第七節(jié)混凝土橋梁無損檢測技術

1、第七節(jié)第七節(jié) 混凝土橋涵無損檢測技術混凝土橋涵無損檢測技術 結構檢測包括結構工程質(zhì)量的檢測和既有結構性能的檢測。 結構檢測按破損情況分結構檢測按破損情況分：檢測按破損情況分 破損檢測：破損檢測：破損檢測主要用于整體結構和構件承載力、變形、裂縫的測定。 無破損檢測：無破損檢測：無損檢測是指在不影響結構受力性能或其他功能的前提下，直接在結構上通過測定某些物理量，推定混凝土的強度、均勻性、連續(xù)性、耐久性等一系列性能的檢測方法。無損檢測的方法無損檢測的方法回彈法超聲法超聲回彈綜合法射線吸收與散射法成熟度法拔出法鉆芯法射擊法混凝土強度混凝土缺陷超聲法脈沖回波法雷達掃描法紅外熱譜法聲發(fā)射法非破損半破損無損

2、檢測的技術標準無損檢測的技術標準 回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程 （JGJ/T 23-2001） 超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規(guī)程 （CECS 02:2005） 后裝拔出法檢測混凝土強度技術規(guī)程 （CECS 69:94） 超聲法檢測混凝土缺陷技術規(guī)程 （CECS 21:2000）無損檢測技術的特點無損檢測技術的特點 不破壞被檢查構件，不影響其使用性能，簡便快速。 可在構件上直接進行表層或內(nèi)部的全面檢測。 能獲得破壞試驗不能獲得的信息。 可在同一構件上進行連續(xù)和重復測試。 測試快速方便，費用低。 檢測結果受許多因素的影響，精度低。無損檢測技術的使用條件無損檢測技術的使用條件l由于施工工藝或

3、意外事故影響了混凝土質(zhì)量，或預留試塊不能代表混凝土實際強度時，可通過檢測作為混凝土合格性評定及驗收的依據(jù)。l為后道工序（如拆模、吊裝、預應力筋張拉等）的施工提供強度依據(jù)。l當既有橋梁受到設計、施工、自然因素等的影響而產(chǎn)生各種缺陷時，為橋梁結構的維修、加固、改建等提供基本強度參數(shù)?；炷寥毕莼炷寥毕?是指那些在宏觀材質(zhì)不連續(xù)、性能參數(shù)有明顯變異，而且對結構的承載能力和使用性能產(chǎn)生影響的區(qū)域。 即使整個結構的混凝土普遍強度已經(jīng)達到設計要求，這些缺陷也會使結構整體承載能力嚴重下降，或影響結構的耐久性。 缺陷有：內(nèi)部空洞、蜂窩麻面、疏松、斷層（樁）、接合面不密實、裂縫、碳化、凍融、化學腐蝕等。 回彈

4、法檢測混凝土強度回彈法檢測混凝土強度1 1、基本原理、基本原理 使用回彈儀的彈擊拉簧驅動儀器內(nèi)的彈擊重錘，通過中心導桿，彈擊混凝土的表面，并測得重錘反彈的距離，以反彈距離與彈簧初始長度之比為回彈值R，由它與混凝土強度的相關關系來推定混凝土強度。 回彈儀的種類如表6-1所示，最常用的是N型。 設重錘質(zhì)量為m，則在起始狀態(tài)，重錘具有的勢能： 重錘被回彈到x位置時所具有的勢能：則： 回彈值R是重錘沖擊過程中能量損失的反映。能量損失越小，說明混凝土表面硬度越大，回彈值也就越高。由于混凝土表面硬度與其抗壓強度有一致性的變化關系，因此可用回彈值反映混凝土抗壓強度。212seE l212xseE xxexR

