回弹法检测混凝土JGJ23-2011

回弹法检测混凝土强度福建省建筑科学研究院陈松主要内容•前言-混凝土无损检测技术•回弹法的发展历程•回弹法的基本原理•回弹仪的类型、构造及工作原理•回弹仪的操作、保养及检定•检测技术及数据处理•结构或构件混凝土强度的计算•回弹法检测混凝土强度的影响因素前言-混凝土无损检测技术•混凝土无损检测技术是以电子学、物理学、计算机技术为基础的测试仪器，直接在材料试体或结构物上，非破损地测量与材料物理、力学、结构质量有关的物理量，藉材料学、应用力学、数理统计和信息分析处理等方法，确定和评价材料和结构的弹性、强度、均匀性与密实度等的一种新兴的测试方法。•结构混凝土无损检测技术工程应用，主要有结构混凝土的强度、缺陷和损伤的诊断测试，而钢筋的位置、直径和保护层厚度，以及钢结构焊缝质量检测也得到比较广泛的应用，随着新技术的开发，结构水渗漏、气密性和保温性能、钢筋腐蚀程度的检测也日益得到重视。•无损检测技术的应用，已遍及建筑、交通、水利、电力、地矿、铁道等系统的建设工程质量检测与评估，正如国际上权威人士早就预言的¡°混凝土工程应用无损检测技术程度，是标志着一个国家对结构工程验收和质量检测技术的高低¡±，正说明了发展无损检测技术的必要性和实际意义。无损检测技术的特点•⒈无损于材料、结构的组织和使用性能；•⒉可以直接在试体或结构上，对质量或强度进行重复、全面的检测，弥补了因各种因素影响造成材料试件与结构物质量差别的缺点；•⒊选用不同的方法，检测和判别结构表层和内部的质量或损伤，操作简便、迅速；•⒋随着信息处理技术的发展，有利于实现在线检测和生产自动化。结构混凝土强度非破损检测•非破损检测混凝土强度的方法，是以检测的物理量与混凝土标准强度之间的相关性为基本依据，按相关的数学关系式推定结构混凝土的实际强度或现场强度。目前，我国已制订的技术规程有回弹法、超声回弹综合法、钻芯法和拔出法，上述技术已得到了推广使用。回弹法的发展历程•1948年瑞士施米特(E.Schmidt)发明了回弹仪•我国自50年代中期开始采用回弹法测定现场混凝土抗压强度，1966年3月出版了《混凝土强度的回弹仪检测技术》一书。•1985年颁布了《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》(JGJ23-85)，1992年修订为行业标准：《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-92)，现行版本号为JGJ/T23-2001。回弹法的基本原理•回弹法是用一弹簧驱动的重锤，通过弹击杆（传力杆），弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值（反弹距离与弹簧初始长度之比）作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法。由于测量在混凝土表面进行，所以应属于一种表面硬度法，是基于混凝土表面硬度和强度之间存在相关性而建立的一种检测方法。回弹法的原理示意图xl•混凝土受冲击后产生瞬时弹性变形，其恢复力使重锤弹回，当重锤被弹回到x位置时所具有的势能ex为：221lEes•当重锤被拉到冲击前的起始状态时，若重锤的质量等于１，则这时重锤所具有的势能e为：221xEesx•所以重锤在弹击过程中，所消耗的能量Δe为：])(1[22222lxexElEess令R=x/l，在回弹仪中，l为定值，所以R与x成正比，称为回弹值。将R代入上式得：EeEeRx//1•从上式中可知，回弹值R等于重锤冲击混凝土表面后剩余的势能与原有势能之比的平方根。简而言之，回弹值R是重锤冲击过程中能量损失的反映。•能量主要损失在以下三个方面：•⑴混凝土受冲击后产生塑性变形所吸收的能量；•⑵混凝土受冲击后产生振动所消耗的能量；•⑶回弹仪各机构之间的摩擦所消耗的能量。•在具体的检测中，上述⑵⑶两项应尽可能使其固定于某一统一的条件，例如，试体应有足够的厚度，或对较薄的试体予以加固，以减少振动；回弹仪应进行统一的计量率定，使冲击能量与仪器内摩擦损耗尽量保持统一等。