混凝土极限强度与硬度的关系试论回弹法测试混凝土强度.pdf

问题研究 第2 9 卷2 0 1 1 年第5 期( 总第 1 5 5 期) 混凝土极限强度与硬度的关 系 试论回弹法测试混凝土强度 白英凯李姣周云麟 ( 中国三冶集团有限公司 辽宁鸿海商品混凝土有限公司 台安中威企远商砼公司 鞍山 1 1 4 0 3 9 ) 摘要形成混凝土结构的最终 目的是能承受规定荷载和使用环境下的耐久性。混凝土极限荷载的大小 受三种破坏模式的制约。回弹法检测混凝土强度是无损检测， 又简便快捷， 而颇受青睐， 但回弹法仅仅是广阔混 凝土结构平面上的一个点， 是通过其本身硬度的反作用力( 回弹值) 来间接换算混凝土的强度。 关键词破坏模式 回弹值极限强度强度判定 Co n c r e t e Li mi t S t r e n g t h a n d Ha r d n e s s ： Di s c u s s i o n o n t h e Co n c r e t e St r e n g t h Te s t wi t h t he Re s i l i e nc e M e t ho d B AI Yi n g - k a i ， L I J i a o ， Z HOU Yu n - l i n C h i n a T h i r d Me t a l l u r g i c a l C o n s t r u c t i o n C o r p ； L i a o n i n gHo n g h a i C o mm e r c i a l C o n c r e t e C o ， L t d ； T a i a n Z h o n g w e i Q i y u a n C o mmer c i a l C o ncr e t e C o m p a n y , A nsh a n 1 1 4 0 3 9 ) 【 A b s t r a c t 】 T h e c o n c r e t e s tr u c t u r e i s f o r m e d fi n a l l y f o r b e a ti n g t h e s p e c i fi e d l o a d a n d g a i n i n g t h e d u r a b i l i t y u n d e r t h e u s e c o n d i t i o n s T h e l i mi t l o a d o f c o n c r e t e i s r e s t r i c t e d b y t h r e e k i n d s o f f a i l u r e mo d e s T h e r e s i l i e n c e me t h o d i s t h e n o n d e s t r u c t i v e t e s t o f c o n c r e t e s t r e n g t h ，s i mp l e a n d f a s t ，a n d p o p u l a r Ho w e v e r o n l y a p o i n t i n t h e l a r g e p l a n e o f c o n c r e t e s t ruc t u r e i s t e s t e d wi t h t h i s me t h o d t h a t i s t o u s e t h e r e a c t i n g f o r c e( r e s i l i e n c e v a l u e ) o f c o n c r e t e h a r d n e s s t o c a l c u l a t e t h e c o n c r e t e s t r e n gth 【 K e y w o r d s 】 F a il u r e m o d e ； r e s i l i e n c e v al u e ； li m i t s t r e n gt h ； s t r e n gt h d e c i s i o n 1 引言 混凝 土是一种复杂 、 多相 、 强塑性非匀质人造 石材， 多年来一直应用液压材料试验机来检测混 凝土标准立方体石块和结构条件养护的混凝土石 块的立方体轴压强度、 长直强度、 劈裂抗拉强度及 抗折抗弯强度等。