浅析回弹法和超声回弹综合法

　　摘要：本文总结和分析了混凝土无损检测的其中两种方法：回弹法和超声回弹综合法检测混凝土强度的区别，加深了对规范、规程的理解。
　　关键词：混凝土无损检测，回弹法，超声回弹综合法，混凝土强度
　　一、前言
　　随着建筑行业的迅猛发展，混凝土强度无损检测技术的研究工作也得到了广泛开展。一方面，我国城镇大量旧有建筑(包括民用建筑和工业建筑)由于原有设计和老化等原因，面临维修、加固、改造工作;另一方面，经济文化生活和城市化进度的加快，建设速度以及建设规模日益增加，建筑质量问题日益突出。因此，对建筑结构，特别是混凝土结构检测鉴定工作，以及相关检测技术的开发和检测精度都提出了更高的要求。
　　目前，混凝土强度的检测已有回弹法、超声法、钻芯法、超声回弹综合法等，而回弹法、超声法、超声回弹综合法属于混凝土无损检测技术，是在不破坏结构构件的前提下，直接从主体结构上进行检测，推定混凝土强度或缺陷以及钢筋位置，它既适用于工程建设过程中混凝土质量的监测，又为工程竣工验收提供依据。同时，传统的回弹法由于其便捷、灵活以及成本较低，在全国得到了广泛应用，回弹法检测技术规程历经两次修改，检测和数据处理方法的改进使检测精度有了较大提高，但该方法只能反映构件的表面质量，有着先天的不足之处,很多情况下要利用综合法来对混凝上质量进行科学检测。因此，下面就回弹法和超声回弹综合法两种无破损试验方法采用对比的方式进一步的分析，以期对目前混凝土强度的现场检测有所帮助。
　　二、检测原理的区别
　　1、回弹法检测混凝土强度的原理
　　用具有一定初始动能的重锤弹击混凝土表面，弹击后，初始动能发生再分配:一部分能量以塑性变形或残余变形的形式为混凝土所吸收，而另外一部分能量则与剩余自由能正相关地传给重锤，使重锤回弹一定的高度，根据回弹高度与混凝土强度正比的关系推算混凝土强度。要使初始动能仅仅分配为上述两部分，就应当使混凝土的质量与重锤的质量相比，基本上为无穷大。因为任何初始动能或其一部分能量，都取决于因弹击而在混凝土中形成回弹动能的两个互相碰撞物体的质量之比。一般大型混凝土构件，可以看成是质量无穷大，采用重量较小的重锤进行弹击，弹击时所需的能量，系通过弹簧的直线运动或圆周运动取得。回弹值取决于重锤在混凝土表面弹击后所获得的回弹能量，并由控制回弹的弹簧系统指示，回弹值可通过指针在刻度尺上读出。回弹仪上装有制动系统，可以使拉簧拉伸到限定位置，以保证重锤在某一测试角度具有最大的冲击动能。整个回弹仪中的关键部件是提供冲击能量用的拉簧，拉簧应当合乎标准要求，而且，其长度应经常进行校正。回弹法测定混凝土的强度，即回弹仪以一定的动能弹击混凝土表面，其回弹值与混凝土表面硬度具有一致的变化关系，根据回弹值与抗压强度校准混凝土碳化深度、龄期的相关关系，以回弹值推算混凝土的极限抗压强度。低强度混凝土回弹值小，高强度混凝土回弹值大。
　　2、超声回弹综合法检测原理：
　　超声回弹综合法是超声法检测和回弹仪测量的综合，是先利用超声仪测定超声波在混凝土构件中的传播时间t并计算出超声波在混凝土中的声速值v，然后利用回弹法测定混凝土表面硬度即回弹值R，同时根据回弹值R和声速值v来推定混凝土强度fcu。由于超声声速值反映了混凝土的内部密实度，而且混凝土强度的不同，其结构密实度也不同，鉴于混凝土的强度与超声声速v和混凝土的表面硬度(表面硬度可由回弹锤的反弹高度即回弹值R反映)具有相关性，因此完全可以建立回弹值和超声声速值与混凝土抗压强度之间的相关关系式fcu-v-R。由于声速值与回弹值综合后，原来对超声声速和回弹值有影响的因素，没有原来单一方法时那么显著，这就扩大了超声回弹综合法的适用范围，提高了测试精度。
　　三、方法采用现状的区别
　　1、回弹法在我国的使用历史比较久远，长达40年，我国在回弹法检测混凝土强度方面发展的也较为成熟。国外在使用回弹法时精度不高，有的只能定性判断混凝土质量，不能定量给出具体强度数值。而我国已经解决了回弹法使用精度不高和不能普遍推广的关键问题。因此回弹法在我国的使用越来越广泛。不但制定了回弹法检测技术规程，同时还形成了国家统一测强曲线。回弹法统一测强曲线经过15年使用，效果较好。而且经过一些省市验证，验证平均相对误差及相对标准差均能满足要求。同时我国已经颁布了《回弹法检测高强混凝土强度技术规程》Q/JY17－2000，而且该规程还表明，在具有钻芯试件作校核的条件，还可以按该规程进行长龄期混凝土的强度检测。我国曾经两次颁布回弹法检测技术规程。这也从另一方面说明了回弹法在我国的使用还是比较成功的。尽管如此，我们并不能以此来代替试块去评定混凝土强度。只有符合规程规定的条件才能使用回弹法检测，并且检测结果只能作为处理混凝土质量问题的一个依据。2、超声回弹综合法
