混凝土強度的無損檢測方法

   日期：2017-05-17

    混凝土作為一種重要的結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代土木工程中，其性能及施工質(zhì)量對混凝土結(jié)構(gòu)工程乃至建筑工程的安全有著直接的影響，因此加強對混凝土質(zhì)量檢測與控制有著至關(guān)重大的意義。

　　

    混凝土強度 的非破損法檢測是指通過檢測儀器測定混凝土的相關(guān)物理參數(shù),然后根據(jù)這些物理參數(shù)與混凝土抗壓強度間的相關(guān)關(guān)系,推算出被測混凝土的強度的方法。其相關(guān)關(guān)系的強度方程是通過對相同混凝土標準試塊進行破壞試驗,而后對試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析及數(shù)學處理得出的方程，也就是常說的測強曲線。

　　

    非破損法檢測又分為非破損檢測方法和半破損檢測方法。因為半破損檢測方法所造成的局部損傷并不危害結(jié)構(gòu)安全，故從宏觀角度來說，半破損檢測方法也可歸到非破損檢測范疇內(nèi)。

　　

非破損檢測方法

　　

    非破損檢測方法是在不影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土性能的情況下，以混凝土抗壓強度與混凝土其他物理量間的相互關(guān)系為基礎(chǔ)測定相關(guān)物理量，然后根據(jù)測強曲線推算出混凝土的標準強度換算值，最后依照統(tǒng)計原理得出混凝土強度標準值的定值或特征強度。這類方法包括回彈法、超聲脈沖法、射線吸收與散射法、成熟度法等。

【回彈法】

　　

    回彈法是指利用回彈儀檢測普通混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抗壓強度的方法，其實施過程為：用一個彈簧驅(qū)動的重錘，通過彈擊桿（傳力桿）彈擊混凝土表面，測出重錘被反彈回來的距離（圖1中的x），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，再由已建立的回歸方程或校準曲線換算出構(gòu)件混凝土的強度值。其檢測原理如圖1所示。

　　

　 圖1 混凝土回彈法檢測示意

　

    回彈法操作簡便、快速經(jīng)濟且具有相當?shù)木?，因此在混凝土檢測領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛。但影響回彈法測強精確度的因素有很多，如儀器標準狀態(tài)、操作方法、現(xiàn)場條件、構(gòu)件選取、測區(qū)及測點布置以及計算方法等。因此要提高檢測的精度，還需加強對這些影響因素的分析，合理制定及選擇公式。

　　

    同時要注意的是，目前我國回彈法研究成果基本只適用于普通混凝土，同時對現(xiàn)場結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土測強時，回彈測強值僅代表混凝土表層質(zhì)量，因此使用回彈法必須保證混凝土構(gòu)件的表面質(zhì)量與內(nèi)部質(zhì)量基本一致。

　　

    20世紀60年代，我國就具備自行生產(chǎn)回彈儀的能力，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，數(shù)顯式回彈儀的研制技術(shù)也已比較成熟。

　　

分體式直讀+數(shù)顯回彈儀

　　

【超聲法】

　　

    超聲法是通過測量測距內(nèi)超聲傳播的平均聲速來推定混凝土強度的方法，其檢測示意如圖2所示。工程上通常采用建立試件中超聲聲速與混凝土抗壓強度相關(guān)的統(tǒng)計測強曲線的方法，來實現(xiàn)對混凝土力學性能的檢測和評估。

　　

　　圖2 混凝土超聲法檢測示意

　　

    影響混凝土中超聲聲速測量的因素較多，如試件斷面尺寸溫度和濕度、配筋、骨料、水灰比、齡期、澆搗方向以及內(nèi)部缺陷等，因此超聲聲速是一個反映其組成情況的綜合性指標，這就要求建立校正曲線時，技術(shù)條件盡可能與實際檢測環(huán)境接近，以從混凝土材料組分上理解影響聲速測量的原因，從而在實測中加以排除。

　　

