混凝土強度無損檢測技術(shù)研究
2011-11-25 來源：中國鳴網(wǎng)
混凝土是建筑工程中最主要的結(jié)構(gòu)材料之一，無論是工業(yè)及民用建筑，還是公路、鐵路、水利及水電工程等都廣泛使用混凝土材料,混凝土的質(zhì)量關(guān)系到整個工程的質(zhì)量。因此，加強混凝土的質(zhì)量監(jiān)測與控制成為當(dāng)今建筑工程技術(shù)中的重要課題?；炷恋闹饕|(zhì)量指標(biāo)歷來是以標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強度為依據(jù)的，但由于試樣的制作條件、養(yǎng)護(hù)環(huán)境及受力狀態(tài)與原位混凝土均存在著明顯的差異，試樣的實驗結(jié)果難以全面、準(zhǔn)確地反映原位混凝土的質(zhì)量狀況，混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓試驗對結(jié)構(gòu)混凝土來說是一種間接測定值。特別是當(dāng)對結(jié)構(gòu)混凝土強度出現(xiàn)懷疑；試件的取樣、制作、養(yǎng)護(hù)等未按規(guī)定進(jìn)行，對其可信度產(chǎn)生懷疑；結(jié)構(gòu)混凝土受自然環(huán)境的侵蝕或受災(zāi)害性因素?fù)p害時更顯突出。有些破損檢測方法對混凝土結(jié)構(gòu)有所損害，使得工程檢測人員更傾向于用無損檢測方法獲得原位混凝土真實質(zhì)量情況。早在20世紀(jì)30年代，人們就開始研究混凝土無損檢測技術(shù)1948年，瑞士科學(xué)家施密特（E.Schmidt）研制成回彈儀；1949年萊斯利（Leslie）等人用超聲脈沖成功檢測混凝土；60年代費格瓦洛（I.Facaoaru）提出用聲速、回彈綜合法估算混凝土強度；80年代中期，美國的MarySansalone等用機械波反射法進(jìn)行混凝土無損檢測；90年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出一批新的測試方法，如微波吸收、雷達(dá)掃描、紅外線譜、脈沖回波等方法。我國從50年代開始引進(jìn)瑞士、英國、波蘭等國的超聲波儀器和回彈儀，并結(jié)合工程應(yīng)用開展了一定的研究工作；60年代初我國研制成功多種型號的超聲波儀器，隨后廣泛進(jìn)行了混凝土無損檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用；80年代混凝土無損檢測技術(shù)在我國得到快速發(fā)展，并取得了一定的研究成果，除了超聲、回彈等無損檢測方法外，還進(jìn)行了鉆芯法、后裝拔出法的研究；90年代以來，雷達(dá)技術(shù)、紅外成像技術(shù)、沖擊回波技術(shù)等進(jìn)入實用階段，同時超聲波檢測儀器也由模擬式發(fā)展為數(shù)字式，可將測試數(shù)據(jù)傳入計算機進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理，以進(jìn)一步提高檢測的可靠性?；炷翢o損檢測的方法主要有回彈法、超聲法、超聲回彈綜合法、雷達(dá)法、沖擊回波法、紅外成像法、超聲波CT法、拔出法、鉆芯法等。
以下就混凝土無損檢測的概念、分類和特點及主要幾種檢測方法的工作原理、特點及適用范圍作以論述。
一、概述
結(jié)構(gòu)混凝土無損檢測技術(shù)工程應(yīng)用的主要目的是對結(jié)構(gòu)混凝土強度、內(nèi)部缺陷及其它性能進(jìn)行檢測。這里我們主要講的是無損檢測技術(shù)檢測結(jié)構(gòu)混凝土強度的方法。其定義為在不影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力性能或其他使用功能的前提下，直接在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上通過測定某些適當(dāng)?shù)奈锢砹?，并通過這些物理量與混凝土強度的相關(guān)性，進(jìn)而推定混凝土強度等性能的檢測方法。