5、le.sEl彈簧的剛度系數(shù)，N型回彈儀為0784N/mm；彈簧起始位置的拉伸長度，一般為75mm。2 回彈儀的率定回彈儀的率定 回彈儀的質(zhì)量及測試性能直接影響混凝土強度推定的準確性,只有性能良好的回彈儀才能保證測試結果的可靠性?；貜梼x的標準狀態(tài)應是在洛氏硬度HRC為602的標準鋼砧上,垂直向下彈擊三次,其平均率定值應為802，否則回彈儀必須進行調(diào)整或校驗。 3 檢測方法檢測方法 結構或構件混凝土強度檢測可采用下列兩種方式，其適用范圍及結構或構件數(shù)量應符合下列規(guī)定： 單個檢測：適用于單個結構或構件的檢測。 批量檢測：適用于在相同的生產(chǎn)工藝條件下，混凝土強度等級相同，原材料、配合比、成型工藝、養(yǎng)護

6、條件基本一致，且齡期相近的同類結構或構件。按批進行檢測的構件抽檢數(shù)量不得少于同批構件總數(shù)的30%，且構件數(shù)量不得少于10件。抽檢構件時應隨機抽取并使所選構件具有代表性。4 測區(qū)的要求和布置測區(qū)的要求和布置 測區(qū)應布置在主要受力部位、薄弱部位以及易產(chǎn)生缺陷的部位，并應避開預埋件。測區(qū)表面應清潔、平整、干燥、結實。不存在蜂窩和麻面，也沒有裂縫、裂紋、剝落，層裂等現(xiàn)象。 一個構件不少于10個測區(qū)，測區(qū)面積不宜大于0.04m2，16個測點/區(qū)，測區(qū)間距2m。每一測點讀數(shù)都精確到1。測點間距不小于20 mm 。在檢測時，回彈儀的軸線始終垂直于被檢測區(qū)的測點所在面。5 回彈值和碳化深度回彈值和碳化深度 回

7、彈值測量回彈值測量 回彈值量測時，回彈儀應始終垂直于結構或構件的檢測面，測點不應在氣孔或外露石子上，共測16個值。個值。 碳化深度測量碳化深度測量 選擇不少于構件的30測區(qū)進行。在直徑約為15mm并有一定深度的孔洞，清除孔中粉末后滴入濃度為1的酚酞酒精溶液，測試表面至變色處的深度，即碳化深度。5 回彈值回彈值和和碳化深度碳化深度 從每一個測區(qū)所得的16個回彈值中，剔除3個最大值和3個最小值后，將余下的回彈值按下列公式計算平均值： 式中，Rm 為測區(qū)平均回彈儀水平方向的回彈值，精確至0.1；Ri為第i個測點的回彈值。 平均碳化深度： 當dm0.4mm時，取dm=0；當dm6mm時，取dm=6mm

8、。101110miiRR11nmiiddn6 混凝土強度的換算值混凝土強度的換算值 由實測回彈和碳化深度值，按測區(qū)混凝土強度換算表求得測區(qū)混凝土強度的換算值，由此評定檢測結構構件的混凝土強度。即： 測區(qū)混凝土強度的換算值由回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程（JGJ/T23-2001）（本書附錄三）或當?shù)貙Ｓ脺y強曲線查的。,(,)cmmcu icu cRdff7 回彈法測強曲線回彈法測強曲線 回彈法測定混凝土的抗壓強度是建立在混凝土的抗壓強度與回彈值之間具有一定的相關性的基礎上的，這種相關性可用“ ”相關曲線（或公式）來表示，通常稱之為測強曲線。 測強公式： 對于未碳化混凝土或在一定條件下成型養(yǎng)護

