【摘要】为了验证《高强混凝土强度检测技术规程》（JGJ/T294－2013）的适用性，以北京地区为例，进行了重型回弹仪与中型回弹仪的强度对比、高强回弹仪与试块抗压强度对比、高强回弹仪与钻芯法强度对比等各个方面的试验，对标准的适用性进行了全面研究，得出了具有适用性的结论。
【关键词】高强混凝土；重型回弹仪；中型回弹仪；钻芯法；抗压试验
【中图分类号】TU755.7【文献标志码】A【文章编号】1671－3702（2016）03－0032－05
引言
对高强混凝土抗压强度的检测方法过去只有钻芯法一种，由于这种方法对混凝土结构有一定的破坏作用等原因，不适合大范围推广使用。长期以来，对高强混凝土强度进行普查检测的方法一直是一片空白。随着《高强混凝土强度检测技术规程》（JGJ/T294－2013）的颁布实施，为大家提供了方便快捷的检测方法——回弹法。由于是新的检测手段，该方法在各省市是否适用、准确度有多高仍不能确定。北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司在北京地区率先开展了检测验证工作，希望能够为大家提供一些参考。
1高强混凝土强度检测现状
高强混凝土，根据《高强混凝土结构技术规程》（CECS104：1999）的定义，指的是采用水泥、砂、石、高效减水剂等外加剂和粉煤灰、超细矿渣、硅灰等矿物掺合料，以常规工艺配制的C50～C80级混凝土[1]。国内对高强混凝土的性能和应用研究已有20多年的历史。为在我国推广应用现代高强混凝土技术，并在高强混凝土结构设计和施工中做到技术先进、安全可靠、经济合理、保证质量，早在1999年制订的《高强混凝土结构技术规程》（CECS104：1999），对工业与民用建筑和一般构筑物中采用高强钢筋混凝土和预应力混凝土承重结构的设计与施工进行相关规定。目前，高强混凝土以强度高、质量轻、占用空间小等优势，已广泛应用于各类工业和民用建筑工程之中。高强混凝土的强度检测技术相对比较落后，多年来一直以混凝土试块强度来代表结构实体强度。实体强度检测仅有钻芯法这一种检测手段，而钻芯法会对混凝土结构有一定的破坏，不适用于大范围、大面积的强度普查工作。针对这种情况，有的省份优先制定了适用于本省范围内的高强混凝土检测技术规程，如陕西省、山东省、福建省等，均出台了相关的地方标准。其它大部分省份，包括北京、天津、重庆等大城市一直没有出台相关标准，给结构实体检测造成了很大的困难。2013年5月，住房城乡建设部发布了行业标准《高强混凝土强度检测技术规程》（JGJ/T294－2013），并于2013年12月1日开始实施，这个问题才得以解决。
2检测常用的方法与设备
常用的结构实体检测方法有钻芯法和回弹法两种。钻芯法使用的主要设备是钻芯机，设备性能指标需要符合《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS03：2007）中的相关规定。钻芯机用于在结构物上钻取一定数量的混凝土芯样，芯样经切割、修补、磨平和养护后，在压力机上进行混凝土抗压强度试验，确定混凝土抗压强度。回弹法使用的设备主要是中型回弹仪和重型回弹仪两种。中型回弹仪标称动能为2.207J，适用于检测抗压强度10～60MPa的普通混凝土强度。常用的重型回弹仪的标称动能有4.5J和5.5J两种类型，适用于检测抗压强度50～100MPa的高强混凝土。回弹仪使用前需要进行检定，产品应符合《回弹仪》（GB/T9138－2015）中的相关规定，检定合格后才能正常使用。常用回弹仪性能参数如表1[2]所示。
3高强混凝土强度检测的几个问题
3.1检测标准的选用原则
对高强混凝土强度进行检测时，混凝土设计强度等级C50以上，实际施工过程中，由于受各种因素的影响，部分结构实体混凝土强度远远高于50MPa，而有的则达不到50MPa。选用哪种回弹仪进行检测，从而决定选用什么样的检测标准（普通回弹检测标准还是高强回弹检测标准）是首先需要解决的问题。要回答这个问题，先来看一下普通回弹仪使用的标准。以《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23－2011）为例，泵送混凝土回弹强度换算表中，平均回弹值大于47.0以上时，表中出现了很多的短横线，这些短横线表示强度超出了标准的曲线适用范围，不能继续使用该曲线进行回弹值的换算。遇到这种情况，只能给出结论，测区强度大于60MPa，不能给出具体的数值，而且不能计算构件的推定强度值。不同的规范，不同的碳化深度，该数值可能略有差异，回弹值大概在50左右，随着混凝土龄期的延长，碳化深度的增加，这个数值也在逐渐增大。确定选用标准前，先用普通的中型回弹仪简单测试一下，如果回弹值大部分在47以上，说明混凝土实际强度较高，中型回弹仪不适用，应采用高强回弹仪和相应标准进行检测。如果回弹值大部分低于47时，说明混凝土实际强度较低，应优先采用中型回弹仪和相应标准进行检测。在实际工作过程中，经常遇到的情况是，不论现场实际情况，只要设计强度等级在C50以上，就直接选用高强回弹仪进行检测。对强度较高的正常混凝土，这样做可能不会有大的问题，但是对混凝土质量有问题，其实体强度达不到50MPa的混凝土，测试结果就会出现问题，相当于用高强回弹仪的一套标准去评定低强混凝土的质量，其结果可靠性低，误差比较大，有可能给实际工程造成隐患。
