左丽梅，王金荣，程 彦，程 杰

（1.衢州康平建设工程检测有限公司，浙江 衢州 324000；2.衢州元博工程咨询有限公司，浙江 衢州 324000）

1 问题的提出

抗压强度是混凝土最重要的性能参数之一，直接关系到混凝土构件乃至整个工程质量安全。因此，原位检测混凝土抗压强度是一项非常重要的工作。

现有技术中，原位检测混凝土抗压强度的方法主要有以下几种：①剪压法。利用混凝土剪压仪，对混凝土构件的直角边表面施加垂直于承压面的压力，使得混凝土构件的直角边产生“斧头状”剪压破坏，并根据最大剪压力来推定混凝土构件的抗压强度。该方法需要结构构件存在直角边，对于无直角边的钢筋密集型混凝土（如水池壁、水工隧洞、渡槽等），无法检测。②钻芯法。在混凝土构件上钻取混凝土试件，并加工成标准芯样，在压力试验机上进行抗压强度检测。该方法需要钻孔制取的标准芯样尺寸为Φ100 mm×100 mm，对于钢筋密集型混凝土，由于钢筋净距较小，无法钻孔检测。③回弹法。依据混凝土构件表面硬度和强度的关系，推定混凝土构件的抗压强度。该方法通过表面硬度和强度的关系，所推导的抗压强度精度较低，适用范围为7 ～ 1 000 d，一般用于普查。④超声回弹综合法。依据混凝土构件表面的硬度和混凝土构件内的超声波波速，来推定混凝土抗压强度。该方法操作流程较为繁琐，并对现场测试条件有较多限制和要求（如耦合状况等），特别是对于钢筋密集型混凝土，钢筋对超声波波速影响较大，影响检测精度和实用性。⑤拔出法。依据混凝土构件表层30 mm的范围内，混凝土构件破坏时的拨出力来推定混凝土抗压强度。该方法在检测过程中需要进行复杂的、精确度较高的钻孔和磨槽工序，对于钢筋密集型混凝土，其锥形破坏范围内经常会遇到钢筋，影响检测精度。⑥拉脱法。在已硬化的混凝土构件上，钻制深度44 mm芯样试件，用具有自动夹紧试件的装置进行拉脱试验，根据芯样试件的拉脱强度值推定混凝土抗压强度。该方法由于试件尺寸较小，受骨料粒径影响较大，实际操作成功率偏低，影响检测精度和实用性。

综上所述，原位检测钢筋密集型混凝土抗压强度时，以上检测方法均存在各种不足之处，即目前国内尚无有效的原位检测钢筋密集型混凝土抗压强度的方法标准，因此，研发出准确实用的钢筋密集型混凝土抗压强度原位检测方法，就成为建设工程行业首先要解决的问题。拉弓法能很好地解决以上问题，本文就拉弓法检测混凝土强度作详细介绍。

2 拉弓法含义及研究工作流程

拉弓法是在混凝土表面割制弓形试样，用拉弓试验装置施加垂直于混凝土表面的拉力，使弓形试样和混凝土沿交界面破坏，并根据拉弓荷载值来推定混凝土抗压强度的检测方法。研究按照“拉弓试验装置加工 — 弓形试样制备与拉弓荷载试验 — 芯样抗压试件制备与芯样抗压强度试验 — 汇总芯样抗压强度值和拉弓荷载值，进行数理统计与曲线拟合，通过线性回归，推导出混凝土抗压强度值和拉弓荷载值计算公式 — 检测工作注意事项”流程进行。

3 试验装置和试验步骤

3.1 试验装置

混凝土配合比试验设备，按照JGJ 55 — 2011《普通混凝土配合比设计规程》[1]规定；混凝土钻芯机，有产品合格证并满足相应要求，具有足够的刚度及水冷却系统；钻芯机配套钻头，采用人造金刚石薄壁空心钻头，内径为（100 ± 0.5）mm；手提切割机，切割角度可调；切割机配套切割片，人造金刚石切割片，直径（110 ± 0.3）mm；压力试验机，量程2 000 kN，精度1%，加荷速度可控；拉弓试验装置（见图1）；游标卡尺，量程300 mm，精度0.02 mm；钢直尺，量程300 mm，精度0.5 mm；其他试验用具：石雕手持打磨机、扁凿、榔头等。

图1 拉弓试验装置图

3.2 试验步骤

（1）原材料及坍落度：①细骨料：人工砂，中砂；②粗骨料：5 ～ 40 mm碎石，连续级配；③胶凝材料：复合硅酸盐水泥32.5R及普通硅酸盐水泥42.5；④坍落度：30 ～50 mm。

（2）按照不同设计配合比，制作规格尺寸为150 mm×150 mm×150 mm的混凝土方块，成型强度为10 ～ 60 MPa。

（3）弓形试样制备：混凝土方块标准条件养护至28 d龄期取出，方块成型时的侧面朝上作为工作面；调整手提切割机，使切割片与工作面法线方向的夹角为15°；在工作面标出弓形试样边界线，切割片沿着边界线竖直向下进刀切割，形成弓形试样；在弓形试样两侧采用手提切割机、石雕小型打磨机、扁凿、榔头等，割凿打磨形成工作槽；放至自然风干，待用。

