引言

混凝土作为现代工程结构中最重要的建筑材料，抗压强度是保证结构安全、耐久性最重要的指标。不论是施工过程中的质量监督，还是对既有建筑物做检测评估时，都需要测定混凝土强度，而测定要精准、高效。传统破损检测方法如钻芯法能够提供直观可靠的强度数据，但由于其具有局部破损性、成本高、检测周期长等局限性，无法满足大规模、高频率的检测要求。所以非破损测试回弹法为代表的技术诞生了，因操作简便、不损坏结构、经济有效等特点，在全世界广泛使用，也成为评价混凝土强度的辅助方法。

回弹法的基本原理是用回弹仪的弹击锤冲击混凝土表面，测量弹击锤的反弹高度（即回弹值），从而间接推断混凝土的抗压强度。该方法本质上就是利用混凝土表面硬度和抗压强度之间存在经验相关性。为规范其使用，各国都制定了相应的技术规程，如中国的《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)，该规程给出了统一的测强曲线，用于把现场测得的回弹值和碳化深度值换算成混凝土抗压强度。这些标准测强曲线通常是依据特定的试验条件建立起来的，即采用标养28d的普通混凝土试块，用回归分析建立回弹值和抗压强度值之间的函数关系。

1.龄期效应对回弹检测的影响机理

1.1水泥水化进程与微观结构的演变

混凝土强度增长源于水泥水化反应。水化初期（一般指28天内），反应速率最快，水泥与水生成水化硅酸钙、氢氧化钙等产物。填充毛细孔隙，形成空间网状结构，促进骨料与硬化水泥石界面过渡区密实化，显著提升混凝土强度和硬度。高含水量利于混凝土中水泥水化反应持续进行。混凝土弹性模量小，可塑变形能力强。回弹仪冲击能部分转化为塑性变形，致回弹值降低。混凝土表层与心部因温湿度、养护条件不同，强度存在梯度差异，回弹法仅适用于检测表层，其结果不反映整体构件强度^[1]。

随着龄期增长进入成熟阶段（28天至1年），水化反应速率减慢但仍持续进行。微观结构密实化，孔隙率下降，大毛细孔转变为小尺寸凝胶孔。此阶段混凝土强度、 硬度与弹性模量同步递增，且两者间存在良好关联，此阶段适于应用标准测强曲线。回弹值精确反映混凝土抗压强度。

长期龄期内水泥的后期水化导致强度小幅提升。混凝土表面碳化且内部水分逐渐蒸发形成湿差是主要原因。长期龄期混凝土的回弹-强度关系因多种因素偏离标准曲线。

1.2表面湿度状态的影响

混凝土含水率对回弹值有很大影响。冲击的时候，孔隙中的自由水起到缓冲的作用，吸收一部分冲击的能量，这样回弹值就会降低。早期的混凝土因为里面含有大量的没有参与反应的自由水，孔隙饱和度很高，所以强度再高，回弹值也有可能会比较低。随着龄期增长，混凝土内部水分因为水化消耗以及向外界蒸发而减少，孔隙饱和度降低。当混凝土表面处于干燥状态时，冲击能量更多的被固相骨架吸收，以弹性回弹的形式释放出来，造成回弹值偏大。所以龄期的变化常常伴随着湿度状态的变化，二者共同作用于回弹法测得的结果。在不同的龄期进行检测时，如果忽略表面湿度状态的不同，就会造成无法量化的误差。

1.3混凝土表面碳化的作用

混凝土的碳化就是大气中的二氧化碳（CO₂）与水泥水化产物（主要是Ca(OH)₂）发生化学反应，生成碳酸钙（CaCO₃）及其他物质的过程。这一反应会使混凝土表面的硬度和密实度提高很多。CaCO₃硬度远远大于Ca(OH)₂，生成的产物体积可以填满表层孔隙。所以，碳化会造成混凝土“表面坚硬，内部松软”的现象。回弹法主要表征的是弹击点附近一定深度范围内混凝土的硬度，碳化层存在时，回弹值会大幅提高，而此时混凝土内部实际强度并未有相应程度的提高，甚至由于碱度降低而引发钢筋锈蚀风险增加。

