采用普通回弹仪和高强回弹仪检测混凝土抗压强度的误差比较

韦 志，王 震，郭清春，贺庆烨，党玉栋，林 帆

（1.云南建筑工程质量检验站有限公司，云南 昆明 650223；2.云南省建筑科学研究院有限公司云南省建筑结构与新材料企业重点实验室，云南 昆明 650223；3.云南大学建筑与规划学院，云南 昆明 650500）

0 引言

回弹法由于其操作简便、测试快捷、对结构无损伤且技术成熟，是混凝土实体强度现场检测最广泛的方式之一［1，2］。国家规程及地方标准中，普通回弹仪仅适用于 C60 以下强度的混凝土，C60 及其以上强度的高强混凝土则不适用，必须要用高强回弹仪进行测试［3-5］。试验选用云南某高速公路用原材料及配合比，按照 JGJ/23－2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》规范制定地方或专用曲线的要求［6］，同时使用普通回弹仪（冲击动能为 2.207 J）和高强回弹仪（冲击动能为 4.5 J）对强度为 C30～C55 的混凝土试块进行检测［7］，通过回归拟合与误差分析，比较了这两种回弹仪的测试精度。

1 试验概况

1.1 试验仪器

试验回弹仪为普通回弹仪（HT225-B 型，冲击动能为 2.207 J）和高强混凝土回弹仪（HT450-A 型，冲击动能为 4.5 J）。所用回弹仪符合 JGJ/23－2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》，试验前后均进行率定，满足规程，以保障测试数据的准确。

1.2 试验用混凝土试件制备

本实验按照云南某高速公路实际原材料和配合比，制作强度等级为 C30～C55 的混凝土试块，试块边长为 150 mm，共 252 组，756 块。试块制作完毕后，进行同条件养护，分 7、14、28、60、90、180、360 d 这 7 个龄期进行测试。成型混凝土试块的原材料采用云南某高速公路实际材料，水泥有 P·O 42.5 和 P·O 52.5 普通硅酸盐水泥。其中 P·O 42.5 水泥产自云南宜良红狮水泥有限公司，P·O 52.5 水泥产自昆钢嘉华水泥有限公司。粉煤灰和矿粉产自安宁展华建材有限公司，外加剂产自昆明兴磊工贸有限公司。细骨料采用当地的机制砂与河沙，粗骨料采用石灰岩，水为普通自来水。配合比情况如表1、表2 所示。其中，表1 中水泥为 P·O 42.5 水泥，配合比中，矿物掺合料包含粉煤灰、矿粉，砂既有河砂也有机制砂，组合方式有：纯水泥+河砂、纯水泥+机制砂、（水泥+矿粉）+河砂、（水泥+矿粉）+机制砂、（水泥+粉煤灰）+河砂及（水泥+粉煤灰）+机制砂共 6 种。表2 中砂有河砂、机制砂和混合砂，混合砂为机制砂与河砂各掺 50 %。组合方式有：P·O 42.5+机制砂、P·O 42.5+河砂、P·O 42.5+混合砂、P·O 52.5+机制砂、P·O 52.5+河砂、P·O 52.5+混合砂共 6 种。

表1 C30～C45 配合比 kg/m3

表2 C50、C55 配合比 kg/m3

1.3 试验方法与数据采集

试块同条件养护到对应龄期后，将试块成型面与底面放置在压力试验机承压板之间，然后加压至 60～80 kN，并保持此压力。如图1 所示，选择一对相对侧面用普通回弹仪弹击 16 个回弹测试点，再用高强混凝土回弹仪弹击剩下一对侧面 16 个回弹测试点，记录回弹值R，精确至 1。回弹代表值Rm为 16 个回弹值，剔除三个最大值和三个最小值后剩下 10 个回弹值的平均值。

图1 回弹测点分布图

回弹值数据采集完毕后，应在有代表性的测区测量碳化深度值，每个试块选取 5 个测点测量碳化深度，在测点表面形成直径约 15 mm 的孔洞，深度大于混凝土碳化深度，采用浓度为 1 %～2 % 的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁边缘，当碳化与为碳化界限清晰时，测出已碳化与未碳化交界面到混凝土表面的垂直距离d，并取 5 个测点碳化深度平均值作为该试块的碳化深度值dm。

碳化深度测完后，将试块侧面放置压力试验机上下承压板之间，连续均匀加载直至试件坏，记录试块极限破坏荷载，将其除以受压面积，得到混凝土立方体抗压强度。

2 试验数据分析

对所测得的数据进行回归分析，试验分析结果如表3、表4 所示。

表3 普通回弹仪对全部数据回归分析表

表4 高强回弹仪对全部数据回归分析表

利用所获得的数据，借助 Excel 中 LINEST 工具，采用线性函数、幂函数等不同数学模型对两种回弹仪测试结果进行拟合，可得到拟合分析结果，如表3、表4 所示。

