分享

李玉琳:在混凝土结构件强度评价中正确使用回弹仪

 一克拉的幸福6 2016-11-27

目前在我国的建筑施工中,普遍将有关规范、规定、标准作为指导施工操作的依据,虽然技术规范、标准不是法律、法规,但也必须是遵从的,否则“无规矩无以成方圆”,然而技术规范、标准的制订应符合工程实际并在实践中按照要求正确执行。对于规范规定的各个条款,无论是强制或是推荐,都是指导我们操作执行保证安全的最低要求,也可以说,怎样执行标准,具体如何操作,是与企业的管理水平有直接关系的,同时也和质量检验人员对专业和施工知识的掌握程度有关系。规范的基本定义是:对于某一工程作业或者行为进行定性的合格规定。一般讲,因无法精准定量而形成的标准被称为规范。现仅针对国内建筑工程结构验收时使用回弹仪对混凝土抗压强度进行评定的问题,略谈一些看法,以求共识。

1 用回弹法检测混凝土强度的初衷

我国采用回弹法检测混凝土抗压强度至少有30年以上的历史。进入上世纪80年代,现浇钢筋混凝土结构大量应用于建筑施工中,一般都采用在浇注混凝土结构时从混凝土拌和物中取样,用其中的一部分混凝土拌和物,成型为边长150mm的立方体标准尺寸试块件,作为结构验收时的强度验收依据(国外普遍也有采用圆柱体作为标准试块件的)。由于种种原因,有时当所取在建筑施工中用于检测结构强度的立方体抗压试块件因数量不够,不能直接代表结构验收强度时,或是对试块的代表性与结构中混凝土的一致性有怀疑时,则有必要采用另一种方式方法对结构的强度进行检测。为了不破坏结构,一般采取非破损的检测方法较为安全。初始,人们认为用回弹仪的方法简单易行。为了不去误导执行操作的盲目性和泛用性,从最初编制规程时就明确规定:“只有当下列情况之一时(本文作者注:请注意用词“只有”),可按本规程评定混凝土的强度(JGJ 23-85《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》),并作为混凝土强度检验的依据之一:一、缺乏同条件试块或标准试块数量不足;二、试块质量缺乏代表性;三、试块的试压结果不符合现行标准、规范、规程所规定的要求,并对结果有怀疑(本文作者注:请注意用词“并对”)。”这是我国初始编写回弹规程中的基本要求(见JGJ 23-85《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》中第1.03条)。当时混凝土中所用的原材料相对较为简单,主要有水泥、砂石、水等几种材料,也就是说用回弹法检测混凝土的强度,在当时的条件下是可以采用并进行评定的(包括碳化系数的修正),具有一定的实际意义。同时《规程》也考虑到,我国用于混凝土中的主要材料,其地域自然资源的差别或是不稳定性,无法作全国一致的规定要求和统一的标准测强曲线,所以在附录中说明,“具备相应条件的各个地区应制定本地区的测强曲线和相关规定”,以利执行有依。

2 正确看待回弹法检测混凝土强度

1990年以后,国内基本建设规模不断扩大,混凝土已经成为最大宗的、廉价的结构性材料,同时经过约8年的工程应用和经验总结(1985年至1992年),针对地区技术水平和管理能力的不同,出现一些“各自为政”的现象,已经影响到回弹法对结构强度进行评定的使用,往往其结论结果出入较大,所以有必要、也应该重新修订用回弹法评定混凝土抗压强度的技术规程,使其更加具有公正性和可操作性。1992年对JGJ23规程进行修订,首次在国内统一回弹仪检测方法,确保了检测精度,考虑到以前用回弹法检测混凝土结构表面的状态,来换算混凝土结构内部的强度,并作出合格与不合格的评定,有欠缺之处,故将JGJ 23-92的规程名称由原“回弹法评定混凝土抗压强度技术规程”,改为“回弹法检测混凝土抗压强度技术规程”,这样使其更增加了科学性,同时也将原为强制性的标准,定位为推荐性的标准,并在规程中明确规定“按本规程进行检测,检测结果作为处理混凝土质量问题的一个主要依据”。也就是说,因为被检测的试件是在与结构件同条件下养护,与标准养护条件的试件存有差异,不能据此结果对结构件是否达到设计强度等级要求给出合格与否的结论;只可用于:当出现质量问题时,可与其他一些检测手段一样,作为间接处理的参考数据或依据。这点要求尤为重要,也是一种定性的结论。使其从初始简单的使用,转变为理性的规定,使其更加具有科学性和公正性。

