武漢地區(qū)預(yù)拌混凝土用回彈法檢測抗壓強(qiáng)度的探討
2023-11-10
武漢地區(qū)預(yù)拌混凝土用回彈法檢測抗壓強(qiáng)度的探討
楊家華，周結(jié)旺，向禹，羅曉航
（武漢明華商品混凝土有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430011）
摘 要：本文結(jié)合武漢地區(qū)預(yù)拌混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程實(shí)例對用回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)證分析，認(rèn)為武漢地區(qū)的預(yù)拌混凝土使用回彈法檢測抗壓強(qiáng)度不適合引用標(biāo)準(zhǔn)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(qū)的回彈曲線；對于混凝土工程實(shí)體檢測，由于養(yǎng)護(hù)難以到位，建議慎用回彈法來判斷工程混凝土質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：回彈法；預(yù)拌混凝土；回彈曲線；武漢地區(qū)
一、概述
武漢地區(qū)的預(yù)拌混凝土行業(yè)發(fā)展迅速，預(yù)拌混凝土的年需求用量已經(jīng)從1998年的100多萬立方米發(fā)展到今天近3000萬立方米。混凝土技術(shù)的應(yīng)用也發(fā)生了很大的變化，多摻合料技術(shù)和新型外加劑應(yīng)用技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。由于行業(yè)門檻低，競爭異常激烈，政府部門為了加強(qiáng)預(yù)拌混凝土的質(zhì)量管理出臺了一系列的管理規(guī)定，其中包括在工程驗(yàn)收中對使用預(yù)拌混凝土的結(jié)構(gòu)物必須進(jìn)行一定比例實(shí)體檢測的規(guī)定。在武漢地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度檢測絕大部分使用回彈法，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)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(yīng)用最為廣泛，這是因?yàn)槠鋬x器簡單、操作方便、費(fèi)用低廉。回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的主要原理是用肖氏強(qiáng)度原理測定材料表面硬度，然后推斷混凝土的強(qiáng)度。回彈值和強(qiáng)度值的關(guān)系是通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一的回彈曲線。由于測定曲線的工作量很大，在標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23的附錄A里附有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)。
近年來，特別是礦渣粉和粉煤灰雙摻技術(shù)在預(yù)拌泵送混凝土中的使用，用回彈法檢測預(yù)拌泵送混凝土抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生了很多爭議。
北京地區(qū)有數(shù)據(jù)表明[1]：某工程結(jié)構(gòu)實(shí)體驗(yàn)收用同條件養(yǎng)護(hù)600℃·d預(yù)拌混凝土強(qiáng)度試塊的強(qiáng)度以及鉆芯強(qiáng)度與混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體現(xiàn)場回彈檢測強(qiáng)度相比，鉆芯強(qiáng)度較同測區(qū)回彈強(qiáng)度高14％-48％。推測回彈強(qiáng)度偏低的主要原因是預(yù)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(tǒng)一回彈曲線”中引入不同外加劑、摻合料等修正系數(shù)。廣州地區(qū)有研究表明[2] ：采用回彈值計(jì)算推測強(qiáng)度時(shí)，當(dāng)標(biāo)號大于C50時(shí)，用JGJ／T23—2001標(biāo)準(zhǔn)回彈計(jì)算強(qiáng)度與實(shí)測強(qiáng)度偏差較大，對試驗(yàn)檢測結(jié)果的評定應(yīng)慎重考慮，并建議通過大量的工程試驗(yàn)，分析總結(jié)出當(dāng)?shù)馗鞣N原材料的修正系數(shù)，為回彈法發(fā)揮更大的作用進(jìn)行必要的技術(shù)積累。太原地區(qū)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(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度偏低，從而影響回彈法測強(qiáng)精度。因此，當(dāng)早齡期碳化深度超過0．5mm時(shí)，宜采用鉆芯---回彈綜合法來檢測結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度。安徽地區(qū)有研究表明④：混凝土表面濕度對回彈值以及混凝土強(qiáng)度產(chǎn)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(shí)際強(qiáng)度增大，對碳化深度影響較小，因此，應(yīng)另立測強(qiáng)曲線。浙江省已經(jīng)在2008年頒布了地方標(biāo)準(zhǔn)《回彈法檢測泵送混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》。
