混凝土強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究
2011-11-25 來(lái)源：中國(guó)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(wú)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(gè)工程的質(zhì)量。因此，加強(qiáng)混凝土的質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制成為當(dāng)今建筑工程技術(shù)中的重要課題。混凝土的主要質(zhì)量指標(biāo)歷來(lái)是以標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(yàn)對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土來(lái)說(shuō)是一種間接測(cè)定值。特別是當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)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(duì)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(shí)更顯突出。有些破損檢測(cè)方法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有所損害，使得工程檢測(cè)人員更傾向于用無(wú)損檢測(cè)方法獲得原位混凝土真實(shí)質(zhì)量情況。早在20世紀(jì)30年代，人們就開(kāi)始研究混凝土無(wú)損檢測(cè)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(cè)混凝土；60年代費(fèi)格瓦洛（I.Facaoaru）提出用聲速、回彈綜合法估算混凝土強(qiáng)度；80年代中期，美國(guó)的MarySansalone等用機(jī)械波反射法進(jìn)行混凝土無(wú)損檢測(cè)；90年代以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出一批新的測(cè)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(guó)從50年代開(kāi)始引進(jìn)瑞士、英國(guó)、波蘭等國(guó)的超聲波儀器和回彈儀，并結(jié)合工程應(yīng)用開(kāi)展了一定的研究工作；60年代初我國(guó)研制成功多種型號(hào)的超聲波儀器，隨后廣泛進(jìn)行了混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用；80年代混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)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(wú)損檢測(cè)方法外，還進(jìn)行了鉆芯法、后裝拔出法的研究；90年代以來(lái)，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(shí)用階段，同時(shí)超聲波檢測(cè)儀器也由模擬式發(fā)展為數(shù)字式，可將測(cè)試數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理，以進(jìn)一步提高檢測(cè)的可靠性?；炷翢o(wú)損檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)的概念、分類和特點(diǎn)及主要幾種檢測(cè)方法的工作原理、特點(diǎn)及適用范圍作以論述。
一、概述
結(jié)構(gòu)混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)工程應(yīng)用的主要目的是對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度、內(nèi)部缺陷及其它性能進(jìn)行檢測(cè)。這里我們主要講的是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)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(guò)測(cè)定某些適當(dāng)?shù)奈锢砹?，并通過(guò)這些物理量與混凝土強(qiáng)度的相關(guān)性，進(jìn)而推定混凝土強(qiáng)度等性能的檢測(cè)方法。
混凝土強(qiáng)度的無(wú)損檢測(cè)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(diǎn)是以局部破壞性試驗(yàn)獲得結(jié)構(gòu)混凝土的實(shí)際抵抗破壞的能，因而直觀可靠，測(cè)試結(jié)果易為人們所接受。缺點(diǎn)是造成結(jié)構(gòu)的局部破壞，需進(jìn)行修補(bǔ)，不宜用于大面積的全面檢測(cè)。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(diǎn)是測(cè)試方便、費(fèi)用低廉，但其測(cè)試結(jié)果的可靠性主要取決于被測(cè)物理量與強(qiáng)度之間的相關(guān)性。須建立相關(guān)公式或校準(zhǔn)曲線。缺點(diǎn)是相關(guān)關(guān)系受過(guò)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(diǎn)是采用多項(xiàng)物理參數(shù)，能較全面地反映構(gòu)成混凝土強(qiáng)度的各種因素，比單一物理量的無(wú)損檢測(cè)方法具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性。是混凝土強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。
二、四種主要的無(wú)損檢測(cè)混凝土強(qiáng)度方法的工作原理、特點(diǎn)、適用范圍
（一） 回彈法
1、工作原理：
我國(guó)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(jī)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(gè)零部件組成?；貜椃ㄊ怯脧椈沈?qū)動(dòng)的重錘，通過(guò)彈擊桿（傳力桿），彈擊混凝土表面，并測(cè)出重錘被反彈回來(lái)的距離，以回彈值（反彈距離與彈簧初始長(zhǎng)度之比）作為與強(qiáng)度相關(guān)的指標(biāo)來(lái)推定混凝土強(qiáng)度的一種方法。由于測(cè)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(diǎn)：儀器簡(jiǎn)單，操作方便、經(jīng)濟(jì)、迅速、具有相當(dāng)?shù)臏y(cè)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(qiáng)度的檢測(cè)。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(cè)。
