公路橋梁材料性能檢測(cè)

第三章公路橋梁材料性能檢測(cè)鋼筋混凝土的價(jià)格低廉、成形容易、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，使之幾乎取代了其他所有的橋梁建筑材料。但隨著時(shí)間的推移，鋼筋混凝土出現(xiàn)了一些人們所沒(méi)有認(rèn)識(shí)到的危害，如混凝土的老化、碳化以及鋼筋的銹蝕等許多不可逆的物理、化學(xué)變化，使鋼筋混凝土的壽命大大地打了折扣。公路橋梁材料性能檢測(cè)是對(duì)其結(jié)構(gòu)及部件的材料質(zhì)量所存在的缺損狀況進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)、試驗(yàn)、判斷的過(guò)程，是對(duì)橋梁的專門檢驗(yàn)，屬于橋梁診斷的范疇。根據(jù)缺損的類型、位置和檢測(cè)要求可選擇表面測(cè)量、無(wú)破損檢測(cè)、半破損檢測(cè)等。

$3.1公路橋梁材料性能檢測(cè)

橋梁檢測(cè)是指在橋梁檢查的基礎(chǔ)上，借助相關(guān)儀器設(shè)備，對(duì)橋梁材料、質(zhì)量和工作性能等所做的更加精確的檢測(cè)與試驗(yàn)。隨著橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)的形式與功能日趨復(fù)雜，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，橋梁結(jié)構(gòu)難免會(huì)發(fā)生各種各樣的損傷，于是橋梁檢測(cè)、監(jiān)測(cè)就成為橋梁結(jié)構(gòu)安全、正常使用的第二道保證措施。如何對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的質(zhì)量檢測(cè)和安全監(jiān)測(cè)也已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界的熱點(diǎn)?；炷连F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)回彈法、超聲法、超聲回彈綜合法鉆芯法、貫入法、拔拉法、拉脫法鋼筋銹蝕檢測(cè)碳化深度檢測(cè)缺陷損傷檢測(cè)目測(cè)法超聲波探傷法聲波檢測(cè)法射線照相法放射測(cè)定法紅外線熱測(cè)法雷達(dá)檢測(cè)法均勻性檢測(cè)結(jié)合面檢測(cè)表面損傷檢測(cè)不密實(shí)區(qū)檢測(cè)淺裂縫檢測(cè)深裂縫檢測(cè)直接檢測(cè)間接檢測(cè)橋梁材料性能檢測(cè)內(nèi)容3.1.1混凝土強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

檢測(cè)、評(píng)定沒(méi)有或缺乏技術(shù)資料的橋梁時(shí)，需直接測(cè)定實(shí)橋結(jié)構(gòu)材料的機(jī)械力學(xué)性能。即是技術(shù)資料較為完整，為了檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)材料的實(shí)際情況是否與資料相符，也需測(cè)定橋梁材料的機(jī)械力學(xué)性能。而且，隨著時(shí)間的變化，橋梁材料的性能也會(huì)發(fā)生一定的變化。因此，混凝土強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)很重要。混凝土強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法目前主要有非破損檢測(cè)法和半（微）破損檢測(cè)法。非破損檢測(cè)法主要有回彈法、超聲波法、超聲-回彈綜合法等。半（微）破損檢測(cè)法主要有拔出法、鉆芯法、拔脫法、射擊法等。其中最常用的方法有回彈法、鉆芯法、超聲-回彈綜合法、拔出法等。（一）鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度

鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度是指利用特定設(shè)備，從混凝土結(jié)構(gòu)中鉆取芯樣，以測(cè)定普通混凝土強(qiáng)度的方法。1、鉆芯取樣檢測(cè)混凝土強(qiáng)度應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）有些情況下不宜采用回彈、超聲等非破損方法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度時(shí)，可采用鉆芯取樣法。如混凝土內(nèi)外質(zhì)量不一致；混凝土腐蝕或火災(zāi)；混凝土在硬化過(guò)程中凍傷等。（2）結(jié)合非破損檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)鉆取少量芯樣，以提高非破損檢測(cè)的測(cè)試精度。如非破損測(cè)強(qiáng)曲線技術(shù)條件差異較大，又如舊混凝土結(jié)構(gòu)等。（3）對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)小于C10的混凝土，不易采用鉆芯法。（4）對(duì)于正在工作中的結(jié)構(gòu)，特別是經(jīng)使用多年的舊結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量采用非破損檢測(cè)技術(shù)，必須采用鉆心法時(shí)，對(duì)取樣位置、取樣數(shù)量等應(yīng)嚴(yán)格控制。（5）鉆取芯樣后的構(gòu)件應(yīng)及時(shí)對(duì)孔洞進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)可采用樹脂或微膨脹細(xì)骨料混凝土。2、鉆芯取樣的設(shè)備:鉆芯機(jī)、鋸切機(jī)、研磨機(jī)、探測(cè)鋼筋位置的磁感儀、雷達(dá)等3、芯樣鉆取應(yīng)符合以下要求：①芯樣鉆取位置應(yīng)盡量選在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力較小的部位；選取混凝土強(qiáng)度有代表性的部位；取芯位置應(yīng)盡量避開鋼筋、管線；用鉆芯法與非破損法綜合測(cè)定強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)與非破損法取同一測(cè)區(qū)。②按單個(gè)構(gòu)件檢測(cè)時(shí)，每個(gè)構(gòu)件的芯樣數(shù)不應(yīng)少于3個(gè)，較小構(gòu)件可取2個(gè)。③芯樣直徑不宜小于骨料最大粒徑的3倍，并不得小于骨料最大粒徑的2倍。芯樣直徑一般為100mm或150mm，芯樣的高度直徑比應(yīng)在1～2的范圍內(nèi)。

4、影響芯樣強(qiáng)度的因素很多，主要影響因素有：芯樣尺寸，特別是芯樣高度對(duì)其抗壓強(qiáng)度影響較大。一般來(lái)說(shuō)芯樣高度與直徑均為100mm時(shí)與150mm立方體試件強(qiáng)度相當(dāng)。芯樣含筋率對(duì)其強(qiáng)度有一定影響。芯樣的含水量對(duì)強(qiáng)度影響明顯。5、芯樣強(qiáng)度的換算值系指芯樣將實(shí)測(cè)強(qiáng)度換算成150mm，立方體試件的抗壓強(qiáng)度值。換算值按下式計(jì)算：（3-2-1）式中：——試件混凝土強(qiáng)度換算值（MPa），精確至0.1；——試驗(yàn)時(shí)施加的最大壓力（N）；——芯樣平均直徑（mm）；——高徑比換算系數(shù)，按表3-2-1采用。系數(shù)高徑比(h/d)1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.01.001.041.071.101.131.151.171.191.211.221.24（二）回彈法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度

回彈法主要測(cè)試儀器是回彈儀（機(jī)械式無(wú)損檢測(cè)儀器）。因混凝土的抗壓強(qiáng)度與其表面硬度之間存在一定的關(guān)系，而回彈儀的彈擊錘被一定的彈力打擊在混凝土表面上，回彈高度（即回彈值）與混凝土表面硬度有一定的比例關(guān)系。因此可用回彈值反映混凝土表面硬度，從而推出混凝土的抗壓強(qiáng)度。按照能量的不同，分為輕型、中型及重型回彈儀。橋梁經(jīng)常使用的是中型回彈儀，能量為2.207焦耳。測(cè)量誤差偏大，一般認(rèn)為在15%左右。重點(diǎn)介紹測(cè)試方法及步驟1．測(cè)區(qū)、測(cè)點(diǎn)的選擇單個(gè)構(gòu)件檢測(cè)時(shí)，應(yīng)在每個(gè)構(gòu)件上均勻布置測(cè)區(qū)。對(duì)一個(gè)方向的尺寸不小于4.5m，另一個(gè)方向的尺寸不小于0.3m的構(gòu)件，測(cè)區(qū)數(shù)不應(yīng)少于10個(gè)；當(dāng)不滿足上述條件時(shí)，測(cè)區(qū)數(shù)不應(yīng)少于5個(gè)。批量檢測(cè)時(shí)，抽檢數(shù)量不得少于同批構(gòu)件總數(shù)的30％，且不少于10件，測(cè)區(qū)應(yīng)選在使回彈儀處于水平方向檢測(cè)混凝土澆筑側(cè)面，當(dāng)不滿足這一要求時(shí)，可使回彈儀處于非水平方向的混凝土澆筑側(cè)面、表面、底面。相鄰兩測(cè)區(qū)的間距應(yīng)控制在2m以內(nèi)，測(cè)區(qū)的面積不宜大于0.04m2；同一測(cè)點(diǎn)只能彈擊一次，每個(gè)測(cè)區(qū)應(yīng)記取16個(gè)回彈值。

