申佩佩，马振波，郝卓君
（河北省水利科学研究院河北石家庄050057）
【摘要】对混凝土结构强度概念进行了研究分析，依据非破损法、半破损法和综合法对混凝土的检测方法做了分类总结，并分析了各种方法的优缺点。
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关键词 非破损法；半破损法；综合法；检测方法
【中图分类号】TV431
【文献标识码】A
1. 引言
近些年来，混凝土生产、施工技术发展迅速，其质量检测的方法也日益更新，不同混凝土结构工程的强度检测方法也不同，选择合适的混凝土结构强度检测方法，能够减少劳动量、提高检测效率和检测结果精度等，对于工程建设具有重要意义。在各种文献中，郭美贤对回弹法、超声法和超声回弹综合法进行了详细描述，并得出在长龄期、潮湿、粗骨粒三种条下所适用的方法［1］；咚晓君等对回弹法、超声法、超声回弹法的检测原理及影响因素进行了分析，并对比了三种方法的检测精度［2］；郭亮等对钻芯法和本体取样法进行了对比分析［3］。本文全面总结了混凝土强度的检测方法，并对其优缺点进行分析，便于工程在混凝土强度检测中能够依据自身条件选择合适的检测方法。
2. 混凝土强度内涵辨析
2.1混凝土强度概念分析。
混凝土的强度是指混凝土所能承受的最大外力的能力，一般是通过试验来测得。影响混凝土结构强度的因素主要有：水泥强度和水灰比、骨料级配、养护温度及湿度、龄期、实验条件等，其中水泥强度和水灰比是影响混凝土强度最主要的因素。此外，良好的骨料级配有助于提高混凝土强度；养护温度及湿度决定了影响混凝土强度的水泥的水化程度与速度；不同的养护龄期也会对混凝土的强度产生一定的影响；在混凝土强度测试的过程中，不同的试块尺寸、试块形状及加载速度都会影响荷载值的大小，进而影响混凝土强度的计算值。
2.2混凝土检测方法概述。
（1）混凝土检测需要考虑到施工现场条件等方面，根据混凝土检测方法对混凝土结构的破坏性，文章将混凝土的检测方法分为非破损法、半破损法和综合法。
（2）非破损法是指在进行试验时不对混凝土结构造成破损，不破坏混凝土正常的使用性能和结构功能，一般是利用声波、磁、射线或荷载力等来进行测量，通过某种物理量与混凝土强度的相关性或曲线关系的建立来推求混凝土的强度，判断混凝土内部结构强度或缺陷程度。
（3）半破损法是指对混凝土构件进行取样等局部轻微破损的试验来检测混凝土结构强度的方法，但其并不影响混凝土结构的正常使用功能和结构的承载力，并不会对混凝土整体结构造成影响。
（4）综合法是指同时利用两种或两种以上的结构强度的检测方法来进行混凝土的强度检测，综合法的使用弥补了单一的强度检测方法的缺陷与不足，使其结果更加准确。
3. 非破损法
3.1试件法。
3.1.1试件法概述。
试件法是最基本的检测混凝土强度的方法：将按照配合比拌制而成的混凝土放在试模内，制成立方体形状，之后将所制成的试件放在其需要的养护条件下进行养护，在达到龄期之后将试块取出，放入试验机上以一定的速度进行荷载强度试验，根据公式计算其抗压强度，公式如下：
式中 fcc ——抗压强度，MPa；P——破坏荷载，N；A——试件承压面积，mm2。
注：试验中将边长为150mm立方体试块的抗压强度作为标准值，其他形状尺寸的试件均应乘以相应的系数换算成标准值。
3.1.2试件法的优缺点。
（1）试件法是最基本、最常用、最直观的混凝土强度检测方法，在混凝土质量检测中居于主导地位。试件和混凝土构件在相同的环境下进行养护，其可以利用所测试件的强度来代表混凝土强度。
（2）其缺点是：试件法在很多情况下不能客观的反映结构构件的强度：在试件的制作过程中会存在做假行为，或者受到其他外在因素的影响，导致试件强度高于或低于混凝土结构强度。
3.2回弹法。
