回弹法结构混凝土无损检测技术的工程应用

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摘要：回弹法作为一种检测硅抗压强度的手段，因其检测仪器的轻便、灵活、精度高，检测方法的统一，抽取子样的代表性高等优点，在工程检测中得到了广泛的应用。本文结合实际工程案例，对回弹法进行了简要阐述。

关键词：回弹法；混凝土无损检测；工程应用

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

自从1948年瑞士施米特(E．Schmidt)发明回弹仪，以及苏黎世材料试验所发表研究报告以来，回弹法的应用已有40多年的历史。虽然在这40年中其他无损检测方法不断出现，但由于回弹法仪器构造简单、方法简便、测试值在一定条件下与混凝土强度有较好的相关性、测试费用低廉等特点，至今它仍未失去现场应用的优越性，被国际学术界公认为混凝土无损检测的基本方法之一，并得到广泛应用。

1回弹法的基本原理

回弹法是用一弹簧驱动的重锤，通过弹击杆(传力杆)弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值(反弹距离与弹簧初始长度之比)作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法。由于测量在混凝土表面进行，所以应介于表面硬度法的一种。

上图为回弹法的原理示意图。当重锤被拉到冲击前的起始状态时，若重锤的质量等于l，则这时重锤所具有的势能e为： ，式中，Es为拉力弹簧的强度系数，l为拉力弹簧起始拉伸长度。

混凝土受冲击后产生瞬时弹性变形，其恢复力使重锤弹回，当重锤被弹回到x位置时所具有的势能ex为： ，在这个式中，x为重锤反弹位置或重锤弹回时弹簧的拉伸长度。

所以重锤在弹击过程中，所消耗的能量e为：

将相关式子代入上式中，就可以得到：

在回弹仪中，l为定值，所以R与x成正比，称为回弹值。将R代入上式中就可以得到：

因此我们可以知道，回弹值等于重锤冲击混凝土表面后剩余的势能与原有势能之比的平方根。简而言之，回弹值只是重锤冲击过程中能量损失的反映。

能量主要损失在以下三个方面：①混凝土土受冲击后产生塑性变形所吸收的能量；②混凝土受冲击后产生振动所消耗的能量；③回弹仪各机构之间的摩擦所消耗的能量。

在具体的实验中，上述②③两项应尽可能使其固定于某一统一的条件，例如，试体应有足够的厚度，或对较薄的试体予以加固，以减少振动，回弹仪应进行统一的计量率定，使冲击能量与仪器内摩擦损耗尽量保持统一等。因此，第一项是主要的。根据以上分析可以认为，回弹值通过重锤在弹出混凝土前后的能量变化，既反映了混凝土的弹性性能，也反映了混凝土的塑性性能。联系势能e的计算公式来思考，回弹值R反映了该式中的Es和z两项，当然与强度 有着必然联系，但由于影响因素较多，R与Es、z的理论关系尚难推导。因此，目前均采用试验归纳法。建立混凝土强度 与回弹值R之间的一元回归公式。或建立混凝土强度 与回弹值R及主要影响因素(例如，碳化深度l)之间的二元回归公式。这些回归的公式可采用各种不同的函数方程形式，根据大量试验数据进行同归拟合，择其相关系数较大者作为实用经验公式。目前常见的形式主要有以下几种：

2 检测准备

凡需要回弹法检测的混凝土结构或构件，往往是缺乏同条件试块或标准试块数量不足；试块的质量缺乏代表性；试块的试压结果不符合现行标准、规范、规程所规定的要求，并对该结果持有怀疑。所以检测前应全面地、正确地了解被测结构或构件的情况。

检测前，一般需要了解工程名称，设计、施工和建设单位名称；结构或构件名称、外形尺寸、数量及混凝土类型（是否泵送）、混凝土设计强度等级；水泥品种、安定性、等级、厂名；砂、石种类、粒径；外加剂或掺和料品种、掺量；施工时材料计量情况等，模板、浇筑及养护情况等，成型日期；配筋及预应力情况；结构或构件所处环境条件及存在的问题。其中以了解水泥的安定性合格与否最为重要，若水泥的安定性不合格，则不能采用回弹法检测。

一般检测混凝土结构或构件有两类方法，视测试要求定。一类是逐个检测被测结构或构件，另一类是抽样检测。逐个检测方法主要用于对混凝土强度质量有怀疑的独立结构(如现浇整体的壳体、烟囱、水塔、隧道、连续墙等)、单独构件(如结构物中的柱、梁、屋架、板、基础等)和有明显质量问题的某些结构或构件。

抽样检测主要用于在相同的生产工艺条件下，强度等级相同、原材料和配合比基本一致且龄期相近的混凝土结构或构件。被检测的试样应随机抽取不少于同类结构或构件总数的30％，还要求测区总数不少于100个。按批进行检测的构件，抽检数量不宜少于同批构件总数的30%且构件数量不宜少于10件。当检验批构件数量大于30个时，抽样构件数量可适当调整，但不得少于国家现行有关标准规定的最少抽样数量。 （4.1.3条）