回彈儀使用時(shí)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(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算：
a、普通混凝土采用的材料、拌和用水符合現(xiàn)行國(guó)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)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(qiáng)度為10~60MPa。
當(dāng)構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度大于60MPa時(shí)，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(cè)方法及專用測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行檢測(cè)。
（二）超聲回彈綜合法
1、工作原理：通過(guò)超聲儀測(cè)量在測(cè)距內(nèi)超聲傳播的平均聲速來(lái)推定混凝土的強(qiáng)度，并結(jié)合回彈法進(jìn)行檢測(cè)。
2、特點(diǎn)：檢測(cè)過(guò)程無(wú)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(cè)試驗(yàn)并推定其實(shí)際的強(qiáng)度；重復(fù)或復(fù)核檢測(cè)方便，重復(fù)性良好；有利于測(cè)強(qiáng)測(cè)缺的結(jié)合，保證檢測(cè)混凝土強(qiáng)度建立在無(wú)缺陷、均勻的基礎(chǔ)上合理地評(píng)定混凝土的強(qiáng)度；在某些無(wú)法測(cè)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(cè)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(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS02：2005）規(guī)定的強(qiáng)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(guó)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(jī)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(qiáng)度10~70Mpa。
（三）后裝拔出法（微破損試驗(yàn)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(yàn)，測(cè)定極限拔出力，根據(jù)預(yù)先建立的拔出力與混凝土強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系檢測(cè)混凝土強(qiáng)度。
2、特點(diǎn)：只要避開(kāi)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(chǎng)結(jié)構(gòu)缺少混凝土強(qiáng)度的有關(guān)試驗(yàn)資料時(shí)，是非常有價(jià)值的一種檢驗(yàn)評(píng)定手段。具有檢測(cè)精度高、破損程度小、使用方便、適用范圍廣等特點(diǎn)。
3、適用范圍：被檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度不應(yīng)低于10.0Mpa。檢測(cè)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(shí)，應(yīng)將薄弱表層清除干凈后方可進(jìn)行檢測(cè)。
（四）、鉆芯法（半破損試驗(yàn)方法）
1、工作原理：利用專用鉆機(jī)、從結(jié)構(gòu)混凝土中鉆取芯樣以檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的方法。
2、特點(diǎn)：具有直觀、可靠、精度高、應(yīng)用廣的優(yōu)點(diǎn)，也有一定的局限性：1）鉆芯機(jī)對(duì)工程結(jié)構(gòu)局部有損傷，因而對(duì)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(jī)及芯樣加工配套機(jī)具與非破損測(cè)試儀器相比，比較笨重，移動(dòng)不夠方便，測(cè)試成本也較高；3）鉆芯后的孔洞需要修補(bǔ)，尤其當(dāng)鉆斷鋼筋時(shí)更增加了修補(bǔ)工作的困難。
3、適用范圍：適用于強(qiáng)度不大于80Mpa的普通混凝土強(qiáng)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(qiáng)度間接測(cè)試方法配合使用時(shí)，可用芯樣抗壓強(qiáng)度值對(duì)其他間接方法的結(jié)果進(jìn)行修正。
三、四種無(wú)檢測(cè)方法的異同處
種類 測(cè)定內(nèi)容 適用范圍 特點(diǎn) 缺點(diǎn)
回彈法 混凝土表面硬度值 混凝土抗壓強(qiáng)度、勻質(zhì)性 測(cè)試簡(jiǎn)單、快速、被測(cè)物的尺寸一般不受限制` 測(cè)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(qiáng)度 測(cè)試也比較簡(jiǎn)單，精度比單一方法高 比單一法費(fèi)事
后裝拔出法 后裝于混凝土中錨固件，測(cè)定拔出力 混凝土抗壓強(qiáng)度 測(cè)強(qiáng)精度較高 對(duì)混凝土有一定損傷，檢測(cè)后需進(jìn)行修補(bǔ)
鉆芯法 從混凝土中鉆取一定直徑的芯樣 混凝土抗壓強(qiáng)度，抗劈強(qiáng)度，內(nèi)部缺陷 測(cè)強(qiáng)精度高 設(shè)備笨重，成本較高，對(duì)混凝土有損傷，需修補(bǔ)
四、結(jié)束語(yǔ)
我相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，會(huì)有更多的檢測(cè)工程實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)方法、檢測(cè)設(shè)備問(wèn)世，而且現(xiàn)有的檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)技術(shù)也會(huì)日趨完善，檢測(cè)精度也會(huì)進(jìn)一步得到提高，我國(guó)的建筑工程質(zhì)量將會(huì)有更強(qiáng)的技術(shù)后盾做為保障。