回弹法是混凝土强度检测中最常用的方法之一，在混凝土强度检测中得到了广泛的应用，其基本原理是通过回弹仪弹击锤回弹能量的变化，来检测混凝土表面的硬度，从而进一步推算出混凝土的抗压强度，文章中将回弹法分为普通回弹法和逐层回弹法。
3.2.1普通回弹法。
（1）普通回弹法是利用回弹仪的弹击重锤，通过中心导杆，弹击混凝土的表面，并测得重锤反弹的距离，以反弹距离与弹簧初始长度之比为回弹值，由它与混凝土强度的相关关系来推定混凝土强度。需要注意的是在实际操作中应注意检测仪器、检测方法以及回弹修正等方面的问题。
（2）实测的抗压强度、回弹值，以最小二乘法计算出曲线的方程式，回归方程式宜采用如下公式进行计算：
fccNo =AmBN 或
fccNo =AemN
式中fccNo ——混凝土抗压强度，MPa； mN——测区平均回弹值；A 、B ——试验常数。
式中 fccN ——碳化深度修正后的混凝土强度值，MPa；C——碳化深度修正值（查表可得）。其它公式意义同上。
3.2.2逐层回弹法。
（1）逐层回弹法是指在试验的过程中用混凝土切割机对混凝土试块进行逐层切割，对混凝土的内部强度进行多次回弹，从而得到混凝土不同深度的回弹数据，利用内部数据的变化趋势来推求测强曲线，进而推测混凝土试块的强度［4］。
（2）逐层回弹法适用于发生火灾或酸、碱浸泡后的混凝土构件，其受损区域主要集中在表面，由外到内呈现出逐步变化的趋势，用普通回弹法检测所得的混凝土强度来计算结构的剩余承载力是不够准确的，因而可通过多次逐层的内部回弹而求得受损的混凝土构件的抗压强度。
3.2.3回弹法的优缺点。
（1）回弹法的仪器操作简单且易被掌握、检测效率高、费用低廉，适用于施工现场对混凝土结构强度进行随机的、大量的检验。
（2）回弹法检测需在混凝土龄期内使用，仅限于混凝土的表面，同一检测表面不能多次使用，且该方法与混凝土内部构成、环境条件和试验条件有关，受混凝土的表面状况影响较大，在长期的试验研究与应用中发现，回弹法对高强度及高性能双掺泵送混凝土的测试值偏低。
3.3超声法。
（1）超声法概述。
超声法是利用超声波仪器设备对混凝土强度进行检测的一种方法。其原理主要是通过实测超声波在混凝土中的传播速度来推求混凝土结构强度，超声波在混凝土的传播过程中，如果遇到有差别的介面就会产生一定的反射或折射，从而导致传播速度、波形以及频率等参数发生变化。混凝土结构强度根据实测数据的变化经计算而得出（需对波速加以修正），按强度——波速关系换算各测点处混凝土强度的计算公式如下：
fcc =a+bv+cv2
式中 fcc ——混凝土强度，MPa；v ——超声波传播速度，Km/s；L——超声波在试件上的平均传播距离，m；t——超声波在试件上的传播时间，μs ；a、b、c——方程式的系数，用最小二乘法统计算得。
大量文献和实测资料表明，超声波在混凝土中的传播速度越快，混凝土结构强度就越高；反之，超声波在混凝土中的传播速度越慢，混凝土结构的强度就越低。
（2）超声法的优缺点。
理论上超声的传播特性应是描述混凝土强度的理想参数，能够反映出混凝土结构内部的强度及密实度。超声波法在检测过程中不受试块形状、尺寸的限制，在同一测试处可进行反复测试试验，所测得结果的精度较高。
超声法在混凝土强度检测中穿过混凝土的内部，因而所受的影响因素较多，如水泥品种及用量、含砂率，粗骨料品种等，且超声法在传播过程中的影响因素较为复杂，当测试探头的频率较高时，其声波的衰减也随之变化较大，此时的测量结果会与实际结果偏差较大。
4. 半破损法
4.1钻芯法。
4.1.1钻芯法概述。
钻芯法利用钻芯检测混凝土结构强度的方法，其原理主要是在混凝土结构上进行钻芯取样，然后对试件的两端及表面进行一定的处理，将试件放入养护室进行一定龄期的养护之后，对其进行抗压测试。抗压结果按以下公式进行处理：
式中 fc——抗压强度，MPa；P——破坏荷载，N；D——试件直径，mm。
4.1.2钻芯法优缺点。