因此，第一项是主要的。•根据以上分析可以认为，回弹值通过重锤在弹击混凝土的前后能量变化，既反映了混凝土的弹性性能，也反映了混凝土的塑性性能。回弹仪的类型、构造及工作原理类型名称冲击能量主要用途小型L型0.735J小型构件及刚度稍差的混凝土或胶凝制品、烧结材料和陶瓷中型N型2.207J普通混凝土构件摆式P型0.883J轻质建筑材料、砂浆、饰面等、低强胶凝制品大型M型29.40J大型实心块体、机场跑道及公路面的混凝土•目前普遍应用于混凝土强度检测的中型回弹仪是一种指针直读的直射锤击式仪器，其构造如图所示。•仪器工作时，随着对回弹仪施压，弹击杆徐徐向机壳内推进，弹击拉簧被拉伸，使联接弹击拉簧的弹击锤获得恒定的冲击的能量e，当仪器水平状态工作时，其冲击能量e可由下式计算：JlEes207.21000/75785.0212122•回弹仪工作状态弹击锤脱钩后的状态61.5mm弹击锤脱钩前的状态75mm•2、影响回弹仪检测性能的主要因素•⑴机芯主要零件的装配尺寸•机芯主要装配尺寸是指：弹击拉簧的工作长度L0，弹击锤的冲击长度Lp以及弹击锤的起跳位置。•①弹击拉簧的工作长度L0•拉簧座后端沿口至弹击锤挂簧孔边缘大面间的距离。•L061.5mm，回弹值偏高；L061.5mm，回弹值偏低。但对钢砧率定值基本没有影响。•②弹击锤的冲击长度Lp•指弹击锤脱钩的瞬间，弹击锤与弹击杆两撞击面之间的距离，其值应为75mm。•弹击锤的冲击长度即弹击拉簧的拉伸长度，也是刻度尺“0”到“100”之间的距离。•Lp75mm，回弹值略偏低；Lp75mm，回弹值略偏高；但对钢砧率定值的影响不大。•③弹击锤的起跳位置•弹击锤的起跳位置通过回弹仪检定器检查，其起跳位置与脱钩点密切相关，即起跳点应位于刻度尺上的“0”处，此时弹击锤的脱钩点应位于刻度尺上的“100”处。弹击锤起跳位置的变化，是由于拉簧的拉伸长度或弹击锤的冲击长度的变化所引起的。试验表明，当回弹值较低的时候，对起跳点的变化不敏感，而当回弹值较高时，则对起跳点的变化比较敏感。•起跳点的变化对钢砧率定值的影响比较大。•机芯三个装配尺寸对回弹值变化的定性关系仪器状态机芯装配尺寸仪器工作时的状态回弹值变化L0Lp脱钩点弹击拉簧LLp起跳点标准61.575“100”自由7575“0”标准L061.575“100”冲拉7575“0”偏低61.5冲压75偏高Lp61.575“100”冲拉7575“0”偏高75冲压75“0”偏低脱钩位置61.575“100”冲拉7575“0”偏低“100”冲压75“0”偏高•⑵主要零件的参数•①拉簧刚度•根据冲击能量为2.207J的要求，拉簧刚度应为785.0N/m。试验表明，随着拉簧刚度的增加，其混凝土上的回弹值降低，原因在于拉簧刚度增加后，弹击锤的冲击能量也增大，作用于混凝土表面后使得混凝土塑性变形的能量增加，反而导致混凝土回弹值下降。但对钢砧的率定值影响较小。•②弹击杆前端的球面半径•弹击杆前端的球面半径标准值r=25mm。随着r的增大，在混凝土表面的回弹值相应增加，并且对于表面硬度较高的混凝土影响更大。这是因为，当弹击杆前端球面半径越大，则弹击杆的弹击端面越平，其作用于混凝土的单位面积越大，从而使得冲击能量作用于混凝土表面时混凝土产生的塑性变形越小而弹性变形越大，回弹值因此增大。•由于回弹仪弹击在钢砧上产生的主要是弹性变形，因此弹击杆前端球面半径的变化对钢砧率定值的影响较小。•③指针长度和摩擦力•指针上示值刻线应位于指针块的正中，示值刻线至指针片端部的水平投影距离应为20mm。•指针摩擦力是指在机壳刻度槽中指针块在指针导杆上推动时的摩擦力f，要求f=0.5N～0.8N。如果指针摩擦力过小，回弹时指针出现滑动，使回弹值偏高；如果摩擦力过大，影响弹击锤的回弹，使回弹值偏小。•④影响弹击锤起跳位置的有关零件•缓冲压簧。缓冲压簧位于弹击杆和中心导杆之间，可通过它来调节弹击锤的冲击长度。同时，由于缓冲压簧的存在，使得弹击拉簧在拉长时，缓冲压簧受到压力，会被压缩。