这即符合混凝土结构受荷状 况 ， 也 能 比较 准 确 的标定 混凝 土 结构 质量 和 强 度。2 0 世纪7 O 、 8 0 年代以来， 回弹法混凝土强度， 常被质检和质监部 门用于鉴定混凝土结构质量 ， 这是无可非议 的。问题在于 回弹法通过结构混凝 土各点硬度 反映出的强度 ， 和混凝 土三种破坏模 式反映的极 限强度机制截然不 同。两种方法检测 的结构混凝土强度差足以引起争议， 纠纷也就难 以避免。 在分析引起强度差距原 因的基 础上 ， 剖析 回 弹法检测混凝土抗压强度的可靠性与准确性。 2 混凝土的破坏模式一极限强度硬度 统计性 文献资料认为 ， 混凝土破坏 的三种模 式是 水泥石破坏 、 碎石破坏 和水泥石及骨料界面 破坏 ， 从相当高强的( C 6 0 ) 混凝土破坏状态中可 观察到， 当高强混凝土中砂浆与粗集料弹性模量非 常接近， 变形皆同时， 尚有第四种破坏模式水 泥石和粗集料同时破坏。 当立方体混凝土试件置于材料试验机上承受 荷载时， 受到竖向压力， 试件被压扁并受到上下压 板相反方 向水平摩擦 阻力 ， 于是形成约 4 5 。角 的 剪力 。混凝 土试件受 到拉剪破坏 ， 得 出相应 的极 限强度 。 回弹法混凝土强度 ， 是在混凝土结构 中选择确 定测区， 每测区均匀分布 l 6 个的测点， 通过混凝土 本身硬度反作用力显示的平均值换算混凝土强 度。混凝土破坏模式、 极限强度和硬度三者之间机 理不同， 即没有内在联系， 更没有相应的函数关系。 例如相同硬度的两种岩石， 由于密度成因、 晶体 形状和介理等差别， 其抗压强度可以有一定的差别。 文献认为： “ 骨料和水泥浆体是两种不同硬度 的材料 ， 骨料和水泥浆的硬度是不能建立起关系 一 61 第2 9 卷2 0 1 1 年第5 期( 总第 1 5 5 期) 问题研究 的 。 ” 文献 1 】 则提 出 ： “ 回弹法研 究 的对 象是混 凝 土 ， 而不是混凝土的砂浆 。 ” 须知砂浆是混凝土中 重要 的组成部分 ， 决不能分割开来 。无论采取何 种方法是难 以配制出 6 0 MP a ， 8 0 MP a 强度 的砂浆 。 但借助粗骨料( 岩石、 碎石) 的高强度 ， 不难配制出 C 6 0 ， C 8 0 ， C 9 0 的混凝土。 很显然 ， 当弹击杆的弹击点接触到粗骨料 、 钢 筋 、 砂浆上时 ， 回弹值 的较大差异是不言而喻的 ， 是容易造成误导和错判。 3 回弹法检测混凝土强度的影响因素 从结构混凝土 、 回弹仪 、 操作 三方 面 ， 可简单 的归纳 出回弹法检测混凝土抗压强度的因素有 2 1 条之多。 回弹仪本身质量仅有 1 0 2 5 g ， 弹击锤重量约有 6 5 0 g 左右， 冲程7 5 m m 。可见 ， 回弹仪的弹击杆通 过结构混凝土的反作用力显示 的回弹值 ， 也只能 在结构混凝土深度 8 0 1 2 0 m m范围内反映其硬 度。进而换算 出结构混凝 土强度 ， 由此也引 出了 如下三个方面的问题 。 ( 1 ) 混凝土 中的微裂纹和可见裂纹 ( 缝 ) 影响 其 抗 压极 限强 度 ， 但 在 回弹检测 中难 以反 映 出 来 。如果混凝土 中存在微裂纹和可见裂纹 ， 这些 裂纹绝不影响其表面硬度 。但 当承受荷载时 ， 由 于应力集中作用( 通常应力集中系数约等于3 61 ) 抗 压强度将明显降低， 但回弹法检测混凝土强度时， 由于表面硬度并未受多大影响， 对回弹值基本没 有影响或影响小 ， 这也难免造成强度误判 。 ( 2 ) 冬施 轻度受冻的混凝土 回弹法测得 的强 度偏低， 冬期负温施工的混凝土， 由于寒流突袭或 最低温度估计不足， 导致混凝土轻度受冻， 但由于 掺人了防冻剂 ， 混凝土含气量具有 的保温作用 ， 使 其深层 ( 深度大于 1 0 0 m m ) 的混凝土并无冻害、 疏 松等缺陷。那么用 回弹法测得表层 1 0 0 mm左 右的 混凝土强度将明显低于深层或核心部位的结构混 凝土强度。这种情况下同样将导致混凝土强度误 判或“ 失真” 。 ( 3 ) 大体积混凝土的强度“ 失真” 和“ 造假” 现 象如下面所述 ， 由于回弹法只能通过表层 1 0 0 ra m 左右混凝土的硬度通过对弹击杆的反作用力所显 示的回弹值推断混凝土的强度。而大体积混凝土 由于水泥水化热作用， 核心部分养护温度往往可 达到4 2 5 2 c 【= ， 极有利于促进水泥水化而获得较高 一 6 2一 的强 度 。例 如 A BH= 1 2 0 O mm X 1 2 0 0 ra m 8 0 0 m m 的 大 型 设 备 基 础 ， 其 核 心 的 7 0 0 mm 7 0 0 m m X 6 0 0 ra m混 凝 土 ， 无 疑 要 高 于 表 面 深 度 1 2 0 1 5 0 mm回弹法测得 的强度 。用 回弹法会造成 强度“ 失 真” ， 这是其一 。其 二可能会有某些不法 承包商利用回弹法测强度在更大大体积混凝土结 构施工中， 在其核心部位填入废石 、 砖块， 而在其 表面2 0 0 3 0 0 m m处用更高强度的混凝土制作一个 壳体。用回弹法测得的混凝土强度值其结果可能 为优质混凝土， 而核心却以“ 土石垃圾” 蒙骗过 关 。另外 ， 大体积混凝土施工可能 由于振捣不到 位 ， 混凝土离析等原因所造成的蜂窝 、 鼠洞等缺 陷 ， 也无法从其表 面所测得 的混凝土强度 的判定 强度 中反映出来。防辐射混凝土与普通混凝土强 度等级相同， 但由于选用高密度重晶石( 硫酸钡为 主要成分) 的骨料， 其硬度增大， 回弹值升高， 也容 易造成强度升高的假象。 美 、 英、 德、 日等发达国家用回弹一超声一结 构全断面扫描摄像的综合方法， 评估和推断混凝 土结构 的质量和强度则更为全面 、 准确 。美 、 英 、 德、 日等发达国家也未将 回弹法作为评定混凝土 强度的唯一依据。 4 试块法、 回弹法测量混凝土强度的差距 选择了当今工程建设中用量较大的两种混凝 土 C 3 0 和 C 2 5 ， 2 8 天标养 1 5 0 mm1 5 0 m m1 5 0 m m 立方体试块各 2 2 组。水池养护， 炭化深度为零。 混凝土试 件表面干燥 ， 且被 良好 的固定在材料试 验机 的下压板面上 ， 按 J G J T 2 3 2 0 0 1 回弹法检 测混凝土抗压强度技术规范 规定， 先进行回弹检 测， 接着按 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性 能试验方法标准 进行抗压强度试验。限于篇幅 未能将 每一测 点 回弹值一一列入 ， 而将每组试块 回弹平均值及其强度换算值， 压力机试验得出的 抗压强度值， 以及二者差占f o 百分比和3 0 组平均 值、 标准差、 变异系数等分别综合列于表1 。 表 1 中系统数据表明： ( 1 ) 回弹法检测的混凝土抗压强度无 一例外 的低于立方体试验机测得的抗压强度， 二者的差 值大致为2 0 左右。 ( 2 ) 无论是C 3 0 、 C 2 5 强度等级的混凝土， 回弹 法测得的强度值比立方体试块测得的强度值有相 当大的离散性 ， 前 者为 0 6 4 4 后 者由 3 6 f o 3 6 f o 。前者分别为最低值的7 3 l O 倍。 