进入21世纪,科学技术飞速发展,应用科学不断引领社会,建筑施工更是发生了明显的变化,新材料、新技术、新工艺不断应用于实际施工中,尤其是泵送混凝土的大量使用,作为具有胶凝作用的工业废料或是工业副产品(粉煤灰和矿渣粉)的开发利用,逐渐在混凝土拌和物中占居主导作用。以前的混凝土以低塑性或塑性为主,对砂率以考虑其填充作用为主,选择的砂率一般小些。而现在大流动性混凝土的砂率的确定,则以流动性和可泵性为主要考虑原则,比以前增大了许多。这些都使得混凝土结构表面发生了比较大的变化。

通过大量的实验研究和实际工程应用得出,使用泵送混凝土浇注后的结构件表面,粗骨料明显少于塑性混凝土的,回弹值也低于低流动性的混凝土的。而使用回弹法恰恰要求的是结构件的表面状态的真实性。在原JGJ23-92执行了近十年后(原则上规范标准应该4年左右一修订),针对工程实际使用结果应该进行再修订。

考虑到混凝土拌和物的特性和表面状态的现状,在JGJ23-2001《规程》中明显增加一项内容,即“泵送混凝土测区混凝土强度换算值的修正值”(本文作者注:其他修正均为回弹值的修正数)。使用这项修正系数主要考虑到碳化的影响,所以在《规程》的4.1.6中规定:“当碳化深度值不大于2.0mm时(现视为只要采用酚酞滴入混凝土内部不显色就为碳化),可以按照此项进行修正,一般根据强度等级不同增加1.5MPa~4.5MPa不等;当碳化深度值大于2.0mm时,可采取用同条件试件或钻取混凝土芯样进行修正,??芯样数量不应少于6个。”

我们知道,正常施工的建筑结构件,其配合比设计主要考虑强度及耐久性要求,材料比例是在合理的范围之内(足够量的水泥)。出现碳化深度2.0mm以上的时间,一般要两个28天以上,此时的结构实际强度也会明显高于设计强度。但是现在的结构件实际情况往往是在一个28天时就出现滴入酚酞不显色深度达3mm以上,甚至个别混凝土不显色深度会超出5.0mm。在此先不谈论酚酞不显色到底由何因引起,有一点很清楚,即使用回弹法检测混凝土表面硬度从而换算混凝土强度时,其表面的密实性很关键,现在出现滴入酚酞后混凝土结构件表层不显色厚度明显增大(主要为竖向构件)的现象,一般是由以下几个因素影响造成的:一是大量的掺和料的使用,使得实际水泥用量相对减少;二是浇注竖向构件时的坍落度比较大,实际用水量往往会高于设计值;再有就是竖向结构件的混凝土在硬化过程中,水分向模板方向迁移,不但造成表面的水灰比增大,也会将质量较轻的掺和料,尤其是粉煤灰带到结构件的表面,使其密实度降低(有些墙面用手抹都能掉面),当然与施工的振捣工艺不到位也有直接的关系(一次浇注高度过大)。