9、的混凝土，回歸方程為： 對于已經(jīng)碳化的混凝土或齡期較長的混凝土，回歸方程為：cufR( )ccuff R( , )ccuff R d 測強曲線分為全國統(tǒng)一測強曲線、地區(qū)曲線和專用曲線。 統(tǒng)一測強曲線統(tǒng)一測強曲線：由全國有代表性的材料、成型養(yǎng)護工藝配制的混凝土試件，通過試驗所建立的曲線。 地區(qū)測強曲線地區(qū)測強曲線：由本地區(qū)常用的材料、成型養(yǎng)護工藝配制的混凝土試件，通過試驗所建立的曲線。 專用測強曲線專用測強曲線：由與結構或構件混凝土相同的材料、成型養(yǎng)護工藝配制的混凝土試件，通過試驗所建立的曲線。 各檢測單位應按專用測強曲線、地區(qū)測強曲線、統(tǒng)一測強曲線的次序選用測強曲線8 混凝土強度的推定值混凝土

10、強度的推定值 結構或構件的混凝土強度推定值是指相應于強度換算值總體分布中，保證率不低于95%的結構或構件中的混凝土抗壓強度值。 當該構件測區(qū)數(shù)量小于10個時： 當構件測區(qū)混凝土強度值中出現(xiàn)小于10MP時： 當該構件測區(qū)數(shù)不少于10個或按批量檢測時：,minccu ecuff,minccuf測區(qū)混凝土強度換算值中的最小值。,10.0cu efMPa,1.645cccucucu efffmS.0ccuccuffmSn構件測區(qū)混凝土強度換算值的平均值， MPa，精確至01MPa；構件測區(qū)混凝土強度換算值的標準差， MPa，精確至0 1MPa；單個檢測的構件，取一個構件的測區(qū)數(shù)；對批量檢測的構件，取被

11、抽檢構件測區(qū)數(shù)之和。,=ccuccu iffmnni=122,1()()1ccuccunccu ififfn mSn 對按批量檢測的構件，當該批構件混凝土強度標準差出現(xiàn)下列情況之一時，則該批構件應全部按單個構件檢測: 當該批構件混凝土強度平均值小于25MPa時： 當該批構件混凝土強度平均值不小于25MPa時：4.5ccuafSMP；5.5ccuafSMP。 例：利用回彈法檢測混凝土結構第4測區(qū)的混凝土強度時，該測區(qū)16個測點的回彈值分別為38、39、37、37、38、43、39、38、37、41、42、39、35、38、36、35。該測區(qū)平均碳化深度dm=7mm。求該測區(qū)混凝土強度的換算值（

12、，其中A=0.0250,B=2.0108,C=0.0358,Rm為該測區(qū)平均回彈值）。mcdBmccuARf10 超聲脈沖法、超聲超聲脈沖法、超聲-回彈綜合法測回彈綜合法測混凝土強度混凝土強度一、超聲脈沖法：一、超聲脈沖法：1 原理原理 在混凝土中傳播的超聲波的波速、振幅、頻率和波形等參數(shù)與混凝土的力學參數(shù)如彈性模量、泊松比、剪切模量及內(nèi)部應力分布狀態(tài)有直接關系，同時也與混凝土內(nèi)部缺陷，如斷裂面、孔洞大小及形狀的分布有關。準確測定這些聲學參數(shù)的大小及變化，可以推斷混凝土的強度和內(nèi)部缺陷等情況。 超聲波（20000Hz以上的波）在混凝土中衰減較大，為了使其傳播距離較遠，常用200kHz以下的低頻

13、超聲波。2 超聲儀超聲儀 由脈沖發(fā)生器、發(fā)射換能器、接收換能器以及掃描和顯示裝置等組成。有金屬超聲檢測儀和非金屬超聲檢測儀。其主要作用除了產(chǎn)生、接收、顯示超聲波外，還具有量測超聲波有關參數(shù)如聲時、接收波振幅、頻率等功能。 換能器有縱波換能器和橫波換能器，常用縱波換能器?？v波換能器又分為平面換能器（用于平面的對測和平測）、徑向換能器（用于鉆孔檢測和樁的檢測以及水下檢測）和一發(fā)多收換能器。 為了消除由換能器與被測對象之間的空氣夾層所產(chǎn)生的對超聲能量的反射和阻抗作用，常在換能器和構件之間涂抹耦合劑，如黃油、凡士林或水等。3 混凝土的聲學參數(shù)混凝土的聲學參數(shù) 聲速聲速 聲速與混凝土的彈性性質(zhì)有關，也與