（1）钻芯法不需要建某种参数与混凝土结构强度之间的曲线关系，可以比较直观的检测出混凝土构件的强度，且在检测过程中不受龄期的限制，检测结果误差较小，精度较高。在钻芯取样之后也可以直接查看混凝土结构的内部情况，如是否存在裂缝、骨料的分布情况等，钻芯法在混凝土检测中得到了广泛的应用，被认为是检测结果最准确的一种方法。
（2）钻芯法在检测混凝土结构强度时会对混凝土结构造成局部损伤，在进行取样的过程中常常会碰到钢筋而导致取样之后混凝土结构有或多或少的损伤；钻芯法劳动强度相对较大，而且钻芯位置的选取、数量均受到一定的限制；同时，钻芯机以及芯样加工配套的机具较多，现场取芯时较笨重，移动不方便，检测成本较高。
4.2拔出法。
4.2.1拔出法概述。
（1）拔出法是指在混凝土中预埋或后装特制的螺栓，采用专门设备装置将螺栓拔出，通过所测得的拔出力的大小来确定混凝土结构强度，混凝土在压应力和剪应力的作用下发生破坏，其破坏形式与立方体试块在试验机上的破坏形式相一致，通过拔出力与混凝土强度的关系式来推求混凝土强度的大小。
f0cu=aF+b
式中 f0cu——混凝土强度换算值，MPa；F——拔出力，KN；a、b——测强公式回归系数。
（2）拔出法又可分为预埋拔出法和后装拔出法两种，预埋拔出法是指在混凝土试件浇筑成型时将锚固件嵌入混凝土内，待试件到达一定龄期后将其拔出，此种方法在国外的应用比较多，主要适用于连续成批生产的桥梁混凝土构件的强度检测；后装拔出法是指在已硬化的混凝土上钻孔并安装锚固件，之后将锚固件拔出，国内主要以此种方法为主，此方法可用于各种混凝土构件的强度检测［5］。
4.2.2拔出法优缺点。
（1）拔出法通过强度曲线来推算混凝土强度，该方法比回弹法、超声法精度高、速度快，比钻芯法破损小，不影响结构的安全，且机具轻便、操作简单、节省人力、测试结果可靠、适用范围广、成本低，在实际工程检测中得到了广泛的应用。
（2）拔出法多适用于已建设完成的混凝土结构中，一般不宜直接用于遭受冻害、化学腐蚀、火灾等损伤的混凝土结构强度的检测，该法在其检测过程中会对混凝土结构造成一定的损伤，但可以采取后期修复措施。
4.3射钉法。
4.3.1射钉法概述。
（1）射钉法又称温莎探针法，是用射钉装置将探针打入混凝土内，根据探针打入深度来推测混凝土的强度。
（2）在首次启用射钉装置时，应首先确定其标准状态；通过制作一批大试件和同条件的小试件分别用于射钉和强度试验，利用实测数据建立混凝土强度与射钉外露长度的关系。将试验数据按强度与外露长度的关系式换算出各测区的混凝土强度，通过计算强度标准差和变异系数，评估构件强度均匀性。
4.3.2射钉法优缺点。
射钉法检测混凝土强度的结果客观可靠、操作方便、省时省工，对混凝土结构基本上没有破坏，能提供大量的实测结果，更好地反映混凝土的强度质量特征。
射钉法的试验过程较为繁杂，若将射钉法用于煤矿井下等特殊环境，射钉装置应能达到防爆要求。
4.4本体取样法。
（1）本体取样法概述
本体取样法是指在混凝土浇筑前，将标准尺寸的模盒放置在工程结构内部，达到一定龄期后再将试块取出，进行混凝土强度的检测与评定。
试件到达龄期取出后，用混凝土切割机将试件切成所需的标准立方体，在试验机上进行混凝土的荷载强度试验。其抗压强度计算公式同非破损法中试件法的抗压强度计算公式。
（2）本体取样法优缺点。
本体取样法取自结构实体的内部，其浇筑振捣成型与养护条件与实体完全相同，因而所测得的强度能够真实反映结构实体的混凝土强度，同时可以有效控制人为因素对混凝土质量的影响以及试件制作过程中的一些其它因素，且该方法操作简便。
4.5剪压法。
（1）剪压法概述。
剪压法检测混凝土强度主要是利用剪压仪对混凝土构件或试块边缘施加压力，根据其局部承压力与混凝土抗压强度成线性相关关系来推定混凝土构件或试块强度，剪压仪相当于便携式的压力试验机。其抗压强度计算公式同非破损法中试件法的抗压强度计算公式。