龄期是碳化发展的基本条件，碳化深度通常与龄期的平方根成正比。对于长期服役的混凝土结构来说，碳化的影响尤其明显。如果不修正碳化影响，仅凭回弹值偏高来推算强度，会把结构混凝土的实际承载能力高估很多^[2]。现有的规范普遍采取测量碳化深度并修正回弹值的方式，这在一定程度上缓解了这个问题，但是简单的线性修正模型在刻画复杂的碳化-龄期耦合作用时仍然存在局限性。龄期的增长使碳化深度增大，同时也改变了碳化层下面未碳化区的混凝土性质，二者叠加起来使长期龄期的混凝土回弹强度评定变得复杂。

2.早期混凝土回弹强度修正策略

2.1基于龄期修正系数的经验修正法

这种方法比较简便，而且在工程实践中应用较多。其主要的思想就是认为在一定的配合比和养护条件下，早期不同龄期的回弹值与28天龄期的回弹值之间会有一个相对稳定的比值关系。通过在实验室或者现场制作与结构同条件的混凝土试块，测得试块在3天、7天、14天等早期龄期时的回弹值和抗压强度，并与28天龄期的结果作对比，可以得到一个随龄期变化的修正系数。现场检测时，先测得早期龄期为t的混凝土平均回弹值，然后用修正系数换算成预测的28天回弹值。最后把换算出来的代入国家或者地区的标准测强曲线做强度换算。此方法的优点是简单易行，但是其修正系数的确定依赖于试验数据，而且修正系数对于混凝土的配合比（水泥种类、掺合料类型）以及养护温度等影响很大，通用性差，一般只适用于同一批次、同一配合比的混凝土。

2.2基于等效龄期理论的修正模型

等效龄期（EquivalentAge）或成熟度（Maturity）是对混凝土强度的发展受龄期和养护温度影响进行综合考虑的一种理论。该理论认为，在不同温度条件下养护的混凝土，只要成熟度一样，其抗压强度就会基本相同。成熟度函数一般用Nurse-Saul函数或者Arrhenius函数来计算。根据该理论的修正策略，首先要用温度传感器记录待测结构在检测龄期内的温度变化，进而计算出其等效龄期。然后，需要预先建立该配合比混凝土在标准养护条件下（比如20℃）的“强度-龄期”发展曲线和“回弹值-龄期”发展曲线。现场检测时，测得回弹值后，并不是直接查表，而是用建立好的曲线来计算出相应的等效龄期再综合评定其强度。也可以建立一个回弹值与等效龄期的二元回归模型来直接预测强度。该方法比简单的系数修正法更具有理论依据，因为它把影响早期强度发展的关键因素—温度考虑进去，从而提高预测的准确性^[3]。该方法的实现需要精确的温度监测和事先建立的试验曲线，过程比较复杂。

2.3建立早期龄期专用测强曲线

建立专用测强曲线是最可靠的早期龄期检测偏差解决方法。放弃修正标准，直接建立特定早期龄期下回弹值与抗压强度对应关系。具体的步骤如下：针对特定工程项目，试验混凝土配合比，大规模养护模拟试件。选取部分试块进行回弹检测后，计算平均值，并接着对该批试块进行抗压试验，获取实测抗压强度。利用统计回归分析，从回弹值与抗压强度值对中提取数据，构建适用于特定龄期t的专用测强曲线，其表达式通常为。该方法准确可靠，因其详细具体化了材料与环境状况，并消除了不确定性影响。这种做法因需大量试验和时间成本，仅适用于高强度控制、工程规模巨大的关键项目。钻芯法可用于校正回弹法测得的早期强度，通过少量核心样本调整测强曲线，实现精度与成本间的有效平衡。