同时，根据 JGJ/T 23－2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》，测强曲线的精度要用平均相对误差和平均相对标准差两个指标。平均相对误差、平均相对标准差计算公式见式（1）、式（2）。

由于拟合的曲线相关系数越大，说明推定强度与实际强度相关性越高，选择普通回弹仪数学回归方程见式（3），相关系数为 0.763；高强混凝土回弹仪的数学回归方程见式（4），相关系数为0.648。

图2、3 分别为两种回弹仪回弹曲线示意图。

图2 普通回弹仪检测混凝土回弹曲线

图3 高强回弹仪检测混凝土回弹曲线

由表3、表4 可知，两种回弹仪建立的曲线均满足 JGJ/23－2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》要求的平均误差≤±14.0 %，相对标准差≤±17.0 %，但普通回弹仪的这两项指标均优于高强混凝土回弹仪。

另外，为更直观表现每个强度区间推算强度与实测强度的误差大小，按照实测强度分为 30～40 MPa、40～50 MPa、50～60 MPa、60～70 MPa 四个区间，对每个区间内的实测强度与推算强度做差取值绝对值后再计算平均值，结果如图4 所示。图中可以看出，用普通回弹仪建立的曲线，实测强度＞50 MPa 时，推测强度往往和实测值相差较大。用高强回弹仪建立的曲线，实测强度＜40 MPa 时，推测强度与实测强度差值的平均值高达 11 MPa，如图4 所示。

图4 实测强度与推算强度差值的平均值

为了得到精度更高的回归曲线，故对试验所得数据实测抗压强 30～50 MPa 与 50～70 MPa 分开进行回归，试验数据分析结果如表5、表6 所示。

表5 普通回弹仪对实际抗压强度＜50 MPa 数据回归分析表

表6 高强回弹仪对实际抗压强度＞50 MPa 数据回归分析表

通过对表5、6 回归数据中δ、er比较，普通回弹仪对 30～50 MPa 回归的数学模型见式（5）。

高强回弹仪对 50～70 MPa 回归的数学模型见式（6）。

通过对比表3、表4、表5 与表6，可以发现，当实际抗压 30～50 MPa 用普通回弹仪数据回归，50～70 MPa 用高强回弹仪数据回归，所得到的回归曲线平均相对误差分别从±8.45 %、±10.61 % 降低到±6.57 %、±5.68 %，平均相对标准差从±11.09 %、±13.24 % 降低到±9.26 %、±6.94 %。说明回归曲线更加精确。至于相关系数降低，可能是与拆开分析后，样本数量下降有关。

同样对每个区间内的实测强度与推算强度做差取值绝对值后再计算平均值，如图5 所示，其中 30～40 MPa、40～50 MPa 用的是普通高回弹仪，50～60 MPa、60～70 MPa 用的是高强回弹仪。实测抗压强度 30～50 MPa 与 50～70 MPa 分开进行回归后，推测强度与实测强度差值的平均值显著降低，30～40 MPa 仅 1.5 MPa，最大值出现在 C60～C70 ，也仅 5.2 MPa。

图5 实测强度与推算强度差值的平均值

3 结论

在利用设计强度等级为 C30～C55 混凝土建立回弹测强曲线时，发现不管是用普通回弹仪还是高强回弹仪，回归曲线的精度都能满足规范 JGJ/T 23－2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》要求的平均误差≤±14.0 %，相对标准差≤±17.0 %，但普通回弹仪的这两项指标均优于高强混凝土回弹仪。

普通回弹仪在测高强混凝土及高强混凝土回弹仪在测低强度混凝土时误差往往会更大的现象。当使用普通回弹仪回归曲线时，实际抗压强度在 60～70 MPa 时，推算与实测抗压强度差值的平均值为 7.6 MPa。当使用高强混凝土回弹仪回归曲线时，实际抗压强度在 30～40 MPa 时，推算强度与实测抗压强度差值的平均值高达 11.2 MPa。

针对实测强度 30～50 MPa 的试块用普通回弹仪，50 MPa 以上的试块用高强混凝土回弹仪分别进行回归分析，所得回归曲线的平均相对误差、相对标准差均优于组合在一起时用的普通回弹仪或高强回弹仪的回归的测强曲线。所以普通回弹仪适用于强度在 50 MPa 以下的混凝土，而高强混凝土回弹仪更适用于强度高于 50 MPa 以上的混凝土。Q