　　我国对于超声回弹综合法的应用较为广泛。尤其是《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》的颁布为其在工程中的广泛应用奠定了基础。而且规程中给出了全国统一测强曲线，统一测强曲线综合全国有代表性的骨料、成型养护工艺制作混凝土试件，而后经过试验所得，因而具有较广的使用范围。同时有资料表明，它也适用于检测碳化深度较大的长龄期混凝土，也适用于高强混凝土的强度检测，而且检测精度均能满足要求。尤其是对于高强混凝土，其性能指标比较复杂，运用单一方法很难全面反映混凝土的质量。综合国内外工程实践，超声回弹综合法应用的比较成功。综合上述资料，综合法是混凝土强度无损检测技术的一个重要发展方向。我国在混凝土强度无损检测方面已经取得了一定成效，但是其中也存在不足，是对于碳化深度大于6mm的老混凝土的检测，虽然一些资料表明超声回弹法对其适用，而且专用测强曲线的应用效果也较好，但这只是在局部地区小范围的应用成果的体现，距离超声回弹综合法在老混凝土强度检测中的完全推广还有一段距离。
　　四、检测方法优、劣势特点：
　　1、普通回弹法具有成本低廉；仪器小，携带方便；对结构没有损伤；操作简便，检测速度快，可以大面积检测的优点，但只能反映回弹值（和碳化深度）与强度的关系，而没有考虑与强度相关的其他因素；由于测强曲线的差异，强度检测评定时准确性有时很难保证；对混凝土内部质量如孔洞、裂缝、疏松等则无任何反映；由于操作人员、实验条件等因素的影响，导致回弹值的随机性较大，进而会造成较大的误差。
　　2、超声回弹综合法具有操作简单方便；部分程度上减少了龄期和含水率的影响；内外结合，能够更为全面地反映结构混凝土的质量；具有较高的检测精度。但有时检测精度难以满足要求。
　　3、超声回弹综合法与单一回弹法相比具有以特点:
　　a.减少龄期和含水率的影响
　　混凝土的声速值受骨料的影响外，还受混凝土的龄期和含水率等因素的影响。而回弹值受表面状态的影响外，也受混凝土的龄期和含水率的影响。然而，混凝土的龄期和含水率对其声速和回弹值的影响有着本质的不同。混凝土含水率大，超声声速的增长率下降，而回弹值则因混凝土碳化程度增大而提高。因此，二者综合起来测定混凝土强度就可以部分减少龄期和含水率的影响。
　　b.弥补相互不足
　　一个物理参数只能从某一方面，在一定范围内反映混凝土的力学性能，超过一定范围，它可能不够敏感或者不起作用。例如回弹值R主要以表层砂浆的弹性性能来反映混凝土的强度，当混凝土强度较低，塑性变形较大时，这种反应就不太敏感。当构件截面尺寸较大或内外质量有较大差异时，就很难反映结构的实际强度。超声声速是以整个断面的动弹性来反映混凝土强度，而强度较高的混凝土，弹性指标变化幅度小，相应其声速随强度变化的幅度也不大，其微小变化往往被测试误差所掩盖，所以对于强度大于35MPa的混凝土，其fcu-v相关性较差。采用回弹和超声法综合测定混凝土强度，既可内外结合，又能在较低或较高的强度区间相互弥补各自的不足，能够较全面地反映结构混凝土的实际质量。
　　c.提高测试精度
　　由于超声回弹综合法能减小一些因素的影响程度，较全面的反映整体混凝土质量，所以对提高无损检测混凝土强度的精度，具有明显的效果。
　　五、现场检测
　　对某工地的试块采用三种无损检测方法进行测试，其中包括回弹法、超声回弹综合法、超声法测试，然后将试件用压力机进行破坏试验。见表一立方体试件对比试验结果。
　　表一立方体试件对比试验结果
　　试块编号 测定强度fcu(MPa) 偏差e(%)
　　　　注：e=fcu-f试块/f试块
　　通过从表1所列出的各种数据统计得出，回弹法与超声法所得出的回弹值偏差较大，超声回弹综合法的试验结果偏差并不大，能比较全面的反应混凝土的强度，准确性和测试精度比单一的回弹法要高的多。
　　六、结语
　　综上所诉：采用超声回弹综合法现场检测混凝土构件强度既能反映构件混凝土的弹性，又能反映其塑性；既能反映其表层状况，又能反映其内部构造。因此准确性比采用单一方法的准确性要高得多，能真正做到内外结合，全面反映混凝土质量情况，其测试误差小，适用范围宽，是目前无破损检测混凝土构件强度最有效的方法之一。但无论是对于新、老混凝土还是高强混凝土的检测，或是采用综合法、或是采用普通法，检测精度仍然是至关重要的问题，所以解决精度问题依然是无损检测技术在我国工程界进一步推广的最为关键的一步。
　　
　　【参考文献】
　　[1]回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-2001
　　[2]超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程CECS02:2005
　　[3]潘耀民.混凝土结构工程无损检测技术的发展动态.建筑结构,2006[4]赵彦兴.混凝土强度检测的适用方法.建筑知识.2005
　　[5]云南省建设工程检测人员培训教材