知識資料結(jié)構(gòu)試驗(九)(新版)知識資料

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁需要課件請或第六節(jié)結(jié)構(gòu)非破損檢測技術(shù)近代實驗技術(shù)的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢驗中，目前更多的是采用非破損或半破損實驗的檢測主意。因為結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測必須以不損傷和不破壞結(jié)構(gòu)本身的使用性能為前提，非破損或半破損檢測主意是檢測結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料的力學(xué)強度、彈塑性性質(zhì)、斷裂性能、缺陷損傷以及耐久性等參數(shù)，其中主要的是材料強度檢測和內(nèi)部缺陷損傷探測兩個方面。結(jié)合我國工程建設(shè)的實踐和現(xiàn)狀，混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測技術(shù)發(fā)展尤為疾馳。一、混凝土結(jié)構(gòu)非破損檢測技術(shù)（一）回彈法檢測混凝土強度回彈法的基本原理是使用回彈儀(圖18—6—1)的彈擊拉簧驅(qū)動儀器內(nèi)的彈擊重錘，通過中央導(dǎo)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比，由它與混凝土強度的相關(guān)關(guān)系來推定混凝土強度?；貜椃y定混凝土強度均采用實驗歸納法，建立混凝土強度—與平均回彈值Rrn及混凝土表面的平均碳化深度dm之間的二元回歸公式。式中A、B、C——為常數(shù)項，按原材料條件等因素不同而變化。回彈法測定混凝土強度對于每一試件的測區(qū)數(shù)目應(yīng)不少于10個。每一測區(qū)的面積不宜大于0．04㎡,每一測區(qū)應(yīng)記取16個回彈值。回彈值測完后，應(yīng)在有代表性的位置上量測混凝土的碳化深度，測點數(shù)不應(yīng)少于構(gòu)件測區(qū)數(shù)的30％。當回彈儀按水平方向測得試件混凝土澆筑側(cè)面的16個回彈值后，分離剔除3個最大值和3個最小值，按余下的10個回彈值取平均值Rm。當回彈儀非水平方向測試混凝土澆筑側(cè)面和當回彈儀水平方向測試混凝土澆筑表面或底面時，應(yīng)將測得回彈平均值按不同測試角度。和不同澆筑面的影響作分離修正。再按每次測試的碳化深度值求得平均碳化深度dm。當碳化深度值極差大于2．0mm時，應(yīng)在每一測區(qū)測量碳化深度值。對于泵送混凝土因為混凝土流動性大，粗骨料粒徑較小，砂率增強，混凝土的砂漿包裹層偏厚等緣故，以致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面硬度較低，因此混凝土強度要按實測碳化深度值舉行修正。檢測時的詳細注重事項可按照《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ／I'23—2001)有關(guān)規(guī)定。最后由實測的Rm和dm值，按測強曲線或《規(guī)程》附錄A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。并由此評定檢測結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強度。（二）超聲脈沖法檢測混凝土強度結(jié)構(gòu)混凝土的抗壓強度與超聲波在混凝土中的傳揚參數(shù)(聲速、衰減等)之間的相關(guān)關(guān)系是超聲脈沖檢測混凝土強度主意的基礎(chǔ)。混凝土是各向異性的多相復(fù)合材料，因為混凝土內(nèi)部存在著廣泛分布的砂漿與骨料的界面和各種缺陷(微裂、蜂窩、孔洞等)形成的界面，使超聲波在混凝土中的傳揚要比在勻稱介質(zhì)中復(fù)雜得多，使聲波產(chǎn)生反射、折射和散射現(xiàn)象，并浮上較大的衰減。在普通混凝土檢測中，通常采用10kHz——500kHz的超聲頻率。超聲波脈沖實質(zhì)上是超聲檢測儀的高頻電振蕩鼓勵儀器換能器中的壓電晶體，由壓電效應(yīng)產(chǎn)生的機械振動發(fā)出的聲波在介質(zhì)中傳揚(圖18—6—2)。混凝土強度愈高，相應(yīng)超聲聲速也愈大．