为了保证弹击锤的冲击长度等于75mm，必须保证缓冲压簧的压缩长度。缓冲压簧的压缩长度主要取决于：缓冲压簧的刚度、复位压簧的刚度、弹击拉簧的刚度以及脱钩时挂钩与弹击锤挂钩处的摩擦力。•弹击锤脱钩时，挂钩尾部与导向法兰上平面之间孔隙的大小也影响弹击锤的起跳点。应使脱钩尾部与法兰上表面的孔隙最小且保持一致。•⑶机芯装配质量•①调零螺钉•调节尾盖上的调零螺钉，使得弹击锤脱钩的瞬间，指针块位于刻度尺上的“100”处。该调零螺钉一旦调整好后，应紧固，不得松动。•②固定弹击拉簧•弹击拉簧的一端固定于拉簧座上，另一端固定于弹击锤上，拉簧座、拉簧和弹击锤形成一个整体称之为“三连件”。三连件安装于中心导杆后不得有歪斜偏心现象，否则会影响仪器的性能。•③机芯同轴度•机芯同轴度是指弹击杆和弹击锤与中心导杆工作时，是否在同一轴线上。机芯同轴度好的仪器，弹击锤与弹击杆的冲击面碰撞时，声音清脆，在钢砧上能测得较高而稳定的回弹值。反之则声音沉闷，率定值不稳定且较低。•3、钢砧率定的作用•规范规定的率定方法是，率定时，钢砧应稳固地平放在刚度大的物体上。测定回弹值时，取连续向下弹击三次的稳定回弹平均值。弹击杆应分四次旋转，每次旋转宜为90°。弹击杆每旋转一次的率定平均值应为80±2。•如前所述，影响仪器测试性能的主要因素，有些对钢砧率定值却无显著影响。因此，仅以钢砧率定值作为检验仪器合格与否是错误的。钢砧率定的作用•⑴当仪器处于标准状态时，检验仪器的冲击能量是否等于或接近于2.207J，此时钢砧上的率定值应为80±2；•⑵能较灵活地反映出弹击杆、中心导杆和弹击锤的加工精度以及工作时三者是否在同一轴线上。•⑶转动呈标准状态回弹仪的弹击杆在中心导杆的位置，可检验仪器本身测试的稳定性。当各个方向在钢砧上的率定值均为80±2时，即表示仪器的测试性能是稳定的。•⑷在仪器其它条件符合要求的情况下，用来检验仪器经过使用后内部零部件有无损坏或出现某些障碍(包括传动部位及冲击面有无污物等)，出现上述情况时率定值偏低且稳定性差。•因此，只有在仪器三个装配尺寸和主要零部件质量检定合格的前提下，钢砧率定值才能作为检定仪器是否合格的一项标准。•只要率定值不在标准范围内，就应该进行保养或检修、检定。各种回弹仪回弹仪的操作、保养及检定•操作：•将弹击杆顶住混凝土的表面，轻压仪器，松开按钮，弹击杆徐徐伸出。使仪器垂直对混凝土表面缓慢均匀施压，待弹击锤脱钩冲击弹击杆后即回弹，带动指针向后移动并停留在某一位置上，即为回弹值。继续顶住混凝土表面并在读取和记录回弹值后，逐渐对仪器减压，使弹击杆自仪器内伸出，重复进行上述操作，即可测得被测构件或结构的回弹值。操作中注意仪器的轴线应始终垂直于构件混凝土的表面。•保养•仪器使用完毕后，要及时清除伸出仪器外壳的弹击杆、刻度尺表面及外壳上的污垢和尘土，当测试次数较多、对测试值有怀疑时，应将仪器拆卸，并用清洗剂清洗机芯的主要零件及其内孔，然后在中心导杆上抹一层薄薄的钟表油，其他零部件不得抹油。要注意检查尾盖的调零螺丝有无松动，弹击拉簧前端是否钩入拉簧座的原孔位内，否则应送检定单位检定。常规保养的意义•按照要求进行常规保养，能有效降低仪器的损耗，延长仪器使用寿命，及时发现仪器故障，保证仪器性能稳定可靠，最终确保检测数据准确可靠。•⑴清除仪器内部的灰尘、污垢，减轻使用过程中机械部件的磨损；•⑵在拆洗仪器的过程中，便于及时发现仪器零部件是否偏离正常状态，以便及时采取措施，避免造成仪器带病工作；•⑶检查指针摩擦力、在中心导杆抹油等操作，保证了仪器在检定有效期内正常使用过程中，其内部的摩阻力处于标准状态；•⑷钢砧率定值是仪器在检定有效期内处于标准状态的证据。•检定•根据计量认证的规定，即使是新的有出厂合格证的仪器，也需送检定单位检定。此外，当仪器超过检定有效期限、累计弹击次数超过规定(如6000次)；仪器遭受撞击、损害；零部件损坏需要更换等情况皆应送检定单位按国家计量检定规程《混凝土回弹仪》(JGJ817-93)进行校验。检定合格的仪器应符合下列标准状态•