2．測(cè)區(qū)平均回彈值的計(jì)算

當(dāng)回彈儀水平方向測(cè)試混凝土澆灌方向的側(cè)面時(shí)，應(yīng)從測(cè)區(qū)兩個(gè)相對(duì)測(cè)試面的16個(gè)回彈值中，分別去除3個(gè)最大值與最小值，剩余的10個(gè)回彈值按下式計(jì)算：

(3-2-2)式中：——測(cè)區(qū)平均回彈值（計(jì)算精確至一位小數(shù)）；——第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的回彈值。修正：角度修正、澆筑面修正

3．平均碳化深度的計(jì)算

混凝土碳化深度會(huì)直接影響混凝土表面硬度，故應(yīng)考慮混凝土碳化深度對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響?；貜椃y(cè)量完成后，選取有代表性的位置測(cè)量碳化深度，測(cè)點(diǎn)不應(yīng)少于構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)量的30％，且不應(yīng)少于3次，當(dāng)出現(xiàn)測(cè)區(qū)碳化深度值極差大于2.0mm時(shí)，預(yù)示混凝土強(qiáng)度不均勻，要求在每一測(cè)區(qū)測(cè)量碳化深度。測(cè)量碳化深度值時(shí)，可用鉆頭、鑿子等合適的工具在測(cè)區(qū)表面鑿成直徑約15mm的孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度（一般取為保護(hù)層厚度）。然后除凈孔洞中的粉末和碎屑（不得用水沖洗），立即用濃度為1％酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，再用深度測(cè)量工具測(cè)量已碳化與未碳化混凝土交界面（顏色變化處）到混凝土表面的垂直距離多次，取其平均值。該距離即為混凝土的碳化深度值。每次讀數(shù)精確至0.5mm。

4．測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度值計(jì)算構(gòu)件第i個(gè)測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值可由平均回彈值和平均碳化深度值查測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算表（JGJ/T23-2001的附錄A）可得。計(jì)算構(gòu)件混凝土強(qiáng)度平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。①當(dāng)結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)少于10個(gè)時(shí)：②當(dāng)結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件測(cè)區(qū)強(qiáng)度值中出現(xiàn)小于10.0MPa時(shí)：＝10.0MPa③當(dāng)結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)不少于10個(gè)或者按批量檢測(cè)時(shí)：

5．測(cè)強(qiáng)曲線

在進(jìn)行測(cè)區(qū)強(qiáng)度換算時(shí)，要用到測(cè)強(qiáng)曲線。測(cè)強(qiáng)曲線有統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線、地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線和專業(yè)測(cè)強(qiáng)曲線。統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線是由全國(guó)代表性的材料、成型養(yǎng)護(hù)工藝配制的混凝土試件，通過(guò)試驗(yàn)所建立的回彈代表值與測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度的關(guān)系曲線。統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線已經(jīng)使用了近20年，效果較好，《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2001）中的測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算表是據(jù)統(tǒng)一曲線繪制的，抗壓強(qiáng)度適用范圍為10～60MPa。地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線是通過(guò)本地區(qū)常用的材料、成型養(yǎng)護(hù)工藝建立的曲線。專用測(cè)強(qiáng)曲線是由與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土相同的材料、成型養(yǎng)護(hù)工藝所建立的曲線。強(qiáng)度換算時(shí)應(yīng)按專用測(cè)強(qiáng)曲線，地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線，統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線的次序選用。（三）超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)中，還有一種常用的方法是用超聲波的方法來(lái)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，當(dāng)聲波在混凝土中傳播時(shí)，其縱波波速的平方與混凝土的彈模成正比，與密度成反比，而混凝土的強(qiáng)度又與其密度有關(guān)。一般而言，聲波在混凝土傳播速度越快，其強(qiáng)度就越高。正是利用聲速與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的方法即為超聲法。單獨(dú)采用回彈法和超聲法均有其缺陷。對(duì)回彈法來(lái)說(shuō)，如果檢測(cè)條件與測(cè)強(qiáng)曲線的適用條件差異較大，且又未能以鉆芯取樣法修正時(shí)，此時(shí)精度就不高。采用超聲法時(shí)，其精度也在很大程度上取決于檢測(cè)條件與測(cè)強(qiáng)曲線所適用條件之間的差異。所以工程中很少單獨(dú)采用超聲法來(lái)測(cè)混凝土強(qiáng)度。超聲回彈綜合法是以超聲波穿透試件內(nèi)部的聲速值和試件表面硬度的回彈值來(lái)綜合檢測(cè)結(jié)構(gòu)混凝土的抗壓強(qiáng)度的方法。這一方法是20世紀(jì)60年代研究開發(fā)出的一種無(wú)損檢測(cè)法，與單一方法比較，其精度高，適應(yīng)范圍廣，在我國(guó)建工、公路、鐵路系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用。（四）拔出法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度

