钻芯修正回弹法检测混凝土强度的分析

彭卫星

（中交建筑集团有限公司，北京 100022）

1 引言

混凝土质量评价指标较多，强度属于基础指标，现阶段可选择的强度检测方法多种多样，在建筑工程中以回弹法较为主流，原因在于此方法兼具操作便捷、不损伤被测结构、效率高等优势。但遇到混凝土表面粗糙、假性碳化、内部和表面质量不一致等情况时，则难以有效应用回弹法。钻芯法的直观性良好，可更加准确地反映混凝土强度，但存在混凝土结构受损问题。为此，可考虑钻芯法和回弹法的综合应用方式，用钻芯检测结果检验回弹检测结果，获得准确可靠的混凝土结构强度检测数据。

2 项目概况

某住宅工程，地下2 层，地上16 层。各部位施工所用混凝土的强度等级为：基础垫层C15；基础C30；-2 层～1 层的墙、柱均为C35，剩余各层的墙、柱均为C30；主体梁板为C30。建设单位怀疑-1 层剪力墙混凝土强度不达标（未达到C35 混凝土的强度要求），为探明真实强度，由具有资质的第三方以钻芯法和回弹法进行强度检测，验证实际情况。针对梁、柱进行检测，在获取到的30 对数据中，高径比不符合5 个，芯样有原始裂纹且有钢筋1 个，行标、省标回弹强度值＞60 MPa 的4 个，芯样有气孔的1 个。

实测钻芯法强度为35.7～39.9 MPa，实测回弹强度推定値为29.7～36.0 MPa，具体如图1 所示。相同构件以不同方法检测时产生的混凝土强度结果存在差异，具有钻芯法所测结果高于回弹法的特点，且高于设计强度。

图1 钻芯法与回弹法应用示意图

3 强度检测结果产生差异的原因

以回弹法和钻芯法针对同一混凝土构件进行检测时，测定的强度推定値 存在差异。原因包括：

1）混凝土构件浇筑不到24 h 便拆模，养护周期较短，构件表面的水分于短时间内快速散失，不利于水泥胶凝材料的正常反应，导致结构内部和表面的质量存在差异，针对此类结构进行强度检测时，具有回弹值较低的特殊性；

2）混凝土结构施工所用模板为胶合板，经过多次周转使用后，表面受损，若将此部分受损的模板用于施工，难以保证混凝土表面的施工质量，例如，有平整度低、局部受损等问题，导致实测回弹强度偏低；

3）泵送混凝土时作业不规范，例如，施工人员随意加水而导致混凝土的坍落度偏高，泵送完成后堆积大量浮浆，在此条件下做回弹检测后，由于浮浆的干扰而导致实测结果低于真实值，缺乏参考价值；

4）混凝土中的矿粉、粉煤灰等材料掺量过高，前期强度低，回弹值低。

4 钻芯法和回弹法的比较

钻芯法是向混凝土结构取芯样进行检验，可真实反映混凝土的强度，但存在损伤混凝土结构、员工劳动强度高、操作较为烦琐等局限性，因此，在混凝土强度检测中通常将其作为回填法检测结果的补充，以获得更加完善与准确的强度检测结果。回弹法和钻芯法的优缺点，如表1 所示。

表1 回弹法与钻芯法优缺点对比

5 钻芯修正回弹法在混凝土强度检测中的应用

联合采用钻芯法和回弹法，以获得更加完善且准确的检测结果。思路为：向被测结构取芯样，做抗压强度试验，据此对结构内部的完整性、抗压强度做出判断；同时根据回弹法换算强度进行结构的深入分析，重点评价结构混凝土的匀质性；经过两种方法的应用后，获得相同部位不同方法的检测数据，对结果做对比分析，尽可能准确地判断混凝土结构的强度。联合采取钻芯法和回填法，充分融合两项方法的优势，无论在保证检测结果可靠性还是提高效率等方面均有优势。

5.1 修正芯样的钻取

钻芯取样，用此方法的测试结果修正回弹法测定的混凝土强度，发挥出钻芯取样高准确性的优势，获得更加准确的强度检测结果。钻芯取样部位与被修正方法的检测部位需保持一致，按照此要求，应做到取芯部位与某回弹测区重合，且钻芯取样不可发生在对结构受力有明显影响以及结构存在严重缺陷的部位。数量方面，按相同检验批考虑，应至少准备6 个标准芯样试件用于强度检测结果的修正，必要时增加数量以保证修正结果的准确性。考虑到芯样强度的离散性问题，可适当增加芯样的数量，保证修正结果的有效性，按照此思路，通常需取9～12 个芯样。

5.2 修正方法的选用

总体修正量法，按式（1）、式（2）计算推定区间，要求抗压强度样本均值在推定区间内。

式中，μ1、μ2分别为推定区间强度的上限值和下限值；m为样本强度均值；k为推定系数；s为样本标准差。

在明确推定区间后，判断芯样的样本均值是否在该区间内，若在，则表明总体修正量法具有可行性，予以采用。此外，还可从芯样试件强度离散性的角度进行分析，总体修正量法在离散性较小时具有可行性，否则不宜采用此方法。若芯样试件强度均值不满足条件，应进行修正，可行的方法有对应样本修正量法、一一对应修正系数法等，具体应以修正效果最佳化为基本要求进行选取。