3.2仪器设备的选择
[3]对于质量有问题、有争议或者为司法工作提供仲裁依据的检测，一般采用钻芯法，使用钻芯机钻取混凝土芯样，芯样经处理后在压力机上进行试验，出具最终结论。对于结构质量一般性能检测或大范围质量普查，建议采用回弹法进行检测。检测时，文献[3]中给出了两种类型的重型回弹仪，标称动能为4.5J和5.5J，并有两种配套的测强曲线。两种回弹仪都可以使用，但是对应的测强曲线绝对不能混合使用。标称动能为4.5J的回弹仪，既可以进行回弹法检测，也可以用超声回弹综合法检测，测强曲线适用强度范围为10～110MPa。标称动能为5.5J的回弹仪，只能进行回弹法检测，标准中只提供了回弹法的测强曲线，没有提供超声回弹综合法的测强曲线。回弹法的测强曲线适用强度范围为60～80MPa。
3.3检测结果的准确度问题
钻芯法检测相对其它方法，结果比较准确，并可以作为混凝土强度检测的最终评判依据。而回弹法相对来说准确度较低，当有疑问或争议时，还需要用钻芯法进行修正或验证检测。标称动能为4.5J的回弹仪，测强曲线适用强度范围为10～110MPa；标称动能为5.5J的回弹仪，测强曲线适用强度范围为60～80MPa。测线曲线的强度适用范围大，不可避免地造成检测相对误差大的问题。所以，在实际使用中，对60～80MPa这个范围之内的结构实体，优先使用重型回弹仪进行检测，结果的准确度高。对于这个强度范围之外的，特别是低强度的混凝土，建议不要使用标称动能为4.5J的回弹仪。同理，标称动能为2.207J的中型回弹仪，检测强度范围为20～60MPa的混凝土时，检测结果的准确度要高。
4工程实例对比研究与分析
对于高强混凝土强度检测，笔者进行了三个方面的研究。一是结构实体中型回弹仪与重型回弹仪检测结果对比试验；二是混凝土试块回弹结果与抗压强度试验结果对比试验；三是结构实体重型回弹仪检测结果与钻芯法检测结果对比试验。
4.1结构实体中型与重型回弹仪对比
试验中使用ZBL－S220型数显式中型回弹仪和标称动能为5.5J的ZC－1型重型回弹仪进行对比。选取了两个工程的3个预制混凝土构件。构件混凝土设计强度等级均为C50，采用泵送商品混凝土浇筑，粗骨料为5～25mm碎石，洒水自然养护，龄期90d左右，测区回弹强度换算结果对比如图1所示。从图1中数据对比分析，在高强混凝土结构实体强度检测中，两种回弹仪的数据变化规律非常一致。中型回弹仪的检测结果较低，在这次试验中强度换算值平均低12MPa左右。使用中型回弹仪时，有时会出现一个或多个测区的混凝土强度大于60MPa的情况（图1中型回弹仪曲线中后10个点），无法给出结构实体的推定强度。这意味着中型回弹仪的检测方法已超出了标准的检测范围，回弹法不再适用于这些测区了。因此，当混凝土强度在55MPa以上，对应的中型回弹仪回弹值在47以上时，为避免个别测区强度高于60MPa造成检测方法不适用的情况，建议使用高强回弹仪进行检测。
4.2混凝土试块回弹法检测与抗压强度试验对比
试验中使用标称动能为5.5J的ZC－1型重型回弹仪和压力试验机进行对比。选择了27组共81块150mm×150mm标准养护28d的高强混凝土试块。试块先放在压力机加压至100kN左右，用重型回弹仪进行回弹测试，然后进行抗压强度试验。试验结果数据汇总如图2所示，两种方法检测数据差值分布统计图如图3所示。从图2和图3可以看出，重型回弹仪检测结果与抗压强度结果比较一致。两种方法差值大部分在±7MPa以内，共有59个试块，占对比试块数量的73%。有7个试块差值大于10MPa，占对比试块数量的9%。81个试块中，有一个试块抗压强度低于回弹强度24.7MPa，分析原因可能是试块局部有缺陷造成的。这个对比试验说明高强回弹方法在试块强度检测的应用中的准确度非常高。原因在于，在制定回弹法测强曲线时，使用的是试块回弹与抗压强度对比，与这次实验的条件非常近似，所以结果也非常接近，准确度非常高。对于结构实体中结果如何，后面笔者会通过回弹与钻芯对比来进行分析。