14、混凝土內(nèi)部結構（孔隙、材料組成等）有關。一般彈性模量越高，密實性越好，聲速就越高。而混凝土的強度與彈性模量和孔隙率（密實性）有密切關系。因此對于同種材料和配合比的混凝土，強度越高，聲速也越高。混凝土內(nèi)部有缺陷和裂縫時，其聲速要有所降低。 波形波形 由于繞射、反射和傳播途徑的變化，直達波、反射波和繞射波的頻率和相位各不相同，當它們相繼到達接收換能器時，疊加形成復雜波形。因此應對接收波波形進行分析研究，來判斷混凝土質(zhì)量和缺陷。 頻率和振幅頻率和振幅 由脈沖發(fā)射器激發(fā)的電脈沖是復頻超聲脈沖波，它包含了一系列成分不同的余弦波分量。這種波在混凝土中傳播時，高頻成分首先衰減，從而使主頻率下降。主頻率下降的

15、量值與傳播距離、混凝土本身的性質(zhì)、內(nèi)部的缺陷等有關。 接收波振幅通常指首波，即第一個波前半周的幅值。當混凝土內(nèi)部有缺陷和裂縫時，會使超聲波產(chǎn)生反射和繞射，振幅將會明顯減小。 主頻率和振幅的大小不僅與混凝土的性質(zhì)和內(nèi)部情況有關，同時還受儀器設備、耦合劑、測試距離等有關，影響因素較多，不易用來直接測量混凝土的強度和缺陷。4 超聲脈沖法測混凝土強度推定超聲脈沖法測混凝土強度推定 利用混凝土的抗壓強度fcu與超聲波在混凝土中的傳播速度v之間的關系來檢測混凝土的強度?；炷翉姸扔?，相應超聲波波速愈大。通過試驗可建立混凝土強度與聲速的關系曲線或經(jīng)驗公式。目前常用的相關關系表達式有冪函數(shù)方程:BvfAec

16、u或5 超聲法的測區(qū)數(shù)量和布置超聲法的測區(qū)數(shù)量和布置 按單個構件檢測按單個構件檢測：一個構件均勻布置不少于10個測區(qū)。按批量抽檢時按批量抽檢時：不得少于同批構件總數(shù)的30%，且構件數(shù)量不得少于4件，每個構件測區(qū)數(shù)不少于10個。對長度小于或等于2m的構件，不少于3個測區(qū)。 按批量檢測的條件：適用于在相同的生產(chǎn)工藝條件下，混凝土強度等級相同；原材料、配合比、成型工藝、養(yǎng)護條件基本一致，且齡期相近的同類結構或構件；在施工階段所處狀態(tài)相同。抽檢構件時應隨機抽取并使所選構件具有代表性。6 聲速的測定聲速的測定 每區(qū)選3個測點，根據(jù)測得的聲時和兩相對探頭的距離計算波速，取各測點的平均值作為該區(qū)的波速。/m

17、l tlmt式中： 超聲測距； 測區(qū)平均聲時值;t1、t2、t3：分別為測區(qū)3個測點聲時值。 當在試件混凝土的澆筑頂面或底面測試時，由于上表面砂漿多，強度低，下表面粗骨料多，強度高，但總體使聲速偏低，因此聲速值應乘以1.034修正。1233mtttt1 超聲回彈綜合法的特點：超聲回彈綜合法的特點：（1）減少混凝土齡期和含水率的影響。含水率越大，超聲聲速偏高回彈值偏低；混凝土齡期越長，超聲聲速降低，而回彈值因碳化程度的增大而提高。因此綜合法可抵銷部分影響。（2）提高測試精度。由于綜合法能減少一些因素的影響程度，故可提高測試精度。二、超聲回彈綜合法二、超聲回彈綜合法 超聲回彈綜合法實質(zhì)上就是超聲法

