回弹法检测混凝土强度不确定度分析.pdf

2 0 1 3年 第 3期 l 总第 2 8 1期 ) 混 凝 Nu mb e r 3 i n 2 0 1 3 ( T o ml No ． 2 8 1 ) Co nc r e t e 土 实用技术 P RACTI CAL TE CHNoL OGY d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 3 5 5 0 ． 2 0 1 3 ． 0 3 ． 0 4 3 回弹法检测混凝土强度不确定度分析 王建华 ’ ，王琳 ( 1 ． 铁岭市计量测试所，辽宁 铁岭 1 1 2 0 0 0 ；2 ． 沈阳建筑大学 土木工程学院，辽宁 沈 阳 1 1 0 1 6 8 ) 摘要 ： 介绍回弹法检测混凝土强度的特点和方法 ， 阐述不确定度的原理和评定不确定度 的主要步骤 ， 并结合具体实例对回弹 法推定混凝土强度的主要影响因素进行分析。 引入不确定度对结构混凝土强度合格性评定进行 了探讨， 以期完善回弹法检测混凝 土强度施工工艺 。 关键词 ： 回弹法 ；混凝土强度 ；不确定度 中图分类号 ： T U5 2 8 ． 0 7 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 — 0 1 5 2 — 0 3 Anal ys i s on unc er t ai nt y of c onc r e t e s t r engt h w i t h r ebound m e t hod WANGJ - hu a ． WANGLh2 ( 1 ． T i e l i n gI n s t i t u t e o f Me a s u r e me n t a n dT e s t ， T i e l i n g1 1 2 0 0 0， C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， S h e n y a n g J i a n z h u Un i v e r s i t y， S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8 ， Ch i n a ) Abs t r ac t ： The c o nc r e t e s t r e n g t h c ha r a c t e r i s t i c s a n d me t h od s t e x t e d t h o u g h t h e me t h o d o f r e b o u nd wa s i n t r o d u c e d， e x p o u nd d t he u nc e r — t a i n t y p r i n c i p l e a n d t h e m a i n s t e p s o f unc e r t a i n t y e v a l u a t i o n ， w a s and c o m b i n e d w i t h t h e c o n c r e t e i n s t a n c e s t o a n a l y z e t h e ma j o r i n fl u e n t i a l f a c t o r s o f c o n s t r u c t i v e c o n c r e t e s tr e n g t h t h o u g h r e b o u n d me tho d ． Mo r e o v e r ， t h e i n ~o d u c t i o n o f t h e un c e r t a i n ty i n t o t h e c o n f o r mi ty a s s e s s — me n t o f t h e s t r u c t u r a l c o n c r e t e s tre n gth wa s a l s o d i s c u s s e d i n a c c o r d a n c e wi t h the a c tua l e n g i n e e ri n g a p p l i c a t i o n c o n c e r n e d， i n o r d e r t o p e r — f e c t t h e r e b o u n d me t h o d o f c o n c r e t e s t r e n gth c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y ． Ke y w or ds ： r e bo u n d me t h o d； c o nc r e t e s t r e ng t h； u nc e rta i n t y 0 引言 回弹法检测混凝 土强度是一种无损 检测技术 ， 这种方 法操作简便 ， 测试快速 ， 费用低廉并且不破坏构件 ， 因此在 工程得到了十分广泛的应用。 在 回弹法检测中， 混凝土的碳 化对 回弹值有很 明显的影响 ， 因此必须把混凝土碳化深度 作为一个重要 的影响因素。 