混凝土強度的無損檢測方法按其原理可分為三類：1、半破損法，這類方法有鉆芯法、拔出法、拔脫法、板折法、射擊法、就地嵌注試件法等。特點是以局部破壞性試驗獲得結(jié)構(gòu)混凝土的實際抵抗破壞的能，因而直觀可靠，測試結(jié)果易為人們所接受。缺點是造成結(jié)構(gòu)的局部破壞，需進(jìn)行修補，不宜用于大面積的全面檢測。2、非破損法，這類方法有回彈法、超聲脈沖法、射線吸收與散射法、成熟度法等。特點是測試方便、費用低廉，但其測試結(jié)果的可靠性主要取決于被測物理量與強度之間的相關(guān)性。須建立相關(guān)公式或校準(zhǔn)曲線。缺點是相關(guān)關(guān)系受過多因素的影響，當(dāng)條件發(fā)生變化，應(yīng)進(jìn)行修改。3、綜合法，這類方法有超聲回彈綜合法、超聲鉆芯綜合法、聲速衰減綜合法等。特點是采用多項物理參數(shù)，能較全面地反映構(gòu)成混凝土強度的各種因素，比單一物理量的無損檢測方法具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性。是混凝土強度無損檢測技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。
二、四種主要的無損檢測混凝土強度方法的工作原理、特點、適用范圍
（一） 回彈法
1、工作原理：
我國的回彈儀有N型、L型、NR型、M型等，其中N型應(yīng)用最廣泛，它是一種指針直讀的直射錘擊式儀器。主要由機殼、蓋帽、尾蓋、彈擊錘、彈擊桿、中心導(dǎo)桿、壓簧、彈擊后簧等23個零部件組成。回彈法是用彈簧驅(qū)動的重錘，通過彈擊桿（傳力桿），彈擊混凝土表面，并測出重錘被反彈回來的距離，以回彈值（反彈距離與彈簧初始長度之比）作為與強度相關(guān)的指標(biāo)來推定混凝土強度的一種方法。由于測試在混凝土表面進(jìn)行，所以應(yīng)屬于表面硬度法的一種。
2、特點：儀器簡單，操作方便、經(jīng)濟(jì)、迅速、具有相當(dāng)?shù)臏y試精度。
3、適用范圍：回彈法適用于工程結(jié)構(gòu)普通混凝土抗壓強度的檢測。不適用于表層與內(nèi)部質(zhì)量有明顯差異或內(nèi)部存在缺陷的混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的檢測。
回彈儀使用時的環(huán)境溫度應(yīng)為-4~40℃。
符合下列條件的混凝土可采用JGJ/T23-2001規(guī)程附錄A進(jìn)行測區(qū)混凝土強度換算：
a、普通混凝土采用的材料、拌和用水符合現(xiàn)行國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；
b、不摻外加劑或僅摻非引氣型外加劑；
c、采用普通成型工藝；
d、采用符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》規(guī)定的鋼模、木模及其他材料制作的模板；
e、自然養(yǎng)護(hù)或蒸氣養(yǎng)護(hù)出池后經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)7d以上，且混凝土表層為干燥狀態(tài)；
f、齡期為14~1000d；
g、抗壓強度為10~60MPa。
當(dāng)構(gòu)件混凝土抗壓強度大于60MPa時，可采用標(biāo)準(zhǔn)能量大于2.207J的混凝土回彈儀，并應(yīng)另行制訂檢測方法及專用測強曲線進(jìn)行檢測。
（二）超聲回彈綜合法
1、工作原理：通過超聲儀測量在測距內(nèi)超聲傳播的平均聲速來推定混凝土的強度，并結(jié)合回彈法進(jìn)行檢測。
2、特點：檢測過程無損于材料、結(jié)構(gòu)的組織和使用性能；直接在在構(gòu)筑物上檢測試驗并推定其實際的強度；重復(fù)或復(fù)核檢測方便，重復(fù)性良好；有利于測強測缺的結(jié)合，保證檢測混凝土強度建立在無缺陷、均勻的基礎(chǔ)上合理地評定混凝土的強度；在某些無法測量回彈值及其它參數(shù)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中，超聲法有其特殊的適應(yīng)性。