    目前超聲法中常用的儀器有：美國通用電氣USM-33、瑞士Proceq Pundit Lab+、奧林巴斯OMNISCAN-MX2、汕頭超聲電子股份有限公司CTS-2020、CTS 9006Plus等。

　　

　　利用超聲法檢測混凝土

　　

半破損檢測方法

　　

    半破損檢測方法是在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上直接進行局部破壞性試驗或鉆取芯樣進行破壞性試驗，然后根據(jù)試驗值與結(jié)構(gòu)混凝土標準強度的相關(guān)關(guān)系進行換算，而得到標準強度換算值，并據(jù)此推算出結(jié)構(gòu)混凝土強度標準值的推定值或特征強度的方法。半破損方法主要包括鉆芯法、拔出法、拉剝法、折斷法、射釘法等方法。

　　

【鉆芯法】

　　

    鉆芯法是利用專用鉆機和人造金剛石空心薄壁鉆頭，從結(jié)構(gòu)混凝土中鉆取芯樣，對芯樣進行檢測來得到混凝土強度和推測混凝土內(nèi)部缺陷的方法。該方法的優(yōu)點是直觀、準確、代表性強，缺點是對構(gòu)件有局部破損，且價格昂貴。

　　

　　混凝土鉆芯

　　

【拔出法】

　　

    拔出法是先測定拔出混凝土中預(yù)埋錨固件時的極限拔出力，然后根據(jù)預(yù)先建立的拔出力和混凝土強度間的相關(guān)關(guān)系，來推定混凝土強度的方法。該方法于20世紀30年代問世，可分為預(yù)埋拔出法（以LOK試驗為代表）和后裝拔出法（以CAOP試驗為代表）。

　　

    我國在1985年前后開始了對該方法的研究，從最初引進儀器到拔出儀的自主研發(fā)成功，取得了不少科研成果，并逐步將其應(yīng)用于工程質(zhì)量檢測領(lǐng)域。

　　

【綜合法】

　　

    混凝土強度是一個多要素的綜合指標，僅采用單一指標是難以全面反映這些要素的。再者混凝土的構(gòu)造因素對單一指標的影響程度與對強度的影響程度不盡相同，所以可采用綜合法，也就是采用兩種或兩種以上的方法，對試件進行綜合分析以獲取多個物理參數(shù)，并建立混凝土強度與這些物理參量的綜合關(guān)系，來實現(xiàn)對混凝土強度的多角度綜合評定。

　　

    現(xiàn)有的綜合法有超聲回彈綜合法、超聲鉆芯綜合法以及聲速衰減系數(shù)綜合法等。相較于單一物理量的檢測方法，它能起到取長補短、抵消誤差的作用，從而提高檢測精度與可靠性。

　　

    目前 超聲回彈綜合法 是應(yīng)用最為成功的綜合法。超聲法測強時，其聲速與混凝土的密實度、均質(zhì)性及內(nèi)部缺陷等因素均有密切關(guān)系，但它受水泥的品種、養(yǎng)護方法等因素的影響較大；而回彈法測強只能反映混凝土表面的質(zhì)量情況，不能反映混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的情況。因此，如果采用超聲回彈綜合法測強，則可以較全面地測定混凝土的質(zhì)量。

　　

    近年來，超聲鉆芯綜合法、回彈鉆芯綜合法也開始發(fā)展起來。非破損法檢測混凝土強度具有簡便、快速、經(jīng)濟等優(yōu)點，但因影響混凝土強度的因素較多，故推定出的混凝土強度具有一定的離散性，檢測結(jié)果的準確性受到影響。而鉆芯法則更直接，但試驗費用高、周期長，且會造成結(jié)構(gòu)局部破損。因此，可將兩種方法結(jié)合起來使用，在混凝土結(jié)構(gòu)上鉆取少量芯樣，將其檢測結(jié)果與非破損方法的結(jié)果進行對比并修正，則可大大提高非破損檢測的效率和精度。