在整个综合关系中，加权 比单 一 采用 回弹法测得的回弹值要小得多 。 测量过程 中还会受 到多种 因素影 响 ， 这些因素对混凝 土强度检测结果的分散 程度可 以引入不确定度这个概念来合 理评价混凝土结构 的强度代表值， 从而为评定混凝土结构强度的合格情况， 工 程质量验收 、 安全鉴定等方面提供技术支持 。 1 回弹法检 测混凝土强度 的特 点 回弹仪 中运动的重锤 以一 定冲击动能撞击顶在混凝 土表 面的冲击杆后 ， 测 出重锤被反弹 回来 的距离 ， 以 回弹 值作为强度的相关指标来推定混凝土强度的。 回弹值是重 锤冲击过程中能量损失的反映。 能量损失越小 ， 混凝土表面 硬度越大， 其相应的回弹值就越高。 由于混凝土表面硬度与 混凝 土抗压强度在变化关 系上有一致性 ， 因此 回弹值大小 也反 映了混凝土抗压强度的大小。 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 9 — 0 3 l 5 2 影响混凝土抗压强度与回弹值的因素十分广泛 ， 例如 水泥品种 、 骨料 、 外加剂 的影响 ， 成型方法 、 养护方法的影 响 ， 混凝土碳化 、 龄期及含水率的影响等 。 2 混凝土强度的计算 2 ． 1 平均回弹值计 算 在测试混凝土浇筑侧面的强度时 ， 尽量将 回弹仪保持 水平 ， 每一测 区测出 1 6 个 回弹值 ， 去掉其 中最大值和最小 值各 3 个 ， 则该测区的平均 回弹值即为剩余的 1 0 个 回弹值 的算术平均值 ， 实测数据见表 1 。 2 ． 2 混凝土强度换算值 根据每一测区的平 均回弹值和平均碳化深度值查 阅 由专用 曲线 、 地区曲线或统一 曲线编制的测区混凝土强度 换算表 ， 所查 出的强度值即为该测区混凝土的强度换算值。 也就是说 ， 将测得的回弹值和碳化深度值换算成这一测区 内混凝土的抗压强度值。 由各测区混凝土强度换算值可以计算出测区混凝土 强度平均值。 平均值与标准差 由如式( 1 ) 计算 ： ， ．． ．一J c Il， i m ， ： ! n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 混凝土回弹值 ： ＼／／ 薹 ’n - 1 ： ! 2 式中 ： 喊 ——测区? 昆 凝土强度换算值 的平均值 ； ． —— 测 区混凝土强度换算值 ； n ——构件 的测区数 ； —— 测 区混凝 土强度换算值 的标 准差 。 2 3混凝土强度的推定值 结构 的混凝 土推定值 指的是与强度换算值 总体 分布 中保证率不低于 9 5 ％的结构的混凝土抗压强度值 ， 计算结 果见表 2 。 表 2 计算结果 测区 回弹平均值 ／ MP a平均碳化深度值 ／ m m 强度换算值 ／ MP a 注 ： 强度平均值m ／ ~ = 1 6 ． 8 MP a ； 强度换算值的标准差 = 2 ． 6 0 ； 混凝土强度推定值 1 2 ． 5 MP a 。 ，e = 一 1 。 6 4 5 ( 3 ) 数。 在实际使用中， 测量不确定度也可用说明了置信水准区 间的半宽度表示 。 将这两种不同的表示方法分别称为标准 不确定度和扩展不确定度 。 3 1 建立数学模型 由混凝土构件 的回弹值 尺及碳 化深度值 d 计算 得到 现龄期混凝土抗压强度推定值 ， R ， 西) ( 4) 式中 ．。 ——混凝土构件强度推定值 ； —— 第 i 测 区第 个测点 回弹值 ； 西——第 i 测区第 次测量的碳化深度值 。 3 ． 2 不确定度 的来源 影响测量结果有很多因素 ， 这些因素的来源又来 自很 多方面， 例如被测对象、 测量仪器设备 、 测量的环境、 测量 的方法 以及测量人 员所导致 的误 差 。 了解 了不确 定度 的 来 源 ， 我们便可 以对任何测量方法 的不确定度进行分析 ， 见表 3 。 3 ． 3 不 确 定度 的评 定 3 ．3 ． 1 回弹值 读数重复性引入 的标准不确定度 A类评定方法 。 试验标准差 为： s ( R) = ( 5 ) 标准不确定度 为： ： ( 6 ) M 】 R — — — — l O 3 混凝土强度测量 不确 定度评 定 计算结果见 表3 。 测量不确定度是对测量结果可信性 、 正确性的可疑程 3 ． 3 u2 回弹值 尺 读数误差引入 的标准不确定度 2 R 度 ， 不同形 式的定 义为定 量说明测量结果 的分散性 、 表 征 检测人员读数时造成 的误差在 0 5 分度值之内 ， 这一 被测量的真值所处范围的评定 。 为了表征被测量值的分散 误差在此区间内均匀分布 ， 采取 B类评定方法 ， 、 ／ 丁 。 则 性与测量结果 的联 系所使用参数 为标 准差或标准差 的倍 标准不确定度为 U ／ k = 0 ． 5 ／ 、 ／ = 0 ． 2 8 9 。 表 3 回弹法测量混凝土强度的不确定度来源 回弹值 R 的不确定度来源 碳化深度值 d 的不确定度来源 读数重复性引入的标准不确定度 读数误差引入的标准不确定度 弹击方向偏离引入的标准不确定度 回弹仪系统性能引入 的标准不确定度 “ 读数重复性引人 的标准不确定度 读数误差引入的标准不确定度 “ 游标卡尺系统性能引入的标准不确定度 1 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 ． 