經(jīng)實驗歸納，建立混凝土強度與聲速的關(guān)系曲線(—v曲線)或經(jīng)驗公式。在現(xiàn)場舉行結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測時，應(yīng)挑選試件澆筑混凝土的模板側(cè)面為測試面，普通以200mm×200mm的面積為一測區(qū)。每個測區(qū)內(nèi)應(yīng)在相對測試面上對應(yīng)布置三個測點，相對面上對應(yīng)的輻射和接收換能器應(yīng)在同一軸線上。測試時必須保持換能器與被測混凝土表面有良好的耦合。檢測后，由三個測點的平均聲時值求得聲速的傳揚速度v。當在試件混凝土的澆筑頂面或底面測試時，聲速值應(yīng)按規(guī)定舉行修正。最后由實驗量測的聲速，按—v曲線求得混凝土強度的換算值。檢測時可參考《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》CECS02：88的有關(guān)規(guī)定。（三）超聲回彈綜合法檢測混凝土強度超聲回彈綜合法是建立在超聲傳揚速度和回彈值與混凝土抗壓強度之間互相關(guān)系的基礎(chǔ)上的，以聲速和回彈值綜合反映混凝土的抗壓強度。超聲和回彈都是以混凝土材料的應(yīng)力應(yīng)變行為與強度的關(guān)系為根據(jù)。超聲波在混凝土材料中的傳揚速度反映了材料的彈性性質(zhì)，因為聲波穿透被檢測的材料，因此也反映了混凝土內(nèi)部構(gòu)造的有關(guān)信息?；貜椃ǖ幕貜椫捣从沉嘶炷恋膹椥孕再|(zhì)，同時在一定程度上也反映了混凝土的塑性性質(zhì)，但它只能確切反映混凝土表層約3cm左右厚度的狀態(tài)。當采用超聲和回彈綜合法時，它既能反映混凝土的彈性，又能反映混凝土的塑性。既能反映混凝土的表層狀態(tài)，又能反映混凝土的內(nèi)部構(gòu)造。這樣通過不同物理參量的測定，可以由表及里的，較為確切地反映混凝土的強度。采用超聲回彈綜合法檢測混凝土強度，能對混凝土的某些物理參量在采用超聲或回彈法單一測量時產(chǎn)生的影響得到互相補償。如對回彈值影響最為顯著的碳化深度在綜合法中可不予修正，緣故是碳化深度較大的混凝土，因為它的齡期：較長而其含水量相應(yīng)降低，以致聲速稍有下降，因此在綜合關(guān)系中可以抵消因碳化使回彈值升高所造成的影響。所以，用綜合法的—v—Rm關(guān)系推算混凝土強度時，不須測量碳化深度和考慮它所造成的影響。實驗證實，超聲回彈綜合法的測量精度優(yōu)于超聲或回彈單一主意，并減少了量測誤差。采用超聲回彈綜合法檢測混凝土強度時，超聲的測點應(yīng)布置在同一個測區(qū)的回彈值的測試面上，測量聲速的探頭的安裝位置不宜與回彈儀的彈擊點相重疊。測點布置如圖18—6—3所示，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的每一測區(qū)內(nèi)，宜先舉行回彈測試，后舉行超聲測試，同時要注重，惟獨同一個測區(qū)內(nèi)所測得的回彈值和聲速值才干作為推算混凝土強度的綜合參數(shù)，不同測區(qū)的測量值不得混用。在超聲回彈綜合檢測時，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上每一測區(qū)的混凝土強度換算值是按照該區(qū)實測的超聲波聲速v及回彈平均值Rm，按事先建立的—v—Rm關(guān)系曲線推定的，隨后按《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》CECS02：88的規(guī)定評定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的混凝土強度。（四）鉆芯法檢測混凝土強度鉆芯法實驗是使用專用的取芯鉆機(圖18—6—4)，從被檢測的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上直接鉆取圓柱形的混凝土芯樣，并按照芯樣的抗壓實驗由抗壓強度推定混凝土的立方抗壓強度。它不需要建立混凝土的某種物理量與強度之間的換算關(guān)系，被認為是一種較為直觀可靠的檢測混凝土強度的主意。因為需要從結(jié)構(gòu)構(gòu)件上取樣，對原結(jié)構(gòu)有局部損傷，所以是一種能反映被試結(jié)構(gòu)混凝土實際狀態(tài)的現(xiàn)場檢測的半破損實驗主意。鉆孔取芯機是帶有人造金剛石的薄壁空芯圓筒形鉆頭的專用機具，由電動機驅(qū)動，從被測試件上直接截取與空芯筒形鉆頭內(nèi)徑相同的圓柱形混凝土芯樣。