，所以其抗壓強(qiáng)度值對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)體來說最具代表性，這是業(yè)內(nèi)人士的廣泛共識(shí)。考慮碳化影響后，導(dǎo)致修正量值增大，則說明考慮碳化影響后回彈法檢測(cè)精度降低了。當(dāng)不考慮碳化影響時(shí)，反而使回彈法推定強(qiáng)度更接近芯樣的抗壓強(qiáng)度。

3 結(jié)論

通過實(shí)際工程中收集到的數(shù)據(jù)，對(duì)規(guī)程中碳化影響因素問題做了探討，得到如下結(jié)論。

1）當(dāng)采用回彈法對(duì)現(xiàn)代泵送混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不應(yīng)把混凝土碳化深度作為影響因素。

2）實(shí)踐證明用現(xiàn)行回彈法規(guī)程檢測(cè)泵送混凝土強(qiáng)度時(shí)，考慮碳化深度修正非但不能提高檢測(cè)精度，反而使檢測(cè)誤差加大。

3）在實(shí)際檢測(cè)泵送混凝土工程中，用《規(guī)程》計(jì)算修正量，有時(shí)其值可高達(dá) 5～6 個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，說明《規(guī)程》給出的統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線精度低。