问题研究 第2 9 卷2 0 1 1 年第5 期( 总第 1 5 5 期) 2 9 8 3 O 8 3 O 2 3 0 9 3 1 8 31 4 3 3 0 3 3 5 3 3 2 3 0 1 3 0 3 3 0 2 2 6 6 2 9 9 2 8 6 2 9 2 3 2 2 3 0 5 3 6 2 2 8 1 3 7 3 3 1 2 3 7 O 3 4 8 3 1 3 3 4 3 3 3 O 2 9 4 3 O 2 2 9 8 2 7 6 3 2 2 2 9 4 3 O 8 3 3 8 3 2 4 2 5 9 3 8 1 3 2 5 3 7 0 3 8 9 3 8 1 3 5 9 3 8 9 3 7 8 3 2 2 3 2 8 3 2 6 3 3 0 3 3 4 3 3 2 3 2 4 3 2 8 3 0 6 3 3 8 3 4 0 3 3 9 3 2 4 3 2 8 3 2 6 箜： 垒= ： 3 3 8 3 4 2 3 4 6 3 4 4 23 6 2 5 6 2 8 6 2 3 6 2 1 2 2 4 1 3 6 1 31 6 2 8 2 2 3 0 2 2 4 2 7 2 2 7 4 3 7 1 3 7 1 2 7 6 2 8 6 2 7 6 2 9 - 3 2 7 6 2 9 。 6 3 0 7 2 9 7 31 6 3 7 1 3 4 1 3 1 9 3 3 1 4 0 6 3 5I 4 3 2 8 3 6 2 3 4 _ 3 3 3 3 3 9 7 4 1 1 3 7 3 3 2 2 3 3 4 3 2 1 3 4 4 3 0 8 3 6 1 3 7 2 2 0 3 2 0 0 2 8_ 3 3 5 0 3 5 7 3 00 1 5 0 1 2 7 1 5 3 4 4 0 4 0 0 20 3 41 0 l1 - 3 0 7 1 5 - 3 1 6 O l 5 0 1 7 0 1 0 7 21 7 21 7 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 22 2 2 2 2 222 22- 2 2 2 2 2 2 2 22 2 22 2 22 2 22 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 222 0 4 5 0 4 5 0 4 5 045 045 O45 0 4 5 0 45 0 4 5 O 4 5 0 4 5 0 45 0 45 0 45 0 4 5 0 4 5 0 4 5 O 4 5 0 4 5 0 4 5 0 45 0 4 5 63 1 1 l l 1 1 1 1 l 1 l l 1 1 1 1 1 l 1 1 1 l m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m 2 4 5 6 7 8 9 m B H ： 2 第2 9 卷2 0 1 1 年第5 期( 总第 1 5 5 期) 问题研究 变异系数 c v 相当大 ， 分别达到0 4 5 和0 -3 ， 在通常 的混凝土强度数理统计 中所罕见。无疑是回弹法 检测混凝土抗压强度 的影响因素和不确定因素较 多所致 。例如 同一 强度 等级混凝 土结构 的含水 率、 水胶比、 砂浆与粗集料比率、 搀和细粉种类等， 数量有着千差万别 ， 哪怕是操作者掌握弹击杆与 混凝 土平 面的夹角 ， 也不可能用量角器加以测定 然后进行修正 。 文献 的意见认 为 ： 用 回弹法侧量 混凝 土强度 的偶然性 和不确定性太大。文献认为 ： “ 混凝土的 非匀质性表现的更加突出” 5 - 6 1 。 5 结束语 ( 1 ) 回弹法是测定结构混凝土强度 的一种 简 单 、 有效 、 实用的方法 。 ( 2 ) 鉴于 回弹法是测定混凝土表 面硬度 推定 强度的， 统计资料认为约 比实际强度低 2 0 左右。 5 ； ； ； # ； 0 ； ； ； s 蝣 上接第5 1 页 煤出焦地面展站除尘工程等， 这些除尘工程已全 部投入正常运行 ， 减少 了烟( 粉) 尘排放量 ， 改善了 公司周围环境空气质量。