武漢地區預拌混凝土用回彈法檢測抗壓強度的探討
2023-11-10
武漢地區預拌混凝土用回彈法檢測抗壓強度的探討
楊家華，周結旺，向禹，羅曉航
（武漢明華商品混凝土有限責任公司，湖北 武漢 430011）
摘 要：本文結合武漢地區預拌混凝土標準養護試塊的試驗數據和工程實例對用回彈法檢測混凝土抗壓強度進行實證分析，認為武漢地區的預拌混凝土使用回彈法檢測抗壓強度不適合引用標準JGJ/T 23-2001的回彈曲線，建議用二次曲線方程來建立武漢地區的回彈曲線；對于混凝土工程實體檢測，由于養護難以到位，建議慎用回彈法來判斷工程混凝土質量。
關鍵詞：回彈法；預拌混凝土；回彈曲線；武漢地區
一、概述
武漢地區的預拌混凝土行業發展迅速，預拌混凝土的年需求用量已經從1998年的100多萬立方米發展到今天近3000萬立方米?；炷良夹g的應用也發生了很大的變化，多摻合料技術和新型外加劑應用技術在實際生產中已經被廣泛應用。由于行業門檻低，競爭異常激烈，政府部門為了加強預拌混凝土的質量管理出臺了一系列的管理規定，其中包括在工程驗收中對使用預拌混凝土的結構物必須進行一定比例實體檢測的規定。在武漢地區，混凝土結構物的強度檢測絕大部分使用回彈法，執行的標準是《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T 23-2001）。
回彈法在混凝土的無損檢測中雖然有一定的局限性但是應用最為廣泛，這是因為其儀器簡單、操作方便、費用低廉?；貜椃z測混凝土抗壓強度的主要原理是用肖氏強度原理測定材料表面硬度，然后推斷混凝土的強度?；貜椫岛蛷姸戎档年P系是通過大量實驗數據，建立統一的回彈曲線。由于測定曲線的工作量很大，在標準JGJ/T 23的附錄A里附有統一標準回彈曲線供參考，目前很多地方都是引用該附錄的回彈曲線數據。
近年來，特別是礦渣粉和粉煤灰雙摻技術在預拌泵送混凝土中的使用，用回彈法檢測預拌泵送混凝土抗壓強度產生了很多爭議。
北京地區有數據表明[1]：某工程結構實體驗收用同條件養護600℃·d預拌混凝土強度試塊的強度以及鉆芯強度與混凝土結構實體現場回彈檢測強度相比，鉆芯強度較同測區回彈強度高14％-48％。推測回彈強度偏低的主要原因是預拌混凝土中摻有一定比例的外加劑、摻合料等，建議今后在“統一回彈曲線”中引入不同外加劑、摻合料等修正系數。廣州地區有研究表明[2] ：采用回彈值計算推測強度時，當標號大于C50時，用JGJ／T23—2001標準回彈計算強度與實測強度偏差較大，對試驗檢測結果的評定應慎重考慮，并建議通過大量的工程試驗，分析總結出當地各種原材料的修正系數，為回彈法發揮更大的作用進行必要的技術積累。太原地區有研究表明[3]：混凝土表面早齡期碳化情況將引起回彈法檢測結構混凝土強度偏低，從而影響回彈法測強精度。因此，當早齡期碳化深度超過0．5mm時，宜采用鉆芯---回彈綜合法來檢測結構混凝土的強度。安徽地區有研究表明④：混凝土表面濕度對回彈值以及混凝土強度產生顯著影響，由于混凝土表面濕度使回彈值減小，使混凝士實際強度增大，對碳化深度影響較小，因此，應另立測強曲線。浙江省已經在2008年頒布了地方標準《回彈法檢測泵送混凝土抗壓強度技術規程》。
武漢地區目前沒有回彈法的地方回彈曲線，引用行業標準（JGJ/T 23-2001）附錄A里的全國統一回彈曲線。近年來，武漢地區的混凝土結構驗收應用回彈法引起很多的爭議，本文結合武漢地區的試驗數據和工程實例對用回彈法檢測混凝土抗壓強度的問題進行探討。
二、試驗過程及結果分析
1 針對標養試塊試驗及數據分析
1.1 試驗設計
用本公司實際生產的預拌混凝土，強度從20到70MPa，制備150mm×l50mm×l50mm的抗壓試塊144塊，經標準養護后，進行回彈試驗和抗壓強度試驗。
回彈法測定試驗方法：按照《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T 23-2001）的要求，試驗選擇試塊相對的兩個側面(除去成型時的底面和頂面)作為測區面，每個面選取四個均勻分布的測點。并且，需將試塊置于壓力機的兩承壓板之間，加壓到30～80kN(低強度試塊取低值加壓)，回彈后加壓至破壞。共測定144組數據。
1.2 數據原始記錄
表一 試塊的回彈值和實測值一覽表
回彈值 | 實測強度 | 回彈值 | 實測強度 | 回彈值 | 實測強度 | 回彈值 | 實測強度 | 回彈值 | 實測強度 | 回彈值 | 實測強度 | 回彈值 | 實測強度 |