我國規(guī)定，以φ100mm及φ150mm，高徑比為1—鉆芯法檢測不宜用于混凝土強度等級低于C10的結(jié)構(gòu)。鉆取芯樣應(yīng)在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力較小的部位和混凝土強度質(zhì)量具有代表性的部位，應(yīng)避免主筋、預(yù)埋件和管線的位置。對于單個構(gòu)件檢測時，鉆芯數(shù)量不應(yīng)少于3個。對于較小的構(gòu)件，可取2個。當對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部區(qū)域舉行檢測時，取芯位置和數(shù)量可由已知質(zhì)量薄弱部位的大小決定，檢測結(jié)果僅代表取芯位置的混凝土質(zhì)量，不能據(jù)此對囫圇構(gòu)件及結(jié)構(gòu)強度作出總體評價。當采用其他非破損主意與鉆芯綜合檢測時，鉆芯位置應(yīng)與該主意的測點布置在同一測區(qū)。鉆取的芯樣試件宜在與被檢測結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的混凝土干濕度基本一致的條件下舉行抗壓實驗，求得芯樣試件的混凝土強度值。對于h／d=1的φ00mm或φ50mm芯樣試件的抗壓強度測試值，可直接作為混凝土的強度換算值。當芯樣高徑比h／d>1時，強度換算值應(yīng)按規(guī)定舉行修正。單個構(gòu)件或單個構(gòu)件的局部區(qū)域可取芯樣試件混凝土強度換算值中的最小值作為其代表值。檢測時必須按《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》CECS03：88的規(guī)定和要求舉行鉆孔，取芯后結(jié)構(gòu)上留下的孔洞必須及時舉行修補，普通情況下，修補后構(gòu)件的承載能力仍可能低于未鉆孔前的承載能力，所以，鉆芯法不宜普遍使用，更不宜在一個受力區(qū)域內(nèi)擴散鉆孔取芯。（五）拔出法檢測混凝土強度拔出法實驗是用一金屬錨固件預(yù)埋入未硬化的混凝土澆筑構(gòu)件內(nèi)(預(yù)埋法)，或在已硬化的混凝土構(gòu)件上鉆孔埋入一金屬錨固件(后裝法)，然后測試錨固件被拔出時的拉力，由被拔出的錐臺形混凝土塊的投影面積，決定混凝土的拔出強度，并由此推算混凝上的立方抗壓強度，也是一種半破損實驗的檢測主意。見圖18—6—5。預(yù)埋法常用于決定混凝土的停止養(yǎng)護、拆模時光及施加后張法預(yù)應(yīng)力的時光，按事先計劃要求布置測點。后裝法則較多用于已建結(jié)構(gòu)混凝土強度的現(xiàn)場檢測，檢測混凝土的質(zhì)量和判斷硬化混凝土的現(xiàn)有實際強度。我國對后裝拔出法研究較多，并已頒布有關(guān)規(guī)程，在工程建設(shè)中實施和應(yīng)用。后裝拔出法的實驗裝置有圓環(huán)式和三點式兩種，見圖18—6—6所示。圓環(huán)式拔出裝置適用于粗骨料粒徑d≤40mm的混凝土，實驗時對混凝土損傷較小，但要求測試部位表面溫凝土必須平整。三點式拔出裝置適用于粗骨料粒徑d≤60mm的混凝土，實驗時對混凝士損傷較大，但對測試部位表面平整度要求不高。拔出法實驗的加荷裝置是一專用的手動油壓拉拔儀，見圖18—6—7。囫圇加荷裝置是支承在承力環(huán)或三點支承的承力架上，油缸進油時對拔出桿勻稱施加拉力，在油壓表或荷載傳感器上指示拔力。采用后裝法舉行單個構(gòu)件檢測時，應(yīng)在構(gòu)件上勻稱布置3個測點。當3個拔出力中最大拔出力和最小拔出力與中間值之差均小于中間值的15％時，僅布置3個測點即可；當最大拔出力或最小拔出力與中間值之差大于中間值的15％時(包括兩者均大于中間值的15％)時，應(yīng)在最小拔出力的測點附近再加測2個測點；當同批構(gòu)件按批抽樣檢測時，抽檢數(shù)量應(yīng)不少于同批構(gòu)件的30％，且不少于10件，每個構(gòu)件不應(yīng)少于3個測點。測點宜布置在構(gòu)件澆筑成型的側(cè)面，如不能滿意時，可布置在混凝土成型的表面或底面。在構(gòu)件的受力較大及薄弱部位應(yīng)布置測點。相鄰兩點的間距不應(yīng)小于10h，測點距試件邊緣不應(yīng)小于4h，(h為錨固件的錨固深度)。檢測時應(yīng)按《后裝拔出法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》CECS69：94的規(guī)定和要求舉行，并舉行混凝土強度的換算和推定。