拔出法屬于微破損檢測(cè)范疇。它具有精度高，破損程度小、使用方便、適用范圍廣等特點(diǎn)。這一方法是在硬化混凝土表面鉆孔、磨槽、嵌入錨固件，使用拔出儀進(jìn)行拔出試驗(yàn)，測(cè)定極限拔出力，并根據(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。拔出法有兩種，其一是在澆筑混凝土?xí)r預(yù)先埋入錨固件，待混凝土硬化后進(jìn)行拔出試驗(yàn)，稱為預(yù)埋拔出法；其二是在硬化的混凝土構(gòu)件上嵌入錨固件后進(jìn)行拔出試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3-2-4。圖中三點(diǎn)式拔出試驗(yàn)裝置適用于粗骨料最大粒徑不大于60mm的混凝土，圓環(huán)式試驗(yàn)裝置適用于粗骨料最大粒徑不大于40mm的混凝土。3.1.2混凝土缺陷損傷的檢測(cè)

橋梁在施工、使用過(guò)程中，構(gòu)件往往會(huì)產(chǎn)生一些缺陷和損傷?；炷翗?gòu)件中常見(jiàn)的缺損有裂縫、碎裂、剝落、層離、蜂窩、空洞、腐蝕和鋼筋銹蝕等。鋼構(gòu)件中常見(jiàn)的的缺損主要有銹蝕、裂縫（包括由于應(yīng)力集中和疲勞等引起的裂縫）、機(jī)械損傷、局部變形、焊縫缺陷和防護(hù)層損壞等。這些缺陷和損傷往往會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物的承載能力和耐久性，因此是橋梁養(yǎng)護(hù)工作中必須檢測(cè)的項(xiàng)目?；炷撂絺且詿o(wú)損檢測(cè)的手段，確定混凝土內(nèi)部缺陷的存在、大小、位置和性質(zhì)。超聲法是目前使用最多、最有效的探傷方法。此外，超聲探傷法也常用來(lái)探查鋼材、焊縫和混凝土中存在的裂縫、空洞、夾渣及火災(zāi)損傷等超聲法混凝土缺陷檢測(cè)主要有以下幾方面的內(nèi)容:混凝土均勻性檢測(cè)，混凝土結(jié)合面質(zhì)量檢測(cè)，混凝土表面損傷層檢測(cè)，混凝土不密實(shí)區(qū)和空洞檢測(cè)，裂縫檢測(cè)等。這里只介紹一些常用的檢測(cè)方法，詳細(xì)內(nèi)容可參照《超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》（CECS21:2000）。