37.0 | 46.7 | 36.2 | 44.9 | 38.7 | 49.1 | 44.3 | 55.6 | 34.9 | 44.7 | 26.5 | 24.9 | 30.8 | 32.4 |
37.2 | 45.3 | 36.9 | 40.0 | 37.4 | 48.7 | 43.6 | 68.4 | 35.8 | 44.4 | 26.5 | 26.9 | 29.7 | 35.6 |
38.1 | 43.8 | 36.7 | 41.1 | 35.1 | 39.8 | 46.6 | 66.7 | 36.6 | 44.2 | 27.9 | 25.6 | 32.3 | 35.3 |
30.3 | 26.0 | 39.4 | 54.4 | 34.9 | 39.8 | 45.3 | 66.4 | 31.2 | 32.4 | 28.6 | 25.6 | 31.3 | 34.7 |
30.0 | 26.7 | 40.0 | 52.0 | 36.8 | 38.4 | 28.0 | 27.8 | 30.1 | 31.1 | 27.6 | 25.3 | 30.7 | 32.0 |
30.0 | 26.4 | 39.2 | 50.0 | 34.5 | 44.0 | 28.7 | 27.8 | 31.0 | 31.1 | 28.7 | 25.1 | 30.8 | 32.4 |
34.4 | 38.9 | 45.5 | 60.0 | 38.5 | 43.8 | 30.7 | 32.2 | 29.9 | 32.9 | 28.4 | 24.0 | 31.7 | 31.6 |
33.7 | 40.4 | 45.4 | 65.6 | 36.1 | 44.0 | 28.7 | 28.9 | 29.7 | 31.1 | 28.7 | 25.3 | 28.9 | 28.4 |
34.1 | 43.3 | 47.1 | 65.1 | 38.4 | 44.4 | 27.8 | 27.6 | 31.5 | 32.9 | 30.1 | 30.0 | 30.9 | 31.1 |
31.2 | 32.9 | 41.4 | 57.5 | 35.1 | 44.4 | 27.8 | 27.8 | 31.7 | 30.7 | 32.3 | 32.0 | 29.2 | 28.6 |
30.8 | 34.7 | 40.7 | 58.7 | 38.9 | 40.4 | 29.2 | 29.3 | 31.2 | 32.7 | 31.6 | 33.8 | 29.3 | 29.8 |
32.7 | 35.3 | 41.9 | 54.7 | 44.9 | 68.4 | 27.3 | 30.0 | 30.9 | 32.4 | 32.2 | 31.6 | 28.2 | 28.6 |
33.2 | 35.3 | 39.2 | 56.9 | 44.0 | 63.1 | 29.9 | 29.3 | 25.0 | 25.3 | 29.8 | 33.6 | 29.6 | 30.2 |
33.1 | 34.7 | 40.7 | 54.2 | 44.2 | 68.4 | 34.7 | 45.1 | 27.4 | 24.2 | 30.1 | 34.7 | 29.7 | 29.1 |
32.6 | 34.4 | 40.2 | 54.7 | 45.2 | 64.4 | 35.0 | 46.7 | 27.6 | 24.9 | 30.4 | 34.7 | 31.1 | 28.2 |
28.5 | 26.7 | 39.0 | 51.8 | 44.1 | 63.1 | 35.3 | 43.8 | 27.7 | 24.7 | 26.9 | 26.4 | 28.0 | 27.6 |
27.3 | 26.9 | 28.2 | 26.3 |
1.3 數據分析
（1）實測強度與全國回彈曲線⑤和浙江回彈曲線⑥比較
分別根據標準JGJ/T 23-2001，和浙江標準，引用相應的回彈曲線，碳化值為0，并加上泵送修正，推斷出來的每個試塊的強度，并和相應的實測強度差值比較如下表2：
表2 相對兩個標準的比較
最小值 | 最大值 | 平均值 | 標準方差 | 方差 | |
相對JGJ/T 23 | -3.3 | 16.1 | 4.368 | 3.8952 | 15.172 |
相對浙江標準 | -3.4 | 16.3 | 3.618 | 4.0580 | 16.468 |
上述數據看出：數值離散性較大， 表明回彈值不適合用根據標準JGJ/T 23或浙江標準來推斷。
（2）回彈值和實測強度的相關系數和散點圖
用spss軟件處理，得回彈值和實測強度的pearson相關系數為0.969，表明回彈值和實測強度有很強的正線性關系。