（4）拉弓荷载试验：金属夹具放入工作槽内，夹住弓形试样并用定位固定螺栓固定；金属连接平板置于金属夹具上并用连接螺栓固定；金属连接平板与数显小型液压千斤顶、反力支脚通过金属反力螺杆连接；匀速摇动加力转动把手，使金属反力螺杆向上移动加荷，直至弓形试样和混凝土沿交界面破坏，记录最大荷载值，即为拉弓荷载值，精确至0.001 kN。

破坏后的弓形试样见图2。

图2 破坏后的弓形试样图

（5）按照CECS 03 — 2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》[2]规定，钻制一个Φ100 mm×100 mm的标准芯样，进行芯样抗压强度试验，求出芯样抗压强度值，精确至0.1 MPa。

（6）重复（3）～（5）步骤，每个混凝土方块均先进行拉弓荷载试验，再进行芯样抗压强度试验。

4 公式推导和应用

（1）本次研究共采集145组（指同一混凝土方块的芯样抗压强度值与拉弓荷载值）有效数据，以相应的拉弓荷载值为横坐标，芯样抗压强度值为纵坐标，进行数理统计与曲线拟合，图3为曲线拟合散点图。

图3 曲线拟合散点图

通过线性回归，混凝土抗压强度值可按式（1）计算：

式中：P为混凝土抗压强度值，MPa；F为混凝土拉弓荷载值，kN。

混凝土抗压强度值相当于被测混凝土在所处条件及龄期下、边长150 mm×150 mm×150 mm立方体试块的抗压强度值。

（2）本次研究表明，当混凝土抗压强度小于10.0 MPa时，制备弓形试样时，破损较为严重，且破坏时形状不规则，影响试验结果；当混凝土抗压强度大于60.0 MPa时，由于割凿打磨工作较为困难，有效数据获取率不高，故未进行研究；当混凝土抗压强度值为10.0 ～ 60.0 MPa时，其线性相关系数达到0.97以上，试验的精度和可靠度较为理想。因此，式（1）的适用范围定为10.0 ～ 60.0 MPa。

（3）本次研究的粗骨料采用最大粒径为40 mm碎石，如果实际采用卵石或最大粒径大于40 mm，则有待进一步研究。

5 相关问题分析

弓形试样尺寸的确定，主要基于3个方面的因素：①弓形试样顶面长边采用96 mm，一方面考虑目前大部分混凝土采用最大粒径40 mm的粗骨料，当长边小于2倍粗骨料最大粒径（即80 mm）时，弓形试样容易从粗骨料与混凝土界面处裂开，使拉弓荷载值偏小；另一方面考虑与常规手提切割机配套。②弓形试样顶面短边采用30 mm，一方面考虑当短边过大时，弓形试样较难在弓形试样与实体混凝土交界面拉断粗骨料；另一方面考虑当短边过小时，弓形试样与实体混凝土交界面粗骨料自身性能对试验结果影响过大。③弓形试样高度采用30 mm，主要是考虑常规手提切割机最大切割深度为30 mm左右。

6 检测工作注意事项

（1）检测前，采用钢筋探测仪或其他无损方法确定实体混凝土钢筋位置和保护层厚度。如保护层厚度≤40 mm，则应保证钢筋净距短边≥70 mm、长边≥100 mm；如保护层厚度＞40 mm，则不需考虑钢筋位置，直接进行检测。

（2）原位检测一般把实体混凝土侧面作为工作面，切割时手提切割机容易移位，造成弓形试样尺寸偏差过大，可根据手提切割机平面尺寸，制作金属固定架及紧固零配件，辅助检测工作。

（3）由于割凿打磨工作一般带水操作，为了提高检测效率，弓形试样与工作槽制好后，可用工业热风枪烘干，烘干时工业热风枪距混凝土表面至少20 mm且应不停移动，以免灼伤弓形试样。

（4）割凿打磨工作需多种工具配合使用，不得损伤弓形试样与实体混凝土的交界面。

（5）弓形试样应为完整弓形破坏，即破坏面应为弓形试样与实体混凝土交界面且弓形试样未折断；如为其他破坏形式，则数据无效。

（6）切割片与实体混凝土工作面法线方向的夹角15°应经过校准。目前常规手提切割机绝大部分设有角度调节指示板，但刻度线较粗，角度误差较大，影响弓形试样尺寸，因此每次检测前，应采用经检定合格的角度尺校准。

（7）随着使用次数增加，切割片会逐渐磨损，直径变小，导致弓形试样高度偏小，金属夹具无法正常夹住弓形试样，应及时予以更换。

（8）加荷速度对试验结果有一定影响，当加荷速度过快时，拉弓荷载值偏大，因此应控制加荷速度为（0.080 ± 0.020）kN/s。

7 结 语

（1）准确性问题。当混凝土强度为10.0 ～ 60.0 MPa时，其线性相关系数达到0.97以上，系统误差较小；对检测中影响偶然误差的相关问题作了分析和说明。

（2）实用性问题。所使用的仪器设备，如拉弓试验装置、手提切割机、石雕小型打磨机等，购置加工方便，可提升推广价值。

（3）混凝土强度评定。根据混凝土抗压强度值，按照相关标准，如GB/T 50107 — 2010《混凝土强度检验评定标准》[3]、SL 176 — 2007《水利水电工程施工质量检验与评定规程》[4]、JTG F 80/1 — 2017《公路工程质量检验评定标准（第一册）土建工程》[5]等，评定混凝土强度。

本次研究，为钢筋密集型混凝土质量评定提供了一种准确性与实用性兼备的原位检测方法，其它符合条件的混凝土，均可采用本方法进行检测。