水利工程論文-混凝土無損檢測技術(shù)及應(yīng)用.doc

水利工程論文-混凝土無損檢測技術(shù)及應(yīng)用摘要：應(yīng)用無損檢測技術(shù)（如超聲回彈綜合法、電磁感應(yīng)法），對某建筑工程框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆混凝土的強度及其內(nèi)部鋼筋分布情況進行了抽樣檢測，取得了該結(jié)構(gòu)混凝土的強度指標和鋼筋分布特征，為建設(shè)工程的竣工驗收和質(zhì)量評價提供了科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：無損檢測技術(shù)超聲回彈綜合法電磁感應(yīng)法混凝土強度1概述混凝土無損檢測技術(shù)，是在不破壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件的前提下，直接從結(jié)構(gòu)物上測試，推定混凝土強度或缺陷以及鋼筋位置，可對混凝土結(jié)構(gòu)進行重復(fù)測試，它既適用于工程建設(shè)過程中混凝土質(zhì)量監(jiān)測，又適用于工程竣工驗收和建筑物使用期間混凝土質(zhì)量檢定1。本文主要介紹超聲回彈綜合法和電磁感應(yīng)法在建筑物結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量檢測中的應(yīng)用，不妥之處，敬請指正。超聲回彈綜合法1，2是以聲速值、回彈值與混凝土強度之間的相關(guān)關(guān)系為基本依據(jù)，在自然狀態(tài)下測試出混凝土的某些物理量，進而按相關(guān)關(guān)系推算出混凝土的特征強度。然而混凝土是一種多相復(fù)合材料，均質(zhì)性較差，應(yīng)用單一的無損檢測方法(如單一回彈法或超聲法)推算混凝土強度，因影響因素多，使推算的混凝土強度不能達到一定的精度。如果采用兩種或兩種以上的無損檢測方法，獲取多種物理力學(xué)參量，并建立混凝土強度與多項物理力學(xué)參量的綜合相關(guān)關(guān)系，以便從不同角度綜合評價混凝土的強度。由于綜合法采用多項物理力學(xué)參量，能較全面地反映構(gòu)成混凝土強度的各種因素，并且還能抵消部分影響強度與物理量相關(guān)關(guān)系的因素，因而它比單一物理量的無損檢測方法具有更高的準確性和可靠性。電磁感應(yīng)法3是人工向混凝土構(gòu)件發(fā)射脈沖電磁波并對其內(nèi)部的金屬物(如鋼筋)產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用，從而使該金屬物產(chǎn)生感應(yīng)電流，于是在其周圍形成二次電磁場，通過專業(yè)儀器觀測感應(yīng)電磁場的變化或異常即可確定混凝土內(nèi)部鋼筋的位置和埋深(即保護層厚度)。2檢測方法與技術(shù)2.1超聲回彈綜合法首先選定待測混凝土構(gòu)件，并按規(guī)程或有關(guān)規(guī)定布置一定數(shù)量的測區(qū)(測區(qū)尺寸為2020cm2；相對應(yīng)的兩個2020cm2方塊視為一個測區(qū))，然后按圖1布點方式進行回彈值、超聲聲速值的測試(對于同一測區(qū)宜先進行回彈測試，后進行超聲測試)。2.1.1回彈法在每個測區(qū)相對應(yīng)的兩個測面上分別測讀8個回彈值(如圖1所示，兩面共測取16個回彈值)，剔除3個最大值和3個最小值后，將剩余的10個回彈值進行平均取得該測區(qū)的平均回彈值，計算公式如下：式中：Rm測區(qū)平均回彈值；Ri第i個測點的回彈值。如非水平狀態(tài)測得的回彈值，應(yīng)按下式進行修正：如頂面或底面測得的回彈值，應(yīng)按下式進行修正：式中：Ra修正后的測區(qū)回彈值；Ra測試角度為的回彈修正值，可查表得到；Rat測試頂面回彈修正值，可查表得到；Rab測試底面回彈修正值，可查表得到。測試時，如儀器處于非水平狀態(tài)，同時構(gòu)件測區(qū)又非混凝土的澆筑側(cè)面，則應(yīng)對測得的回彈值，先進行角度修正，后進行澆筑面修正。2.1.2超聲法在每個測區(qū)相對應(yīng)的兩個測面上各布置3個測點(如圖1所示)，在保證換能器與混凝土耦合良好的前提下，使發(fā)射和接收換能器在同一軸線上。測區(qū)聲速采用下式計算：式中：vi測區(qū)聲速值，m/s；l超聲測距，m；tmi第i個測區(qū)平均聲時值，s；t1、t2、t3分別為測區(qū)中3個測點的聲時值，s。