3.长期龄期混凝土回弹强度修正策略

3.1考虑碳化深度的标准修正方法

为各国技术规程普遍采用的基础修正方法。这种方法承认碳化对回弹值有显著影响，要求在回弹检测时，应在测区附近测量混凝土的碳化深度dm。然后在换算强度的时候，把得到的平均回弹值Rm，平均碳化深度dm都作为输入参数，输入查算表或带碳化修正值的公式的其中一边，就得到了修正后的换算强度。例如中国《JGJ/T23-2011》规程就是采取这种模式。它的基本逻辑是，根据碳化深度大小对回弹值初步查到的强度值做一定折减。这种方法简单、规范化后，检测人员可以掌握。而其隐含假设就是碳化对回弹值的影响是相对独立的，可以统一用一个修正系数来表达。实际上，碳化对混凝土的影响程度与混凝土的密实度、强度等级以及龄期有关。

3.2基于多元回归的综合修正模型

为了更准确地表示出长期龄期、碳化以及其他因素的耦合作用，研究者们也想方设法去建立更多的多元回归模型。此模型把预测的混凝土抗压强度$f_{cu}$当作多个变量的函数，其形式可以写成，这里$V_{Rav}$为平均回弹值，dm为平均碳化深度，t为混凝土的实际龄期。其它可能被纳入模型的变量还有混凝土的浇筑方式（侧面或顶面），表面湿度状况等。模型的建立需要大量的试验数据支持，通过服役多年的实际结构钻芯取样，再测量回弹值、碳化深度、龄期等参数，利用统计分析软件求出最佳的函数形式和系数。可以建立如等模型。这种方法比标准修正法更全面地体现了多因素的影响，而通过将龄期t作为直接变量，更好的描述了强度随时间演化的规律。然而该类模型研发成本较高，一般适用于单一地区的某一种混凝土，推广应用需要做地区性校核^[4]。

3.3建立地区或专用测强曲线的策略

对长期龄期的混凝土检测，和早期混凝土一样，建立专用的测强曲线是提高检测准确性根本方法。特别是在待测结构很多、地区特征很明显的条件下，建立地区性测强曲线很重要。比如某地常用的某产地水泥、砂石，同环境下服役的很多旧建筑，可进行系统现场检测与钻芯对比试验，建立反映该地材料特性及环境影响的长期龄期混凝土测强曲线。这种曲线实际上包含了该地区混凝土的典型后期水化及碳化发展规律。具体操作上，可以用钻芯数据对国家测强曲线进行系统性修正，得出一个修正曲线方程。这种“钻芯—回弹法”相结合的方式，用少量、高精度的钻芯数据来“校准”大量的、高效的回弹数据，目前认为这是对于重要的既有结构强度评定时最推荐的综合方式^[5]。既保证了评估结果的可靠又考虑了检测的经济性、有效性，达到对长期龄期混凝土强度评估的优化。

4.结论

混凝土龄期是影响回弹法检测强度准确性的关键因素，它通过改变混凝土内部的微观结构、湿度及表面性能（特别是碳化）使回弹值与实际抗压强度的关系随着龄期发生变化，在混凝土强度迅速发展的早期产生低估，在长时间服役后因表面硬化高估。修正策略从使用龄期修正系数或者标准的碳化深度修正，发展到考虑温度历史的等效龄期理论和包含龄期、碳化等多种变量的综合回归模型，以提高预测精度。最可靠的办法是建立专用测强曲线，即采用“回弹-钻芯”相结合的方法，用少量精确的钻芯试件实测数据标定回弹检测结果。

参考文献

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[2]王金枝,陈小佳,李楠.回弹法检测不同等级不同龄期的混凝土强度探讨[J].交通科技,2007,(01):102-104.DOI:CNKI:SUN:SKQB.0.2007-01-036.

[3]张健根,李松涛,周义龙.不同龄期混凝土对超声回弹法测混凝土强度的影响分析[J].价值工程,2015,34(28):229-232.DOI:10.14018/j.cnki.cn13-1085/n.2015.28.098.

[4]李静宇.高强混凝土强度检测技术试验研究[D].河北工业大学,2006.

[5]郑颖众.高强泵送混凝土回弹与抗压强度修正系数研究[J].中华建设,2020,(12):108-111.DOI:CNKI:SUN:CJJA.0.2020-12-112.