（六）超聲法檢測混凝土缺陷超聲波檢測混凝土缺陷主要是采用低頻超聲儀，測量超聲脈沖中縱波在結(jié)構(gòu)混凝土中的傳揚速度、首波幅度和接收信號主頻率等聲學(xué)參數(shù)。當結(jié)構(gòu)混凝土中存在缺陷或損傷時，超聲脈沖通過缺陷時產(chǎn)生繞射，傳揚的聲速要比相同材質(zhì)無缺陷混凝土的傳揚聲速要小，聲時偏長。更因為在缺陷界面上產(chǎn)生反射，因而能量顯著衰減，波幅和頻率顯然降低，接收信號的波形平緩甚至發(fā)生畸變。綜合聲速、波幅和頻率等參數(shù)的相對變化，對同條件下的混凝土舉行比較，判斷和評定混凝土的缺陷和損傷情況。1．混凝土裂縫深度檢測(1)單面平測法當結(jié)構(gòu)的裂縫部位惟獨一個可測表面，預(yù)計裂縫深度又不大于500mm時，可采用單面平測法。平測時應(yīng)在裂縫被測部位，以不同測距按跨縫和不跨縫布置測點(布點時應(yīng)避免鋼筋的影響)舉行檢測。如圖18—6—8(a)。平測法檢測裂縫深度按下式計算：式中hci——第i點計算的裂縫深度(㎜)；li—不跨縫平測時第i點的超聲波實際傳揚距離(㎜)；—第i點跨縫平測的聲時值(μs)；v——不跨縫平測的混凝土聲速值(km／s)。這時不跨縫平測的混凝土聲速值可由不跨縫平測“時—距”坐標圖(圖18—6—8(b))求得．式中l(wèi)’n，l’1—第n點和第1點的測距(㎜)；tn、tl——第n點和第1點的聲速值(μs)。(2)雙面斜測法當結(jié)構(gòu)的裂縫部位具有兩個互相平行的測試表面時，可采用雙面穿透斜測法檢測。采用斜測法時，換能器按如圖18—6—9布置，并逐點對測相應(yīng)測點聲時值ti、波幅值A(chǔ)i和主頻率值fi變化情況，判定裂縫的深度以及是否在所處斷面內(nèi)貫通。(3)鉆孔對測法對于在大體積混凝土中預(yù)計深度在500mm以上的深裂縫，采用鉆孔對測法探測。見圖18—6—10。在裂縫兩側(cè)鉆兩孔(A、B)，孔徑應(yīng)比所用換能器直徑大5—10mm，孔深應(yīng)不小于比裂縫預(yù)計深度深700mm。經(jīng)測試如淺于裂縫深度，則應(yīng)加深鉆孔，孔距宜為2000mm。應(yīng)選用頻率為20—60kHz的徑向振動式瘓能器，測試前向測孔中灌注清水，作為耦合介質(zhì)，將發(fā)射和接收換能器分離置人裂縫兩側(cè)的對應(yīng)孔中，以相同高程等距(100—400mm)自上至下同步移動，在不同的深度上舉行對測，逐點讀取聲時和波幅數(shù)據(jù)。繪制換能器的深度和對應(yīng)波幅值的h—A坐標圖，如圖18—6—11所示。波幅值隨換能器下降的深度逐漸增大，當波幅達到最大并基本穩(wěn)定的對應(yīng)深度，便是裂縫深度hc。測試時，可在混凝土裂縫測孔的一側(cè)另鉆一個深度較淺的比較孔(C)(圖18—6—10a)，通過B、C兩孔測試同樣測距下無裂縫混凝土的聲學(xué)參數(shù)，與裂縫部位的混凝土對照，舉行判別。鉆孔對測法探測和鑒別混凝土質(zhì)量的主意，同樣可應(yīng)用于混凝土鉆孔灌注樁和鋼管混凝土的質(zhì)量檢測。2．混凝土內(nèi)部不密實區(qū)和空洞檢測當結(jié)構(gòu)具有兩對互相平行的測試面時可采用對測法。在測區(qū)的兩對互相平行的測試面上，分離畫間距為100～300mm的網(wǎng)格，決定測點的位置(圖18—6—12)。對于惟獨一對互相平行的測試面時可采用對測和斜測相結(jié)合的主意。即在測區(qū)的兩個互相平行的測試面上，分離畫出網(wǎng)格線可在對測的基礎(chǔ)上舉行交錯斜測(圖18—6—13)。當結(jié)構(gòu)測試距離較大時，可采用鉆孔或預(yù)埋管測試法。換能器測點布置如圖18-6—14所示。在測位處預(yù)埋測試管或鉆出豎向測試孔，預(yù)埋管內(nèi)徑或鉆孔直徑宜比換能器直徑大5—10mm，其深度可按測試深度需要而決定。檢測時可用一個徑向振動式和一個厚度振動式換能器，分離置于孔中和平行于測孔的側(cè)面舉行測試。也可在相距預(yù)埋管或鉆孔間距2～3m處另設(shè)一個測孔，并同時用兩個徑向振動式換能器分離置于兩側(cè)孔中舉行測試，如圖18-6-10(b)。測試時，記錄每一測點的聲波、波幅、主頻率和測距。當某些測點聲時延伸，聲能被吸收和散射，波幅降低，高頻部分顯然衰減的異常情況時，通過對照同條件混凝土的聲學(xué)參量，決定混凝上內(nèi)部存在不密實區(qū)域和空洞的范圍。按照超聲法檢測混凝土缺陷的原理，尚可