當在混凝土澆筑的頂面和底面測試時，由于上表面砂漿較多強度偏低，底面粗骨料較多強度偏高，綜合起來與成型側(cè)面是有區(qū)別的，另外澆筑表面不平整，因此，會使聲速偏低，所以進行上表面與底面測試時聲速應(yīng)進行修正：式中：va修正后的測區(qū)聲速值，m/s。2.2電磁感應(yīng)法現(xiàn)場施測首先選定待測混凝土構(gòu)件，并在該構(gòu)件上確定測試面，然后使探針軸線平行于設(shè)計鋼筋走向并從混凝土測試面的邊部或任意一點在垂直探針軸線的方向上移動探針來測定鋼筋位置和保護層厚度。如果混凝土內(nèi)分布有主筋和箍筋時應(yīng)分別測定，首先圈定主筋(或箍筋)的位置和展布情況，然后在兩個相鄰箍筋(或主筋)的中間部位順其走向進行測試，即可精確測定主筋(或箍筋)的位置和保護層厚度。3工程概況某居民小區(qū)位于膠東半島某市的經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，由20余座住宅樓和商業(yè)網(wǎng)點樓以及小區(qū)花園等建筑物組成。其中1#、6#、7#、8#住宅樓均為六層框架結(jié)構(gòu)，建筑面積分別為3390m2、3390m2、4050m2、4812m2。工程于2002年10月開工建設(shè)，至2003年3月整體工程已進入裝修、裝飾階段。受建設(shè)單位委托，水利部天津水利水電勘測設(shè)計研究院巖土工程技術(shù)中心工程質(zhì)量檢測部，于2003年3月2831日對該項目框架現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件強度及鋼筋分布情況進行了抽樣檢測。至測試之日，抽樣中混凝土構(gòu)件的齡期基本達到28天的要求。抽檢結(jié)果較為全面、客觀的反映了該結(jié)構(gòu)混凝土強度指標和鋼筋的分布特征，為建設(shè)工程的竣工驗收和評價提供了科學(xué)依據(jù)。使用儀器為：北京市康科瑞工程檢測技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HT225W全自動數(shù)字式回彈儀；湖南湘潭市自動化技術(shù)研究所生產(chǎn)的SD-1型聲波檢測儀以及與之配套的50kHz平面型厚度振動模式換能器；瑞士PROCEQAZURICH公司生產(chǎn)的PROFOMETER5型混凝土鋼筋掃描儀。測試所用儀器設(shè)備均在計量認證有效期內(nèi)，現(xiàn)場實施期間性能穩(wěn)定、工作正常。4檢測結(jié)果及分析4.1混凝土強度檢測由各構(gòu)件不同測區(qū)內(nèi)測得的聲速值和回彈值，按照超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程(CECS02：88)推薦的結(jié)構(gòu)混凝土測強計算公式(7)(當粗骨料為碎石時)換算混凝土強度：式中：fcuc,i第i測區(qū)混凝土強度換算值，MPa；vai第i個測區(qū)修正后聲速值，km/s；Rai第i個測區(qū)修正后的回彈值。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的混凝土強度推定值fcu,e可按：單個構(gòu)件處理，批量構(gòu)件處理等方式求得(具體步驟詳見有關(guān)規(guī)范或規(guī)程)，選用時應(yīng)視具體情況而定。本次抽檢按單個構(gòu)件處理方式求取混凝土強度推定值，即取該構(gòu)件各測區(qū)中最小的混凝土強度換算值為該構(gòu)件強度推定值。測試成果按建筑物分類進行數(shù)理統(tǒng)計得表1及混凝土推定占設(shè)計強度等級百分比的分布圖(圖2)。表1混凝土構(gòu)件檢測結(jié)果統(tǒng)計表建筑物名稱抽檢構(gòu)件數(shù)量設(shè)計強度等級推定強度(MPa)離差系數(shù)(%)范圍值平均值標準差1#住宅樓36C3029.237.333.392.276.79C2523.139.828.814.3715.176#住宅樓25C2525.528.927.051.365.02C2023.636.128.903.2211.147#住宅樓25C2532.741.137.043.078.28C2020.035.226.184.6317.688#住宅樓30C2525.035.832.203.8912.08C2021.032.327.013.2311.95根據(jù)測試結(jié)果，結(jié)合測試期間施工進度的具體情況，分析表1及圖2可得如下基本結(jié)論：1#住宅樓抽檢結(jié