5.3 不同修正方法的修正计算

5.3.1 总体修正量法修正计算

修正公式如下：

式中，Δtot为总体修正量；fcor,m为芯样试件换算抗压强度样本的均值；fccu,mo为被修正方法检测得到的换算抗压强度样本的均值；fccu,i为修正后的混凝土强度；fccu,io为修正前的混凝土强度。

芯样试件换算抗压强度fccu,i的样本均值计算方法为：

式中，n为芯样数量。

若采用总体修正量法，按照测区强度换算值加1 个修正量的方法进行，经过修正后，样本标准差并未出现变化，即以该方法进行修正后样本的标准差未受到影响，修正前后保持一致。

对比来看，对应样本修正法与总体修正量法所采用的修正公式并无差异，但两者的计算方式有所不同。修正后的测区换算抗压强度和芯样换算强度各自的样本均值存在差异，标准差在修正前后保持一致。

5.3.2 对应样本修正系数计算

计算方法如下：

式中，fccu,mo,1oc为回弹法测得的与芯样测区换算抗压强度样本均值；η1oc为修正系数；修正前与修正后，样本标准差发生变化，究其原因，与样本修正系数法的计算方式有关，而此方面的特殊性也正是该方法与修正量法的显著区别。

5.4 强度推定

若未知检测批的标准差为，在进行强度推定时需要重点考虑的是推定区间的上限值和下限值，在此基础上进行计算，得到相应的强度推定结果。检测批的标准差＜7 为未知时，计量抽样检测批具有95%保证率的标准值（0.05 分位值）与的推定区间上限值和下限值按式（8）、式（9）计算：

式中，xk,1、xk,2为标准值（0.05 分位值）推定区间强度的上、下限值；m为修正后的样本强度均值；k1、k2为推定系数；s为修正后的样本标准差。

在强度推定计算中，k1、k2的选取尤为关键，取值对推定计算结果有明显的影响。根据检测批的测区数确定样本容量，采取此方法的理由在于：无论样本均值还是标准差，两项数据的确定均基于测区数计算而得，因此两者需保持一致。需注意，样本容量不可根据构件数进行确定。

6 实例计算

6.1 修正量法

按照式（1）、式（2）计算样本抗压强度的上限值和下限值：

分析数据关系可知，0.8 MPa＜5 MPa，0.8 MPa＜38.4 MPa×0.1=3.84 MPa，从该关系来看，总体修正量法在本工程中具有可行性。

按照式（3）的方法进行计算后，确定修正量为：38.4-29.9=8.5 MPa。从计算结果来看，修正后的强度值达到C35 的设计强度要求。检验批混凝土强度如表3 所示。

表3 修正量法检验批混凝土强度

6.2 修正系数法

在各构件分别选取2 个区，向各自对应回弹区钻芯取样进行检验。修正系数取1.21 値，将测区强度推定 乘以修正系数，计算结果显示混凝土强度达到设计强度C35 的要求。检验批混凝土强度，如表4 所示。

表4 修正系数法检验批混凝土强度

7 混凝土强度检测的注意事项

混凝土强度的检测方法多样，不同方法的适用性存在差异，需结合检测方法的特点、被测混凝土结构的特性等做综合分析，经过比选后确定操作可行、结果可靠的检测方法，思路如下：

1）对于内部存在质量缺陷或内部和表层质量不一致的混凝土，不宜采用回弹法进行强度检测，原因在于此时的检测结果缺乏可靠性；

2）混凝土强度推定值受多因素的影响，碳化深度属于重点检测指标，在强度检测时需排除碳化深度测量时的异常状况，其中，不容忽视的是混凝土的假性碳化；

3）若混凝土的龄期较长，在进行混凝土强度检测时不宜采用回弹法，此时的强度测试可采用钻芯修正回弹的方法进行，以取得更加准确的检测结果；

4）回弹法虽可用于混凝土强度检测，但测区范围有限，例如在高强混凝土测强时缺乏可行性，为应对该方法在此测强条件下的不适性，需要调整为其他可行的方法，例如，钻芯法或超声回弹综合法，在高性能混凝土的强度检测中可行；

5）回弹法在泵送混凝土的强度检测中缺乏可行性，较为适宜的是后装拔出法，或参照地方标准开展强度检测工作；

6）虽然混凝土强度检测方法的原理可靠，但仍有可能存在结果不准确的问题，因此，经过检测后不宜盲目给出结论，原因在于强度检测结果的准确性受到材料材质的特殊性、仪器的运行精度、员工操作水平等因素的影响，因此，需要对关键影响因素进行全面的考量后再进行混凝土强度的判断，以便得到更加准确的混凝土强度检测结果。

8 结语

综上所述，随着工程技术的发展，混凝土结构强度检测可选择的方法愈发丰富，其中，颇具代表性的有钻芯法和回弹法，各自均有优缺点，根据检测效果最佳化的原则，可联合采用，即钻芯修正回弹法，以不同的方法测量混凝土强度后，对检测数据做对比分析。在本文中，提出钻芯修正回弹法，经过分析后，发现两种方法的强度平均值及推定值基本接近，修正量法对标准差无影响，但混凝土强度均值与芯样样本均值在修正后有所变化。总体来看，钻芯修正回弹法属于集多项优势于一体的方法，在客观反映混凝土强度的同时，还可反映混凝土检验批质量均匀程度，综合应用效果良好，富有推广价值。