散點圖如圖1：
圖1 回彈值與實測強度的散點圖
從上圖直觀看出回彈值和實測強度呈線性關系。
（3） 回彈值和實測強度的關系建模
以回彈值為自變量，實測強度為因變量，用spss軟件建模，十一個模型的參數輸出如下表3：
表3 回彈值與實測強度的關系模型
Equation | Model Summary | Parameter Estimates | |||||||
R2 | F | df1 | df2 | Sig. | Constant | b1 | b2 | b3 | |
Linear | 0.940 | 1742 | 1 | 112 | .000 | -34.669 | 2.179 | ||
Logarithmic | 0.926 | 1398 | 1 | 112 | .000 | -227.492 | 75.964 | ||
Inverse | 0.901 | 1019 | 1 | 112 | .000 | 117.029 | -2573 | ||
Quadratic | 0.942 | 905. | 2 | 111 | .000 | -8.158 | 0.657 | .021 | |
Cubic | 0.942 | 909 | 2 | 111 | .000 | -1.335 | 0.000 | .042 | .000 |
Compound | 0.932 | 1532 | 1 | 112 | .000 | 6.365 | 1.054 | ||
Power | 0.936 | 1633 | 1 | 112 | .000 | .059 | 1.838 | ||
S | 0.928 | 1442 | 1 | 112 | .000 | 5.523 | -62.86 | ||
Growth | 0.932 | 1532 | 1 | 112 | .000 | 1.851 | .052 | ||
Exponential | 0.932 | 1532 | 1 | 112 | .000 | 6.365 | .052 | ||
Logistic | 0.932 | 1532 | 1 | 112 | 0.00 | 0.157 | 0.949 | ||
上表說明：回彈值和實測強度的關系用二次曲線（Quadratic）， 解析程度最為顯著，判定系數R2值為0.942。標準JGJ/T 23推薦的冪函數（Power）模型其判定系數R2值為0.936，其解析程度不如二次曲線。具體的方程式如下：
用二次曲線（Quadratic）回歸的方程為：F=-8.158+0.657 R+0.021 R2
用冪函數（Power）回歸的方程為：F=0.059 R1.838
上述十一個模型的擬合曲線圖如下圖2：
圖2 回彈值與實測強度擬合曲線圖
1.4 試驗結論
（1） 回彈值和實測強度密切相關，但不適合用全國曲線或浙江的地方曲線；
（2） 用二次曲線（Quadratic）擬合回彈值和實測強度的關系比標準JGJ/T 23推薦的冪函數（Power）更佳。
2 工程實體檢測結果分析
2.1 數據原始記錄
武漢地區某三個工程驗收時的回彈數據和對應的鉆芯數據如下表4（單位：MPa）：
表4 武漢地區某三個工程驗收時的回彈數據和對應的鉆芯數據表
回彈值 | 鉆芯強度 | 回彈值 | 鉆芯強度 | 回彈值 | 鉆芯強度 |
23.4 | 21.8 | 22.8 | 21.7 | 29.4 | 27.8 |
24.6 | 23.1 | 24.3 | 26.0 | 35.1 | 33.2 |
24.3 | 25.0 | 24.3 | 25.0 | 31.0 | 28.9 |
24.3 | 24.8 | 22.0 | 23.8 | 30.0 | 25.9 |
23.7 | 28.0 | 22.8 | 26.2 | 27.9 | 24.5 |
23.7 | 28.4 | 25.6 | 28.2 | 31.0 | 27.9 |
22.3 | 21.0 | 27.2 | 25.5 | 28.6 | 25.2 |
22.1 | 20.3 | 29.2 | 26.3 | 30.3 | 26.2 |
2.2 鉆芯強度與全國曲線和浙江曲線比較
根據標準JGJ/T 23，和浙江標準，引用相應的曲線，碳化值為0.5，并加上泵送修正，推斷出來的每個試塊的強度，并和相應的實測強度（鉆芯強度）差值比較如下表5：
表5 鉆芯強度與全國曲線和浙江曲線比較
全國曲線 | 浙江曲線 | |
平均 | 3.425 | 2.179167 |
標準誤差 | 0.723925 | 0.763169 |