18、和回彈法兩種單一測強方法的綜合測試。（3）可以彌補相互間的不足。超聲法主要反映材料的彈性性質(zhì)和內(nèi)部的有關構造信息，回彈法可反映材料的彈性性質(zhì)和部分塑性性質(zhì)，但只能確切反映表層約3cm的狀態(tài)。而超聲回彈綜合法既能反映材料的彈性性質(zhì)，又能反映塑性性質(zhì)，既能反映表層狀態(tài)，又能反映內(nèi)部狀態(tài)。測區(qū)測點測區(qū)測點 超聲的測點和回彈的測點布置在同一測試面上。宜先進行超聲測試，然后進行回彈測試。 同時注意，只有同一個測區(qū)內(nèi)所測得的回彈值和聲速值才能作為推算該測區(qū)混凝土強度的綜合參數(shù)，不同測區(qū)的測量值不能混用。 測區(qū)測點的布置要求與兩種單一方法相同。3 3 超聲超聲- -回彈綜合法的強度推定回彈綜合法的強度推定

19、超聲回彈綜合法測量時，應嚴格遵照超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規(guī)程。每一測區(qū)的混凝土強度是根據(jù)該區(qū)實測的波速及回彈平均值，經(jīng)過相應的修正后，按事先建立的fcuVRm關系曲線推定的。cBCc umfAR其中：ccuf混凝土強度換算值超聲波在混凝土中的傳播速度mR測區(qū)平均回彈值A、B、C：為常數(shù)項四、鉆芯法測混凝土強度四、鉆芯法測混凝土強度* 鉆芯法試驗是使用專用的取芯鉆機，從被檢測的結構或構件上直接鉆取圓柱形的混凝土芯樣，并根據(jù)芯樣的抗壓試驗由抗壓強度推定混凝土的立方抗壓強度，準確性較高。1 取樣取樣 位置位置：鉆取芯樣應在結構或構件受力較小的部位和強度質(zhì)量具有代表性的部位。芯樣試件內(nèi)不應含有

20、鋼筋。如不能滿足，每個芯樣內(nèi)最多只允許含有二根直徑小于10mm的鋼筋，且鋼筋應與芯樣軸線基本垂直。 大小與數(shù)量大小與數(shù)量：鉆芯數(shù)量不應少于3個，小構件可取2個。芯樣直徑不宜小于骨料最大粒徑的3倍，一般為100 mm或 150 mm，芯樣高度為直徑的12倍。芯樣端面必須進行加工磨平。也可用水泥砂漿或硫磺膠泥在專用補平裝置上補平。2、芯樣抗壓試驗和混凝土強度推定、芯樣抗壓試驗和混凝土強度推定1 1）抗壓試驗）抗壓試驗 芯樣試件宜在與被檢測結構或構件混凝土的干濕度基本一致的條件下進行抗壓試驗。芯樣試件的混凝土強度換算值為：芯樣試件混凝土換算強度的修正系數(shù)芯樣試件混凝土換算強度的修正系數(shù)高徑比h/d1

21、.01.11.21.31.41.5系數(shù)1.001.041.071.101.131.15高徑比h/d1.61.71.81.92.0-系數(shù)1.171.191.201.221.24-2 2）強度推定）強度推定 對于單個構件或單個構件的局部區(qū)域，取芯樣試件混凝土換算強度中的最小值作為代表值推定結構的混凝土強度。五五 拔出法檢測混凝土強度拔出法檢測混凝土強度*1 1、原理、原理 用一金屬錨固件預埋入凝土內(nèi)（預裝法）或在構件上鉆孔埋人一金屬錨固件（后裝法），然后測試錨固件從混凝土中被拔出時的拉力，并由此推算混凝土的抗壓強度。屬于半破損試驗。2、后裝拔出法、后裝拔出法 測點布置測點布置： 數(shù)量：單個構件3點