武漢地區(qū)目前沒有回彈法的地方回彈曲線，引用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ/T 23-2001）附錄A里的全國統(tǒng)一回彈曲線。近年來，武漢地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)驗(yàn)收應(yīng)用回彈法引起很多的爭議，本文結(jié)合武漢地區(qū)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程實(shí)例對用回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的問題進(jìn)行探討。
二、試驗(yàn)過程及結(jié)果分析
1 針對標(biāo)養(yǎng)試塊試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析
1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
用本公司實(shí)際生產(chǎn)的預(yù)拌混凝土，強(qiáng)度從20到70MPa，制備150mm×l50mm×l50mm的抗壓試塊144塊，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，進(jìn)行回彈試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。
回彈法測定試驗(yàn)方法：按照《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23-2001）的要求，試驗(yàn)選擇試塊相對的兩個(gè)側(cè)面(除去成型時(shí)的底面和頂面)作為測區(qū)面，每個(gè)面選取四個(gè)均勻分布的測點(diǎn)。并且，需將試塊置于壓力機(jī)的兩承壓板之間，加壓到30～80kN(低強(qiáng)度試塊取低值加壓)，回彈后加壓至破壞。共測定144組數(shù)據(jù)。
1.2 數(shù)據(jù)原始記錄
表一 試塊的回彈值和實(shí)測值一覽表
回彈值 | 實(shí)測強(qiáng)度 | 回彈值 | 實(shí)測強(qiáng)度 | 回彈值 | 實(shí)測強(qiáng)度 | 回彈值 | 實(shí)測強(qiáng)度 | 回彈值 | 實(shí)測強(qiáng)度 | 回彈值 | 實(shí)測強(qiáng)度 | 回彈值 | 實(shí)測強(qiáng)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(shù)據(jù)分析
（1）實(shí)測強(qiáng)度與全國回彈曲線⑤和浙江回彈曲線⑥比較
分別根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23-2001，和浙江標(biāo)準(zhǔn)，引用相應(yīng)的回彈曲線，碳化值為0，并加上泵送修正，推斷出來的每個(gè)試塊的強(qiáng)度，并和相應(yīng)的實(shí)測強(qiáng)度差值比較如下表2：
表2 相對兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的比較
最小值 | 最大值 | 平均值 | 標(biāo)準(zhǔn)方差 | 方差 | |
相對JGJ/T 23 | -3.3 | 16.1 | 4.368 | 3.8952 | 15.172 |
相對浙江標(biāo)準(zhǔn) | -3.4 | 16.3 | 3.618 | 4.0580 | 16.468 |
上述數(shù)據(jù)看出：數(shù)值離散性較大， 表明回彈值不適合用根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23或浙江標(biāo)準(zhǔn)來推斷。
（2）回彈值和實(shí)測強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)和散點(diǎn)圖
用spss軟件處理，得回彈值和實(shí)測強(qiáng)度的pearson相關(guān)系數(shù)為0.969，表明回彈值和實(shí)測強(qiáng)度有很強(qiáng)的正線性關(guān)系。
散點(diǎn)圖如圖1：
圖1 回彈值與實(shí)測強(qiáng)度的散點(diǎn)圖
從上圖直觀看出回彈值和實(shí)測強(qiáng)度呈線性關(guān)系。
（3） 回彈值和實(shí)測強(qiáng)度的關(guān)系建模
以回彈值為自變量，實(shí)測強(qiáng)度為因變量，用spss軟件建模，十一個(gè)模型的參數(shù)輸出如下表3：
表3 回彈值與實(shí)測強(qiáng)度的關(guān)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(shí)測強(qiáng)度的關(guān)系用二次曲線（Quadratic）， 解析程度最為顯著，判定系數(shù)R2值為0.942。標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23推薦的冪函數(shù)（Power）模型其判定系數(shù)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(shù)（Power）回歸的方程為：F=0.059 R1.838
上述十一個(gè)模型的擬合曲線圖如下圖2：