由此可见,只要出现碳化大于2.0mm的情况时,说明结构表面与内部明显不一致了,就应该按此项要求去做,即取芯样检测修正回弹值。对结构进行检测时,钻取芯样与回弹有着原则上的区别,回弹不会对结构产生破坏,可以随意(相对而言);作为在结构件上的某个部位钻取芯样,则有严格的要求和规定。所取芯样不但要有代表性,关键是必须对结构安全不产生影响,甚至有些构件的某些部位根本不能钻取芯样(如柱子)。如果按照现在结构件的实际碳化深度这样大去检测,也就是说,不管用于结构验收的试件是否满足抗压强度数理统计验收要求,都一味要求必须要采用回弹仪再去检测结构件的表面,并去评定(国内很多地区的质量监督主管部门明确要求),试问又有几个工程能验收合格呢(以实际碳化去修正换算强度值)?再者,按理推论,当大于2.0mm后都要用钻取芯样去修正,结构件岂不成了“千疮百孔”,安全性又从何谈起?对于现阶段的规程规范,作为执行者而言(尤其是政府主管部门如质量监督站),不可将其视为“执法”的法宝,规程只是为了使操作者在工作实际操作中,有一个基本一致、统一的最低的技术要求,必须真正理解和清楚规程中所要求的内容含义,切不可非科学性地盲目地要求或执行。

混凝土是一种原材料受地方性资源影响的、非均质性的人工复合的结构材料,由于制作工艺简单,而成型后的强度又受环境和时间的影响而存在极大的不稳定性和离散性,而使用回弹仪检测的基本要求应该是,被检测体的材料组成必须是均匀的。作为混凝土这种特殊的结构性材料,满足同一个抗压强度等级要求的使用材料,可以由数种原材料构成,也可以由若干个比例(尤其是胶凝材料)组成,有时差异甚大,再加上普遍搅拌时间很短,甚至还有少于15s的净搅拌时间(理由是混凝土运输过程还在搅拌),这样的混凝土拌和物的非均质性就是其最大的特点,所以用回弹法检测混凝土抗压强度,按换算标准立方体试件的强度去评定,再使用所谓的碳化值去修正(用酚酞滴入混凝土表面呈不显色是否形成碳酸钙值得商榷),显然缺乏科学性,有失公正性。用回弹仪去检测混凝土结构件的表面密实性或是混凝土的均质性,则更有现实意义和执行上的科学性和公正性。因为混凝土结构件的表面密实性对结构的耐久性更重要(对钢筋的有效保护作用),混凝土的均质性也比抗压强度更安全(配合比发出的必须要求)。GB50204简称《施工验收规程》,在2002年修订时就已经意识到用回弹法做工程验收的一项依据缺乏科学性和公正性(离散性太大),所以在《验收规范》中要求,工程验收采用增加一组“涉及到结构安全和重要部位的混凝土浇注时成型的试件,此试件与该结构位置进行相同条件养护,达到标准养护等效龄期时(600℃·d实体检测试件)进行试压,考虑到自然养护与标准养护的差别,建议在该强度值做完数理统计后再乘以1.10系数后取用,此值要满足设计值的100%。在正常施工验收时有标准养护试件的验收标准(各国都采用标准养护试件作为验收依据);再加上同条件养护的实体检测试件要满足验收标准,完全没有必要再用回弹法去检测混凝土结构的抗压强度是否合格或是达到设计要求,否则就是画蛇添足。

3 科学合理地采用回弹法检测混凝土强度

当混凝土结构确实需要采用非破损检测方法对其检测时,为求科学性、公正性,按现在混凝土拌和物的特点,应该注意以下几点:

1 在工程结构分段验收时(不要等竣工验收时),对需验收的结构部位可采用回弹仪对其进行平行性的抽检,但只是检查混凝土结构的均质性,或是从换算的强度值中,对照抗压强度标准值的偏离程度,作为参考数值,不作为验收依据。