具体的抽样方法，一般由建设单位、施工单位及检测单位共同商定。

3 检测方法

当了解了被检测的混凝土结构或构件情况后，需要在构件上选择及布置测区。所谓“测区”是指每一试样的测试区域。每一测区相当于该试样同条件混凝土的一组试块。行业标准《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ-T23―2011)规定，取一个结构或构件混凝土作为评定混凝土强度的最小单元，至少取l0个测区。但对长度小于3m，高度低于0．6m的结构或构件，其测区数量可适当减少，但不应少于5个。测区的大小以能容纳16个回弹测点为宜。测区表面应清洁、平整、干燥，不应有接缝、饰面层、粉刷层、浮浆、油垢、蜂窝麻面等。必要时可采用砂轮清除表面杂物和不平整处。测区宜均匀布置在构件或结构的检测面上，相邻测区间距不宜过大，当混凝土浇筑质量比较均匀时可酌情增大间距，但不宜大于2m；构件或结构的受力部位及易产生缺陷部位(如梁与柱相接的节点处)需布置测区，测区优先考虑布置在混凝土浇筑的侧面(与混凝土浇筑方向相垂直的贴模板的一面)，如不能满足这一要求时，可选在混凝土浇筑的表面或底面，测区需避开位于混凝土内保护层附近设置的钢筋和埋入铁件。对于体积小、刚度差以及测试部位的厚度小于l00mm的构件，应设置支撑加以固定。

按上述方法选取试样和布置测区后，先测量回弹值。测试时回弹仪应始终与测面相垂直，并不得打在气孔和外露石子上。每一测区的两个测面用回弹仪各弹击8点，如一个测区只有一个测面，则需测16点，同一测点只允许弹击一次，测点宜在测面范围内均匀分布，每一测点的回弹值读数准确至一度，相邻两测点的净距一般不小于20mm，测点距构件边缘或外露钢筋、铁件的间距不得小于30mm。

回弹完后即测量构件的碳化深度，用合适的工具在测区表面形成直径约为15mm的孔洞，清除洞中的粉末和碎屑后(注意不能用液体冲洗孔洞)立即用1％～2％的酚酞酒精溶液滴在混凝土孔洞内壁的边缘处，用碳化深度测量仪或其他工具测量自测面表面至深部不变色边缘处与测面相垂直的距离1～2次，该距离即为该测区的碳化深度值，准确至0．5mm。

一般一个测区选择1～3处测量混凝土的碳化深度值，当相邻测区的混凝土质量或回弹值与它基本相同时，那么该测区的碳化深度值也可代表相邻测区的碳化深度值，一般应选不少于构件的30％测区数测量碳化深度值。

4 数据处理

当回弹仪水平方向测试混凝土浇筑侧面时，应从每一测区的16个回弹值中剔除其中3个最大值和3个最小值，取余下的10个回弹值的平均值作为该测区的平均回弹值，取一位小数。计算公式为：

由于回弹法测强曲线是根据回弹仪水平方向测试混凝土试件侧面的试验数据计算得出的，因此当测试中无法满足上述条件时需对测得的回弹值进行修正。首先将非水平方向测试混凝土浇筑侧面时的数据参照上式计算出测区平均回弹值mRa，再根据回弹仪轴线与水平方向的角度口a按回弹值的修正值表查出其修正值，然后按下式换算为水平方向测试时的测区平均回弹值。

mR= mRa+Ra，在式中mRa为回弹仪与水平方向成a角测试时测区的平均回弹值，计算至0.1；Ra为下表查出的不同测试角度a的回弹值修正值，计算至0.1。

(续上表)

当回弹仪水平方向测试混凝土浇筑表面或底面时，应将测得的数据参照平均回弹值计算公式，求出测区平均回弹值mRs后，按下式修正：

mR=mRs+Rs

在上式mRs为回弹仪测试混凝土浇筑表面或底面时测区的平均回弹值；Rs则按下表查出的不同浇筑面的回弹值修正值，计算至0.1。

如果测试时仪器既非水平方向而测区又非混凝土的浇筑测面，则应对回弹值先进性角度修正，然后再进行浇筑面修正。

每一测区的平均谈话深度值，按下式计算：

式中ml为测区的平均碳化深度值（mm），计算至0.5mm；如ml＞6mm，则按ml=6mm计算。li为第i次测量的碳化深度值（mm），n为测区的碳化深度测量次数。

5 工程案例

某工程渡槽底板一块，混凝土强度等级为C20，自然养护，龄期6个月，未作试块。

5.1 测试

测区布置如下图所示。回弹仪垂直向上测试底板底面。

5.2 记录

记录回弹值及碳化深度值。

测区平均回弹值mR、平均碳化深度值ml见下表。

5.3计算

步骤同2，此处尚需进行角度及测试面的修正。计算结果见下表。

6 结语

回弹法作为无损检测方法之一，主要用于检测混凝土的抗压强度；其检测结果只能是评价现场混凝土强度或处理混凝土质量问题的依据之一，不能用作评定混凝土抗压强度。回弹法不适用于表层与内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土结构或构件的检测。

参考文献：

[1]高卫国．回弹法检测应注意的几个问题[J]．厦门科技，2009．

[3]吴友泉．回弹综合法检测混凝土强度的探讨与应用[J]．西部探矿工程，2010．