（一）超聲法的基本原理

聲波按照頻率的不同分為次聲波（頻率小于20Hz）、可聞聲波（頻率在20赫茲----20000赫茲之間）、超聲波（大于20kHz）及特超聲波四類。超聲波首先是一種聲波，是一種機(jī)械表，只是頻率較高。本身具有機(jī)械波的很多特性，例如繞射、反射、衰減、波形畸變等。1、混凝土超聲波探傷采用以下四點(diǎn)作為判別缺陷的基本參數(shù)：①因低頻超聲在混凝土中遇到缺陷時(shí)發(fā)生繞射，故可按聲時(shí)、聲程的變化，判別和計(jì)算缺陷的大?。虎谝虺暡ㄔ谌毕萁缑嫔袭a(chǎn)生反射，故可按到達(dá)接收探頭時(shí)能量顯著衰減的現(xiàn)象判斷缺陷的存在及大小；③因超聲脈沖各頻率成分在遇到缺陷時(shí)衰減程度不同，故可按接收頻率明顯降低，或接收波頻譜產(chǎn)生差異來(lái)判別內(nèi)部缺陷；④因超聲波在缺陷處波形轉(zhuǎn)換和疊加，故可按其造成的接收波形畸變現(xiàn)象判別缺陷。（二）混凝土均勻性檢測(cè)混凝土的不均勻性可引起脈沖速度的差別，這種差別和質(zhì)量差別相關(guān)。脈沖速度的測(cè)量可以用來(lái)研究混凝土的均勻性，為達(dá)此目的，應(yīng)選定足夠均勻地布置該混凝土結(jié)構(gòu)的若干測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距一般為200～500mm，測(cè)點(diǎn)布置時(shí)應(yīng)避開與聲波傳播方向一致的鋼筋（這種平行方向的鋼筋對(duì)探測(cè)結(jié)果影響很大）。各測(cè)點(diǎn)的聲速值按下式計(jì)算：

(3-2-21)各測(cè)點(diǎn)混凝土的聲速平均值和標(biāo)準(zhǔn)差及離差系數(shù)按下式計(jì)算：根據(jù)比較相同測(cè)距的同類結(jié)構(gòu)或各部位混凝土均勻性的優(yōu)劣。（三）混凝土結(jié)合面質(zhì)量檢測(cè)

測(cè)試前應(yīng)確定結(jié)合面的位置及走向，以正確確定需測(cè)部位及布置測(cè)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)的被測(cè)部位應(yīng)具有使聲波垂直或斜穿結(jié)合面的一對(duì)平行測(cè)試面；布置測(cè)點(diǎn)應(yīng)避開平行聲波傳播方向的主鋼筋或預(yù)埋鐵件。測(cè)點(diǎn)也可采用斜測(cè)法布置測(cè)點(diǎn)（圖3-2-5），測(cè)點(diǎn)應(yīng)使測(cè)試范圍覆蓋全部結(jié)合面或有懷疑的部位。各對(duì)T、R換能器連線的傾斜角及測(cè)距應(yīng)相等。測(cè)點(diǎn)的間距視結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)合面外觀質(zhì)量情況而定，可控制在100～300mm。在測(cè)出各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)、波幅和頻率值后，對(duì)某一測(cè)區(qū)各測(cè)點(diǎn)聲時(shí)、波幅和頻率值分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和異常值判斷。當(dāng)通過(guò)結(jié)合面的某些測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)異常，并可排除其它因素影響時(shí)，可判定混凝土結(jié)合面在該處結(jié)合不良。（四）裂縫檢測(cè)

1、淺裂縫檢測(cè)當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位只有一個(gè)可測(cè)表面且估計(jì)的裂縫深度又不大于500mm時(shí)，可采用單面平測(cè)法。先確定平均波速，而后確定跨縫測(cè)量聲時(shí)，根據(jù)聲時(shí)延長(zhǎng)的情況確定裂縫的深度。當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位具有兩個(gè)相互平行的測(cè)試表面時(shí)，可采用雙面穿透斜測(cè)法。測(cè)點(diǎn)布置如圖3-2-10所示，將T、R換能器分別置于兩個(gè)測(cè)試表面對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)1、2、3……的位置讀取相應(yīng)聲時(shí)值、波幅值及主頻。當(dāng)T、R換能器的連線通過(guò)裂縫，根據(jù)波幅、聲時(shí)和主頻突變可以評(píng)定裂縫深度以及是否在所處斷面內(nèi)貫通。2、深裂縫檢測(cè)（鉆孔檢測(cè)）被測(cè)結(jié)構(gòu)上鉆取的測(cè)試孔應(yīng)滿足下列要求：①孔徑應(yīng)至少比裂縫預(yù)計(jì)深度深700mm，經(jīng)測(cè)試如淺于裂縫深度，則應(yīng)加