圖2 回彈值與實(shí)測強(qiáng)度擬合曲線圖
1.4 試驗(yàn)結(jié)論
（1） 回彈值和實(shí)測強(qiáng)度密切相關(guān)，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(shí)測強(qiáng)度的關(guān)系比標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23推薦的冪函數(shù)（Power）更佳。
2 工程實(shí)體檢測結(jié)果分析
2.1 數(shù)據(jù)原始記錄
武漢地區(qū)某三個(gè)工程驗(yàn)收時(shí)的回彈數(shù)據(jù)和對應(yīng)的鉆芯數(shù)據(jù)如下表4（單位：MPa）：
表4 武漢地區(qū)某三個(gè)工程驗(yàn)收時(shí)的回彈數(shù)據(jù)和對應(yīng)的鉆芯數(shù)據(jù)表
回彈值 | 鉆芯強(qiáng)度 | 回彈值 | 鉆芯強(qiáng)度 | 回彈值 | 鉆芯強(qiáng)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(qiáng)度與全國曲線和浙江曲線比較
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23，和浙江標(biāo)準(zhǔn)，引用相應(yīng)的曲線，碳化值為0.5，并加上泵送修正，推斷出來的每個(gè)試塊的強(qiáng)度，并和相應(yīng)的實(shí)測強(qiáng)度（鉆芯強(qiáng)度）差值比較如下表5：
表5 鉆芯強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)誤差 | 0.723925 | 0.763169 |
標(biāo)準(zhǔn)差 | 3.546492 | 3.738749 |
方差 | 12.57761 | 13.97824 |
峰度 | -1.0315 | -1.14095 |
偏度 | 0.146935 | 0.094632 |
區(qū)域 | 12 | 12.2 |
最小值 | -2.3 | -3.6 |
最大值 | 9.7 | 8.6 |
觀測數(shù) | 24 | 24 |
置信度(95.0%) | 1.497552 | 1.578735 |
上述數(shù)據(jù)看出：數(shù)值離散性較大， 表明實(shí)體工程的回彈值同樣不適合根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23，或浙江標(biāo)準(zhǔn)來推斷。
2.3 用spss軟件對上述數(shù)據(jù)建模，尋找回彈值和鉆芯強(qiáng)度的關(guān)系，十一個(gè)常用模型的參數(shù)輸出如下表6：
表6 spss軟件建模的十一個(gè)常用模型的參數(shù)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(qiáng)度不存在明顯關(guān)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(jié)果分析
從上述數(shù)據(jù)分析看出，回彈推斷的強(qiáng)度比鉆芯強(qiáng)度低，并且回彈值和鉆芯強(qiáng)度相關(guān)程度很低，不能找到合適的曲線來擬合它們的關(guān)系。也就是說，在武漢地區(qū)用回彈法檢測實(shí)體工程幾乎沒有意義。造成這樣的結(jié)果可能是因?yàn)椋汗こ痰幕炷琉B(yǎng)護(hù)不到位，早期表面嚴(yán)重失水造成混凝土強(qiáng)度內(nèi)外差異過大，此外，數(shù)據(jù)量并不足夠大，難以尋找出規(guī)律。
我們進(jìn)一步調(diào)研發(fā)現(xiàn)：武漢地區(qū)的預(yù)拌泵送混凝土工程大部分不能按照施工要求養(yǎng)護(hù)，特別是豎向結(jié)構(gòu)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(xiàn)為顏色泛白。回彈法的使用前提是要求被測混凝土的內(nèi)外質(zhì)量基本一致,當(dāng)混凝土表層與內(nèi)部質(zhì)量有明顯差異,如遭受化學(xué)腐蝕、火災(zāi)、凍傷,或內(nèi)部存在缺陷時(shí),不能直接采用回彈法檢測混凝土強(qiáng)度。因此建議：在武漢地區(qū)的混凝土工程實(shí)體檢測中，慎用回彈法。
三、結(jié)語
武漢地區(qū)的預(yù)拌混凝土，如果養(yǎng)護(hù)到位，其回彈值和實(shí)際的強(qiáng)度有很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，但不適合引用全國統(tǒng)一的回彈曲線；武漢地區(qū)應(yīng)建立自己的回彈曲線，用二次曲線來建立模型比標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23推薦的冪函數(shù)（Power）更佳；對于實(shí)體工程，混凝土的表面回彈值和結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度沒有明顯的模型關(guān)系，慎用回彈法來判斷工程混凝土強(qiáng)度。
由于采集的數(shù)據(jù)有限，還有許多問題有待深入探討和研究。
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作者簡介：楊家華，男，1974，碩士，武漢明華商品混凝土有限責(zé)任公司總工程師。
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