22、；批量抽檢30%但不少于10件，每個構件3點。 位置：成型側面，受力較大及薄弱部位，相鄰兩測點的間距不應小于10h(h錨固件的錨固深度) 測點應避開接縫、蜂窩、麻面部位和混凝土表層的鋼筋、預埋件。 強度推定強度推定：按已經(jīng)建立的拔出力與立方抗壓強度之間的相關關系曲線，由拔出力確定混凝土的抗壓強度，如下式。 砼內(nèi)部缺陷的檢測技術砼內(nèi)部缺陷的檢測技術一、超聲波檢測混凝土缺陷的基本原理一、超聲波檢測混凝土缺陷的基本原理 采用低頻超聲波檢測儀，測量超聲脈沖的縱波在結構混凝土中的傳播速度，接收波形信號的振幅和頻率等聲學參數(shù)的相對變化，來判定混凝土的缺陷。 超聲波通過缺陷會產(chǎn)生繞射、反射，繞射使傳播速度變

23、小，聲時偏長；反射使能量顯著衰減，波幅和頻率明顯降低，接收波形平緩甚至發(fā)生畸變。據(jù)此，判斷和評定混凝土的缺陷和損傷情況。 超聲波檢測混凝土缺陷的方法超聲波檢測混凝土缺陷的方法： 單面平測法：只有一個表面可供檢測 平測法 雙面對測法：有兩對相互平行的測試面 雙面斜測法：只有一對相互平行的測試面 孔中對測 測試孔法 測試深度較大 孔中斜測二、混凝土淺裂縫檢測二、混凝土淺裂縫檢測 裂縫深度500 mm時，采用平測法或斜測法進行檢測。1 1 單面平測法單面平測法 裂縫所在部位只有一個表面可供超聲檢測時（如混凝土路面、飛機跑道和大體積結構等）采用。 裂縫中不允許有積水或泥漿，并且大致垂直換能器連線，并穿

24、越裂縫的鋼筋與換能器連線的水平距離不小于裂縫預計深度的1.5倍。L/2L/2 發(fā)射換能器和接收換能器對稱地布置在裂縫的兩側，兩換能器之間的凈距離為L，則每個測點超聲實際的傳播距離為L。 跨越裂縫并相距L時，測得聲時t0；不跨越裂縫并相距L時測得聲時t。裂縫深度計算公式：02( )12tctLd LLa100150200=iiiaLmmmmmmtLabt 常數(shù)項，可用回歸方程求出；分別令、測得聲時值 ，即可建立直線回歸方程：也可建立圖示坐標系，求得a值。 例：利用超聲法檢測某結構混凝土表面裂縫深度，兩測點間距為L=800mm，由A點向B點檢測時測得的聲時為100s。又測得不跨裂縫混凝土測點距離為

25、800mm時的聲時為80s。求裂縫深度。2 雙面斜測法雙面斜測法 鋼筋混凝土的梁、板、柱等構件都有兩個相互平行的測試表面，可采用雙面斜測法進行裂縫深度的檢測。將兩個換能器分別置于對應測點1，2，3的位置，讀取相應的聲時值t、波幅值A、頻率值f。由波幅和頻率的突變，可以判定裂縫的深度以及是否在平面方向貫通。2、深裂縫檢測、深裂縫檢測 深度在500mm以上的裂縫，常采用鉆孔法探測?？椎拈g距宜為2000mm，孔徑應比換能器的直徑大510mm，孔中粉末碎屑應清理干凈。測試前測孔中灌注清水，將兩個換能器分別置于裂縫兩側的對應孔中，以相同高程等距由上至下同步移動，在不同深度上進行對測逐點讀取聲時和波幅值。波幅達到最大并基本穩(wěn)定的對應深度，便是裂縫深度。（三）、混凝土內(nèi)部空洞和缺陷的檢測（三）、混凝土內(nèi)部空洞和缺陷的檢測 1.基本原理基本原理： 根據(jù)測點的聲時（或聲速）、波幅或頻率值