3 _ 3 回弹仪弹击方向偏离引人 的标准不确定度 u 娘 由实际操作经验 ， 回弹仪 的弹击偏离角度对 回弹值 的 影响在 1 分度值之内 ， 这一误差在此 区间内均匀分布 ， 采 取 B类评定方法 ， = 、 ／ 丁。 则标准不确定度为 U ／ k = l ／ 、 ／ = 0．5 7 7。 3 ．3 ．4 回弹仪系统性能引入的标准不确定度 根 本次检测使用的 回弹仪 已经过法定计量检定机构检 定 ， 检定结果为合格 ， 并在有效期 内， 已经过保 养。 由校准 证书确定 回弹仪系统性能引入 的不确定度 为 1 个分度 值之 内， 这一误差在此区间内均匀分布 ， 采取 B类 评定方 法 ， = 、 ／ 丁 。 则标准不确定度为 U ／ k = l ／ 、 ／ 丁= 0 ． 5 7 7 。 3 ． 3 ． 5 碳化深度值 d 读数重复性引入的标准不确定度 u A类评定方法。 试验标准差为 ： S ( d) = 标准不确定度为 ： d R = = ： 计算结果见表 4 。 表 4 计算结果 ( 7 ) ( 8 ) 3 ． 3 ． 6 碳化深度值 读数误差引入的标准不确定度 检测人员对碳化深度读数 时造成 的误 差在 0 ． 5 分度 值之 内， 这一误差在此 区间内均匀分布 ， 采取 B类评定方 法， = 、 ／ 丁。 则标准不确定度为 U ／ k = 0 ． 5 ／ 、 ／ 一 = 0 ． 2 8 9 。 3 ．3 ． 7 游标卡尺系统性能引入的标准不确定度 ／／ , 检测混凝 土碳 化深度时使用 的游标卡 尺已经 过法定 计量检定机构检定 ， 检定结果为合格 ， 并在有效期 内， 经过 保养 。 由校准证书确定游标 卡尺系统性能引入的示值误差 为 0 ． 0 1 分度值之 内， 此误差在此 区间内均匀分布 ， 采取 B 类评定方法 ， k = 2 。 则标准不确定度为 U ／ k = 0 ． 0 1 ／ 2 = 0 ． 0 0 5 。 表 5 各个分量的不确定度示值 标准不确定度分量 分布 不确定度类别 标准不确定度 ／ mm < 墨四日圜 3 ． 4 合成标准不确定度 混凝土抗 压强度推定值合成标准不确定度 的各分量 不相关 ， 按线性考虑 ， 表示如式( 9 ) 所示 ： u ，。) = 、 ／ _ +2 2，R + l 2 2- ( 2 2 2 2 ( 9 ) 由数学模型得 ： ( 1 o ) ( 1 1 ) d 式中 ： c —— 回弹值灵敏系数 ； —— 碳化深度值灵敏系数 。 研究 回弹值 的灵敏系数时 ， 保 持碳化深度不 变 ， 取平 均值 ， 仅改变平均回弹值 ， 取步长为 0 ． 2 MP 。 c = = 一 a R l i m 生： 二 三 ： ： 1 MP ／ m m △ 0 ． 2 研究碳化深度值的灵敏系数 时，保持 回弹值不变 ， 取 平均值 ， 仅改变平均碳化深度值 ， 取步长为 0 ． 5 m m。 c ：l i m 生 ： ： 二 ： ： 2 ．2 M P ／ m m a 西 △ 0 ． 5 ( 厂 a ) = 、 ／ ( 0 ． 6 6 2 + 0 ． 2 8 9 2 + 0 ． 5 7 7 2 + 0 ． 5 7 7 ) + 2 ． 2 ( 0 ． 1 2 2 + 0 ． 2 8 9 2 + 0 ． 0 0 5 ) = 1 ．2 9 ( 1 2) 混凝土抗压强度推定值 的扩展不确定度 U 。 合成标 准不确定度 ／／ c ( y ) 确定后 ， 与一个包含 因子 k 相乘 ， 可 以期望在[ — U ， y + ] 包含了测量结果可能值的较 大部分 ， 这里 k = 2 。 混凝土抗压强度推定值扩展不 确定 度 H ，。) = 2 u ，。) = 2 ． 5 8 。 参考文献 ： [ 1 】胡 国庆． 钻芯法检 测混凝土强度及其不确定度评价【 J 】 ． 山西建 筑 ， 2 0 0 9 ( 8 ) ． [ 2 】吕列民 ， 崔德密 ， 王宁 ， 等． 钻芯法检测结构混凝土强度合格性 评定分析l J I． 水利水电技术 ， 2 0 1 1 ． [ 3 ]宋明顺 ． 测量 不确 定度评 定与 数据处 理[ M】 ． 中 国计量 出版 社 ， 2 0 0 0 ． [ 4 】 郭全生， 肖建庄． 回弹法检测高性能混凝土抗压强度试验研究 科学研究 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ． 作 者 简 介 联 系地址 联系电话 王建华( 1 9 5 8 一 ) ， 男 ， 高级工程师 ， 主要从 事计量检定 校准工作。 铁岭市银州区南马路 5 7号 辽宁省铁岭市计量测试 所( 1 ~ 2 o o o ) 1 3 8 4l 0 8 6 8 70 上海华建荣获“ 中国驰名商标” ． 2 0 1 2 年 1 2月 3 1日经国家工商行政管理总局商标局网上公布 ：上海华东建筑机械厂有限公司混凝土搅拌车等产品 的“ H J ’ ， 商标( 注册号 1 2 3 9 4 0 2 ) 、 混凝土搅拌机( 器 ) 等产品的“ H J ” 商标( 注册号 1 2 5 9 4 9 7 ) 为“ 中国驰名商标” 。 1 5 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m