（2）剪压法优缺点。
剪压法操作简单易行，便于现场进行试验；其所检测的抗压强度不受钢筋间距限制，测试效率与测试精度较高，测试结果直观，是一种较为理想的检测混凝土强度的新方法。
5. 综合法
综合法就是采用两种或两种以上的强度检测方法，依据混凝土多方面的特性来推求其强度，综合法通过获取多项物理参量、对实测数据进行系数修正或建立测强曲线等方法进行混凝土强度结果的推求计算，可以从不同角度更全面的评价混凝土强度。综合法采用了多项物理参数，可以弥补单一检测方法的弊端，但是其操作和数据分析过程较为复杂和费时。
近些年，综合法受到越来越多的重视，目前常用的有综合法有超声回弹综合法、回弹钻芯综合法和拔出回弹超声综合法等。
（1）超声回弹综合法。
超声回弹法是采用超声法和回弹法的结合来测定混凝土的强度，用超声检测仪和回弹仪在同一测区分别测量混凝土的超声声速值和回弹值，根据测强公式来推算混凝土的强度。超声波可判断混凝土内部的密实度；回弹法可反应混凝土的均质性。超声回弹法可同时反映混凝土表面硬度、内部密实度和匀质性，扩大了适用范围，提高了测试精度，适用于混凝土结构强度的检测。
（2）回弹钻芯综合法。
回弹钻芯法是利用回弹强度推断混凝土的匀质性，利用芯样强度推定混凝土结构的强度，从而全面反映混凝土结构强度的一种综合方法。该方法一方面可以利用回弹法进行大量的检测而不损伤结构的特点，另一方面利用钻芯法提高回弹测强的精度，消除了回弹法的表面化和钻芯法的局限性，通过综合修正法把回弹法和钻芯法联系起来，取长补短，二者相辅相成，能全面反应混凝土的结构强度。
（3）拔出、回弹、超声综合法。
拔出、回弹、超声综合法通过三个方面的结合来测算混凝土的强度。拔出法能够直接检测出混凝土的强度；回弹法可以反映出混凝土表面的均匀性；超声法能够反映混凝土的密实性。大量文献和资料表明，在多年试验研究的基础上表明，通过采用“拔出、回弹、超声”综合法来检测混凝土结构强度的结果，经过工程实例检测的验证具有较高的精度。
6. 结论
文章对混凝土结构强度检测方法中的非破损法、半破损法及综合法中的各种方法进行了总结分析，并对其优缺点进行了描述，为混凝土结构强度检测方法的选择提供了方便，在大中型水利工程结构、土木工程结构及建筑结构工程质量检测中，可根据其检测条件、检测要求结合混凝土构件的自身状况等，选择适合的检测方法，以达到高效率、高精度的检测目的。
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参考文献
［1］郭美贤．不同条件下混凝土强度无损检测方法研究及其应用［J］．广州建筑，2013，41(03)：17～20.
［2］咚晓君，马群，陈建伟，等．混凝土强度无损检测方法精度对比分析［J］．河北理工学院学报，2005，27(01)：136～139.
［3］郭亮，廖羚，张国志．本体取样混凝土强度检测方法应用研究［J］．广西工学院学报，2013，24(04)：104～107.
［4］谢正良，陆洲导．逐层回弹法检测火灾后混凝土强度［J］．结构工程师，2006，22(04)：81～85.
［5］陈东飞．几种混凝土强度检测方法的比较与选择［J］．商品混凝土，2004（01）：67～68.
［6］SL 352-2006，水工混凝土试验规程［S］.
［7］吕小彬，孙其臣，鲁一晖，等．基于冲击弹性波的CT技术的原理及在水工混凝土结构无损检测中的应用［J］．水利水电技术，2013，44（10）：107～112.
［8］罗勤．关于混凝土强度检测方法的探讨［J］．建筑结构，2010，40：569～571.
［文章编号］1006-7619（2014）12-09-786
［作者简介］ 申佩佩（1988-），女，职称：助理工程师，主要从事工程质量检测工作。