投资3 2 6 亿元建设的 华北地 区最大 的城市 中水与工业废水处 理 中心 ， 已于 2 0 0 9 年 l 0 月建成并投入运行 ， 实现 了唐钢南 区深井用水全部关停 ， 工业废水实现了零排放， 在 行业内率先实现了工业水源全部采用城市中水 ， 工业废水重复利用率达9 8 以上 ， 水综合利用能 力达到国内领先水平。投资7 5 4 0 万元 ， 对炼焦 制气厂 自用焦炉煤气进行脱硫处理 ， 处理后 的焦 炉煤气 中 H ： S 浓 度降至 l O O mg m 以下 ， 年 可减少 S O 排放量4 2 0 0 t 。投资 1 1 5 亿元对一钢轧厂转 炉一二次除尘 系统进行深度治理 ， 年减少 烟( 粉 ) 尘排放量3 0 0 多t 。投资8 0 0 0 万元完成了南区 3 6 0 m 烧结机烟气脱硫项 目， 年减少二氧化硫排放 量 3 2 0 0 t 。 3 实施效果 ( 1 ) 节能减排指标的完成 ： 节能减排项 目的实 施确保了“ 十一五” 节能减排 目标的实现。2 0 1 0 年 t 钢综合能耗完成5 6 9 5 2 k g c e t ， 比承诺指标多降低 5 4 8 k g c e t ， 共节约 1 3 8 8 万 t 标准煤。 “ 十一五” 期 间 累计完成节能量6 9 4 7 万t 标准煤 ， 比承诺指标多 节约 1 1 3 万 t 标准煤 ， 超额完成 向省政府承诺的节 能指标。化学需氧量( C O D ) 排放量完成7 7 4 4 7 t ， 6 4 ( 3 ) 严格按相关标准操作及统计方可获得精 确数据 。 综上所述， 回弹法可以作为混凝土结构质量概 率评估的一种方法。具有一定的参考价值。但也 不宜绝对化 ， 作为判定混凝土强度的唯一依据 。 参考文献 【 1 】 文恒武， 魏超琪 对 质疑“ 回弹法检测混凝土抗压强 度” 一文中几个问题的看法 2 0 0 8 6 【 2 】 铁摩辛柯 盖 尔 材料力学 科学出版社， 1 9 7 8 3 】3廉慧珍， 关于对 质疑“ 回弹法检测混凝土抗压强 度” 一文中几个问题的看法2 0 0 8 6 【 4 U G J T 2 3 2 0 0 1 回弹 法检 测混 凝 土抗 压 强度技 术 规 程 f 5 1 5 4 晓， 李与林 对回弹法检测混凝土抗压强度的讨论 2 00 8 8 f 6 1 戴治柱， 高强 回弹法到底怎么用 混凝土 2 0 0 8 8 ( 2 0 1 1 - 0 1 1 7 收稿 ) 在控制 目标 9 1 0 t 以 内 ， 二 氧化硫 ( S O ) 排放 量为 1 5 4 6 7 8 5 t ， 在控制 目标 1 7 7 2 9 t 以 内， 并且 2 0 0 9 年 提前一年完 成对省人 大 、 省政府承诺 的和减排 目 标。烧结 、 炼铁 、 炼钢等工序烟粉尘排放量全部达 到控制 目标要求 。 ( 2 ) 生态和谐企业的创建 ： 经过精心筹划 ， 以 淘汰落后产 能为契机 ， 对落后产能淘汰一个拆除 一 个 ， 腾空区域不再安排工业项 目， 全部用于美化 绿 化 。按照错 落有致 、 各 具特色 、 浑 然天成 的标 准 ， 实施 了以建设景观绿地和防护林带为重点 的 厂容治理 、 绿化美化总体工程。建立“ 水处理中 心” 、 “ 文化生态 园” 和“ 钢铁花 园” 三个重点 园区。 新建绿地面积达5 3 万m ， 其中新增绿地面积4 4 2 万 i n ， 改造绿化面积 8 8 万 m ， 绿地 面积达到 7 6 9 l 万 m ， 绿化覆盖率 由原来的 2 1 提高到 4 2 ， 与周 边环境融为一体， 实现生态和谐企业。 ， 4 结束语 唐钢在生产实践 中 ， 深入细致开展 清洁生产 工作 ， 发展循环经济， 积极采用新理念、 新设备、 新 工艺、 新技术 ， 依靠科技进步， 不断改进生产工艺 及装备， 创建生态和谐企业， 圆满完成“ 十一五” 期 间 向省政 府承诺 的节能减排指标 ， 为“ 十二五” 期 间各项任务的完成奠定了扎实基础。 ( 2 0 1 1 - 0 3 - 1 6 收稿 )