標準差 | 3.546492 | 3.738749 |
方差 | 12.57761 | 13.97824 |
峰度 | -1.0315 | -1.14095 |
偏度 | 0.146935 | 0.094632 |
區域 | 12 | 12.2 |
最小值 | -2.3 | -3.6 |
最大值 | 9.7 | 8.6 |
觀測數 | 24 | 24 |
置信度(95.0%) | 1.497552 | 1.578735 |
上述數據看出：數值離散性較大， 表明實體工程的回彈值同樣不適合根據標準JGJ/T 23，或浙江標準來推斷。
2.3 用spss軟件對上述數據建模，尋找回彈值和鉆芯強度的關系，十一個常用模型的參數輸出如下表6：
表6 spss軟件建模的十一個常用模型的參數輸出表
Equation | Model Summary | Parameter Estimates | |||||||
R2 | F | df1 | df2 | Sig. | Constant | b1 | b2 | b3 | |
Linear | 0.485 | 20.729 | 1 | 22 | .000 | 10.897 | 0.561 | ||
Logarithmic | 0.475 | 19.932 | 1 | 22 | .000 | -23.412 | 15.043 | ||
Inverse | 0.466 | 19.182 | 1 | 22 | .000 | 41.026 | -397.8 | ||
Quadratic | 0.501 | 10.536 | 2 | 21 | .001 | 31.766 | -0.987 | .028 | |
Cubic | 0.506 | 10.765 | 2 | 21 | .001 | 24.124 | 0.000 | -.013 | .001 |
Compound | 0.472 | 19.650 | 1 | 22 | .000 | 14.443 | 1.022 | ||
Power | 0.468 | 19.345 | 1 | 22 | .000 | 3.809 | .583 | ||
S | 0.464 | 19.027 | 1 | 22 | .000 | 3.838 | -15.50 | ||
Growth | 0.472 | 19.650 | 1 | 22 | .000 | 2.670 | 0.022 | ||
Exponential | 0.472 | 19.650 | 1 | 22 | .000 | 14.443 | 0.022 | ||
Logistic | 0.472 | 19.650 | 1 | 22 | .000 | 0.069 | 0.979 | ||
上表說明：回彈值和鉆芯強度不存在明顯關系。
各種模型的擬合曲線如下圖3：
圖3 各種模型的擬合曲線
2.4 結果分析
從上述數據分析看出，回彈推斷的強度比鉆芯強度低，并且回彈值和鉆芯強度相關程度很低，不能找到合適的曲線來擬合它們的關系。也就是說，在武漢地區用回彈法檢測實體工程幾乎沒有意義。造成這樣的結果可能是因為：工程的混凝土養護不到位，早期表面嚴重失水造成混凝土強度內外差異過大，此外，數據量并不足夠大，難以尋找出規律。
我們進一步調研發現：武漢地區的預拌泵送混凝土工程大部分不能按照施工要求養護，特別是豎向結構的混凝土，脫模過早，脫模后很少覆蓋，難以澆水保持濕度，混凝土的表面具體表現為顏色泛白。回彈法的使用前提是要求被測混凝土的內外質量基本一致,當混凝土表層與內部質量有明顯差異,如遭受化學腐蝕、火災、凍傷,或內部存在缺陷時,不能直接采用回彈法檢測混凝土強度。因此建議：在武漢地區的混凝土工程實體檢測中，慎用回彈法。
三、結語
武漢地區的預拌混凝土，如果養護到位，其回彈值和實際的強度有很強的正相關關系，但不適合引用全國統一的回彈曲線；武漢地區應建立自己的回彈曲線，用二次曲線來建立模型比標準JGJ/T 23推薦的冪函數（Power）更佳；對于實體工程，混凝土的表面回彈值和結構的實際強度沒有明顯的模型關系，慎用回彈法來判斷工程混凝土強度。
由于采集的數據有限，還有許多問題有待深入探討和研究。
參考文獻：
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[6] 《回彈法檢測泵送混凝土抗壓強度技術規程》[S]．浙江工程標準，2008年4月。
作者簡介：楊家華，男，1974，碩士，武漢明華商品混凝土有限責任公司總工程師。
E-mail：YJH@PKU.ORG.CN