3、適用范圍：不適用于檢測因凍害、化學(xué)侵蝕、火災(zāi)、高溫等已造成表面疏松、剝落的混凝土。
《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》（CECS02：2005）規(guī)定的強度換算方法適用于符合下列條件的普通混凝土：混凝土用水泥應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的要求；混凝土用砂、石骨料符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求；可摻或不摻礦物摻合料、外加劑、粉煤灰、泵送劑；人工或一般機械攪拌的混凝土或泵送混凝土；自然養(yǎng)護(hù)；齡期7~2000d；混凝土強度10~70Mpa。
（三）后裝拔出法（微破損試驗方法）
1、工作原理：在已硬化的混凝土表面鉆孔、磨槽、嵌入錨固件并安裝拔出儀進(jìn)行拔出試驗，測定極限拔出力，根據(jù)預(yù)先建立的拔出力與混凝土強度之間的相關(guān)關(guān)系檢測混凝土強度。
2、特點：只要避開鋼筋或鐵件位置，在已硬化的新舊混凝土的各種構(gòu)件上都可以使用，特別是當(dāng)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)缺少混凝土強度的有關(guān)試驗資料時，是非常有價值的一種檢驗評定手段。具有檢測精度高、破損程度小、使用方便、適用范圍廣等特點。
3、適用范圍：被檢測混凝土的強度不應(yīng)低于10.0Mpa。檢測部位混凝土表層與內(nèi)部質(zhì)量應(yīng)一致。當(dāng)混凝土表層與內(nèi)部質(zhì)量有明顯差異時，應(yīng)將薄弱表層清除干凈后方可進(jìn)行檢測。
（四）、鉆芯法（半破損試驗方法）
1、工作原理：利用專用鉆機、從結(jié)構(gòu)混凝土中鉆取芯樣以檢測混凝土強度的方法。
2、特點：具有直觀、可靠、精度高、應(yīng)用廣的優(yōu)點，也有一定的局限性：1）鉆芯機對工程結(jié)構(gòu)局部有損傷，因而對于鉆芯位置的選擇及鉆芯數(shù)量等均受到一定限制，而且它所代表的區(qū)域也是有限的；2）鉆芯機及芯樣加工配套機具與非破損測試儀器相比，比較笨重，移動不夠方便，測試成本也較高；3）鉆芯后的孔洞需要修補，尤其當(dāng)鉆斷鋼筋時更增加了修補工作的困難。
3、適用范圍：適用于強度不大于80Mpa的普通混凝土強度，當(dāng)鉆芯法與回彈法、超聲-回彈法綜合法、后裝拔出法等混凝土強度間接測試方法配合使用時，可用芯樣抗壓強度值對其他間接方法的結(jié)果進(jìn)行修正。
三、四種無檢測方法的異同處
種類 測定內(nèi)容 適用范圍 特點 缺點
回彈法 混凝土表面硬度值 混凝土抗壓強度、勻質(zhì)性 測試簡單、快速、被測物的尺寸一般不受限制` 測定部位僅限于混凝土表面，同一處不能再次使用
超聲回彈綜合法 混凝土表面硬度值和超聲波傳播速度 混凝土抗壓強度 測試也比較簡單，精度比單一方法高 比單一法費事
后裝拔出法 后裝于混凝土中錨固件，測定拔出力 混凝土抗壓強度 測強精度較高 對混凝土有一定損傷，檢測后需進(jìn)行修補
鉆芯法 從混凝土中鉆取一定直徑的芯樣 混凝土抗壓強度，抗劈強度，內(nèi)部缺陷 測強精度高 設(shè)備笨重，成本較高，對混凝土有損傷，需修補
四、結(jié)束語
我相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，會有更多的檢測工程實體結(jié)構(gòu)混凝土強度的檢測技術(shù)、檢測方法、檢測設(shè)備問世，而且現(xiàn)有的檢測混凝土強度的檢測技術(shù)也會日趨完善，檢測精度也會進(jìn)一步得到提高，我國的建筑工程質(zhì)量將會有更強的技術(shù)后盾做為保障。