4.3测强曲线的验证研究
利用4.2节中试验数据，对数据进行回归分析计算。根据文献[3]和文献[4]中地区和专用测强曲线的制定方法，采用最小二乘法原理计算，回归方程式采用指数函数形式。经计算，测强曲线回归方程式为式（1）。强度相对标准差er小于规程规定值14%，平均相对误差δ小于规程规定值±12%。利用公式（1）计算某工程结构实体混凝土强度值，并与《高强混凝土强度检测技术规程》（JGJ/T294－2013）计算结果进行比较。某桥梁工程混凝土设计强度等级均为C50的预制混凝土T梁和空心板梁，使用标称动能为5.5J的ZC－1型重型回弹仪，共检测了49片T梁和16片空心板梁，每片T梁上布置了24个测区。每片空心板梁上布置了10个测区，两种方法的混凝土强度推定值结果如图4和图5所示。从图4和图5的对比图上可以看出，两种方法的强度推定结果的一致性非常高，差值大部分在±2MPa以内。按测区强度换算值进行统计，共有1336个回弹测区，测区强度换算值差值大于2MPa的测区有37个，仅占总测区数的3%；差值在2MPa以内的共有1299个测区，占测区总数的97%。两种曲线计算结果差值统计图如图6所示。这个结果说明，高强混凝土强度检测技术规程在北京地区是适用的，其强度相对标准差和平均相对误差均低于标准中的规定值。
4.4结构实体回弹法与钻芯法对比试验
在某工程高强混凝土强度检测中，使用了标称动能为5.5J的ZC－1型高强回弹仪进行检测，同时采用钻芯法对检测结果进行修正。检测时，随机选取了12个测区，先进行回弹测试，然后在测区上钻取混凝土芯样，进行抗压试验。混凝土设计强度等级为C50，采用商品泵送混凝土，预制构件采用蒸汽养护3d后出池，继续洒水自然养护至28d，混凝土龄期约180d。测区回弹强度换算结果和芯样试验结果如图7所示。从图7可以看出，回弹测区强度换算结果高，钻芯法检测结果强度低，差值平均在10MPa左右。其中有三个混凝土芯样的抗压强度比回弹结果低18MPa左右，分析原因可能是在钻取混凝土芯样时的扰动过大，芯样有一定损伤的原因。剔除这三个芯样后，两种方法平均差值在7MPa以内。这组数据与标养试块的对比结果图3中的统计结果比较接近。说明在结构实体检测中，回弹法的结果也是可信的。回弹法可以应用于高强混凝土强度的检测工作。
5研究结论
通过对高强混凝土强度各种检测方法的对比研究，可以得出如下结论。1）《高强混凝土强度检测技术规程》（JGJ/T294－2013）在北京地区使用回弹法进行结构实体混凝土强度检测，检测结果具有较高的可信度，高强混凝土可以用回弹法进行强度检测。2）高强回弹仪对结构实体混凝土强度检测结果与混凝土的抗压强度之间存在一定的差异，强度偏差大部分在7MPa以内，为了提高检测精确度，建议在结构实体混凝土强度检测时先采用回弹法进行大范围普查，再用钻芯法对回弹结果进行修正。3）中型回弹仪的检测结果偏低，经常出现测强曲线不适用的情况（强度大于60MPa），在检测强度在55MPa以上（回弹值约大于47）的混凝土时应优先采用重型回弹仪。
6结语
通过对高强混凝土强度各种方法的对比研究，笔者认为《高强混凝土强度检测技术规程》（JGJ/T294－2013）在北京地区可以推广使用，其准确度满足回弹法检测技术标准的规定和工程检测的误差要求。由于受到各种条件的限制，结构实体检测的对比数据获得的相对较少，检测的结果代表性还有待进一步的确定。对北京地区以外的地方，未进行数据的采集和对比，研究成果具有较大的局限性，若需要可以参考本文使用的方法进行本地区的强度试验对比，以验证规程在本地区的适用性。
参考文献
[1]中国土木工程学会高强与高性能混凝土委员会.CECS104：1999高强混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1999
[2]中国国家标准化管理委员会.GB/T9138－2015回弹仪[S].北京：中国标准出版社，2015.
[3]中国建筑安徽职称科学研究院.JGJ/T294－2013高强混凝土强度检测技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.
[4]中国建筑科学研究院.JGJ/T23－2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
作者：常志红 刘江红 李瑾 张恒源 单位：北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司
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