2由于回弹仪回弹杆的端头不呈平行面,所以对被检体的表面状态要求比较严格,必须是平整、光洁、无任何杂质的(表面打磨)。

3 按照《规程》总则中关于表面状态应该要与结构内部一致的前提要求,用砂轮块(回弹仪中配备的)对被弹体进行打磨很有必要,也很关键。这是因为:首先,现在结构件的表面状态明显与内部不一样(如前所述);其次,打磨后的表面可以通过观察,查看混凝土拌和物中的浆骨分布是否均匀合理,以评价配合比的合理性;再有,施工振捣是否有效到位等,都能通过打磨后的表面状况(气孔等)进行综合性的分析。

4 通过大量的实验和工程中的实际检测,现在所谓的不显色层厚度的增加不会造成回弹值提高的说法,相反,在一定尺度下,回弹值会随着混凝土表面光洁度的改善,形成回弹值略有提高的现象(见图),所以对被弹体的表面进行打磨处理,只要显示混凝土的原始状态即可(最好酚酞滴上显粉红色)。

   状态分析:图2可明显看到拌和物的浆骨分布的基本现状,可检拌和物的均质性;图1的碳化值虽然很大,但回弹值并没有高于图2,相反却稍低。

由图片应该明显分析出,现在所谓的碳化(酚酞不显色厚度)并没有直接造成回弹值的偏高,相应混凝土的表面状态,尤其是打磨后的混凝土表面状态的光洁度对回弹值却有影响。因为回弹杆的端面是弧线形,所以对被弹面的表面要求一定具有光洁性,否则会严重影响回弹值的大小。如果我们只是使用回弹仪对结构的均质性作检测,严格讲无需对打磨有严格的要求。

5 一般结构验收应该采取分段、分部进行,这样可以做到如在此阶段验收发现问题时,能有足够的时间和不太多的量进行处理(假如回弹值偏低一般可以通过加强对结构件养护管理,尤其是掺和料使用量比较多的结构件,能明显增加强度提高密实性),不至于等到问题成堆或是量太大,结构真有问题时再去处理。

6在众多次的将试块打磨,酚酞显色与不显色的回弹值与该试块实际抗压强度的对比值试验中,在一定的龄期内,酚酞不显色的回弹值与试块实际抗压强度值更接近(用现在的回弹法换算表)。

7既然有标准养护试件和实体同条件养护检测试件的检测结论作为结构验收的依据,没有必要再采用回弹法去进行检测和评定作为验收的依据。而采用回弹法对其验收结构进行均质性的检测,还是有实际意义的。

8任何一种检测用的设备,尤其是带有量值的,在全程的量程值中,偏差都不是一致和固定的(是非线性的);也就是说,每个区段内会有不同的偏差值。如一台300kN的压力机,应用时会因被检测的试件的强度不同而选择不同标程的区域范围,但一定是在该设备的总量程中的20%至80%之间,而且这个区段的量程是经过计量检定标定的。计量检定原则上按每10%的总量程分别进行检定找出偏差值,这样在实际使用时,凡是在标定区段内使用,就应该按该区段的偏差值进行修正和判断,从而得出正确的检测结论。而回弹仪按仪器率定要求,是在洛式硬度HRC60±2的钢砧上,回弹值规定在80±2时为仪器准确正常。其实这只是说明仪器使用的最大值应该在规定范围内,否则仪器处于非准确状态。我们都很清楚,常规使用回弹仪检测混凝土的强度等级一般在C20~C50之间,回弹值基本在30~45范围内,实际使用回弹值很少有超出50范围之内的,但是作为仪器却没有在某个区段进行率定的规定值,尤其是经常使用的回弹值范围的率定值。所以说,用回弹仪检测混凝土表面硬度,只能用于对均质性的检测(检测精度不符合要求)。

9如确实需要采取回弹法评价混凝土结构件的强度时,一定要正确使用,并按规范规程标准要求执行操作。当需要进行取芯样修正时,应该征得设计人的书面认定,以示对结构安全的负责。


    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多