)果：抽檢構(gòu)件中有11.1%的構(gòu)件強度低于設(shè)計強度等級，其中設(shè)計強度等級為C30構(gòu)件的推定最大強度值為37.3MPa，達到設(shè)計強度等級的124.4%，而構(gòu)件最小強度值為29.2MPa，達到設(shè)計強度等級的97.3%；設(shè)計強度等級為C25構(gòu)件的推定最大強度值為39.8MPa，達到設(shè)計強度等級的159.1%，而構(gòu)件最小強度值為23.1MPa，達到設(shè)計強度等級的92.3%，說明抽檢構(gòu)件中絕大多數(shù)混凝土強度達到或超過設(shè)計強度等級，最小的也達到設(shè)計強度的92%以上，基本滿足設(shè)計要求。6#住宅樓抽檢結(jié)果：抽檢構(gòu)件中混凝土強度均達到或超過設(shè)計強度等級，其中設(shè)計強度等級為C25構(gòu)件的推定最大強度值為28.9MPa，達到設(shè)計強度等級的115.5%，而構(gòu)件最小強度值為25.5MPa，達到設(shè)計強度等級的101.8%；設(shè)計強度等級為C20構(gòu)件的推定最大強度值為36.1MPa，達到設(shè)計強度等級的180.3%，而構(gòu)件最小強度值為23.6MPa，達到設(shè)計強度等級的140.6%，滿足設(shè)計要求。7#住宅樓抽檢結(jié)果：抽檢構(gòu)件中混凝土強度均達到或超過設(shè)計強度等級，其中設(shè)計強度等級為C25構(gòu)件的推定最大強度值為41.1MPa，達到設(shè)計強度等級的164.4%，而構(gòu)件最小強度值為32.7MPa，達到設(shè)計強度等級的130.9%；設(shè)計強度等級為C20構(gòu)件的推定最大強度值為35.2MPa，達到設(shè)計強度等級的176.2%，而構(gòu)件最小強度值為20.0MPa，達到設(shè)計強度等級的100%，滿足設(shè)計要求。8#住宅樓抽檢結(jié)果：抽檢構(gòu)件中混凝土強度均達到或超過設(shè)計強度等級，其中設(shè)計強度等級為C25構(gòu)件的推定最大強度值為35.8MPa，達到設(shè)計強度等級的143.4%，而構(gòu)件最小強度值為25.0MPa，達到設(shè)計強度等級的100.1%；設(shè)計強度等級為C20構(gòu)件的推定最大強度值為32.3MPa，達到設(shè)計強度等級的161.7%，而構(gòu)件最小強度值為21.0MPa，達到設(shè)計強度等級的105.0%，滿足設(shè)計要求。另外，圖2表明，盡管抽檢混凝土構(gòu)件推定強度滿足或基本滿足設(shè)計要求，但強度分布范圍較大，數(shù)據(jù)較離散，呈多峰型(1#樓為單峰)，表明混凝土的均勻性較差，其施工質(zhì)量并不穩(wěn)定。相對而言，所測建筑物混凝土的整體均勻性和施工質(zhì)量由優(yōu)到劣的順序為：1#樓8#樓6#樓7#樓。4.2鋼筋位置及保護層厚度檢測通過抽樣檢測，構(gòu)件內(nèi)鋼筋分布基本均勻，保護層厚度為2048mm。實測典型記錄見圖3。圖3混凝土構(gòu)件鋼筋掃描圖5結(jié)語無損檢測技術(shù)具有非破損、簡便、快速、便于大面積測試等優(yōu)點，已在工業(yè)與民用建筑、水利、電力等工程建設(shè)項目的混凝土質(zhì)量檢測和評價中得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果，并在工程實踐中不斷總結(jié)、完善和提高。超聲回彈綜合法利用聲速和回彈這兩個物理量來推定混凝土強度，較為全面客觀地反映了影響混凝土強度的各種因素，提高了無損法檢測混凝土強度的精度。這是因為聲速主要反映材料的密實度，而密實度與材料強度有關(guān)，同時，由于它穿過材料，因而也反映了材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性、連續(xù)性等各項質(zhì)量指標。回彈值則反映了材料的表面硬度，而硬度也與強度有關(guān)，因此能確切地反映混凝土表面(深3cm左右)的狀態(tài)?？梢?，超聲回彈的綜合應(yīng)用，能較確切地反映構(gòu)件混凝土強度，對保證新建工程質(zhì)量，以及對已建工程的安全性評價等方面提供科學(xué)依據(jù)。其中聲波法還可用于混凝土內(nèi)部缺陷的檢測。而電磁感應(yīng)法鋼筋掃描儀的發(fā)射功率有限，測試深度(即保護層厚度)范圍取決于待測鋼筋的直徑，并與相鄰鋼筋的距離以及周圍其它電磁干擾有關(guān)，故一般情況下鋼筋掃描儀實際測試