混凝土強(qiáng)度的無(wú)損檢測(cè)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(duì)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(qiáng)對(duì)混凝土質(zhì)量檢測(cè)與控制有著至關(guān)重大的意義。

　　

    混凝土強(qiáng)度 的非破損法檢測(cè)是指通過(guò)檢測(cè)儀器測(cè)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(qiáng)度間的相關(guān)關(guān)系,推算出被測(cè)混凝土的強(qiáng)度的方法。其相關(guān)關(guān)系的強(qiáng)度方程是通過(guò)對(duì)相同混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行破壞試驗(yàn),而后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析及數(shù)學(xué)處理得出的方程，也就是常說(shuō)的測(cè)強(qiáng)曲線。

　　

    非破損法檢測(cè)又分為非破損檢測(cè)方法和半破損檢測(cè)方法。因?yàn)榘肫茡p檢測(cè)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(lái)說(shuō)，半破損檢測(cè)方法也可歸到非破損檢測(cè)范疇內(nèi)。

　　

非破損檢測(cè)方法

　　

    非破損檢測(cè)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(qiáng)度與混凝土其他物理量間的相互關(guān)系為基礎(chǔ)測(cè)定相關(guān)物理量，然后根據(jù)測(cè)強(qiáng)曲線推算出混凝土的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度換算值，最后依照統(tǒng)計(jì)原理得出混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的定值或特征強(qiáng)度。這類(lèi)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(cè)普通混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抗壓強(qiáng)度的方法，其實(shí)施過(guò)程為：用一個(gè)彈簧驅(qū)動(dòng)的重錘，通過(guò)彈擊桿（傳力桿）彈擊混凝土表面，測(cè)出重錘被反彈回來(lái)的距離（圖1中的x），以回彈值（反彈距離與彈簧初始長(zhǎng)度之比）作為與強(qiáng)度相關(guān)的指標(biāo)，再由已建立的回歸方程或校準(zhǔn)曲線換算出構(gòu)件混凝土的強(qiáng)度值。其檢測(cè)原理如圖1所示。

　　

　 圖1 混凝土回彈法檢測(cè)示意

　

    回彈法操作簡(jiǎn)便、快速經(jīng)濟(jì)且具有相當(dāng)?shù)木龋虼嗽诨炷翙z測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛。但影響回彈法測(cè)強(qiáng)精確度的因素有很多，如儀器標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、操作方法、現(xiàn)場(chǎng)條件、構(gòu)件選取、測(cè)區(qū)及測(cè)點(diǎn)布置以及計(jì)算方法等。因此要提高檢測(cè)的精度，還需加強(qiáng)對(duì)這些影響因素的分析，合理制定及選擇公式。

　　

    同時(shí)要注意的是，目前我國(guó)回彈法研究成果基本只適用于普通混凝土，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土測(cè)強(qiáng)時(shí)，回彈測(cè)強(qiáng)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(jì)60年代，我國(guó)就具備自行生產(chǎn)回彈儀的能力，經(jīng)過(guò)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(guò)測(cè)量測(cè)距內(nèi)超聲傳播的平均聲速來(lái)推定混凝土強(qiáng)度的方法，其檢測(cè)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(qiáng)度相關(guān)的統(tǒng)計(jì)測(cè)強(qiáng)曲線的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土力學(xué)性能的檢測(cè)和評(píng)估。

　　

　　圖2 混凝土超聲法檢測(cè)示意

　　

    影響混凝土中超聲聲速測(cè)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(gè)反映其組成情況的綜合性指標(biāo)，這就要求建立校正曲線時(shí)，技術(shù)條件盡可能與實(shí)際檢測(cè)環(huán)境接近，以從混凝土材料組分上理解影響聲速測(cè)量的原因，從而在實(shí)測(cè)中加以排除。

　　

    目前超聲法中常用的儀器有：美國(guó)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(cè)混凝土

　　

半破損檢測(cè)方法

　　

    半破損檢測(cè)方法是在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上直接進(jìn)行局部破壞性試驗(yàn)或鉆取芯樣進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，然后根據(jù)試驗(yàn)值與結(jié)構(gòu)混凝土標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行換算，而得到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度換算值，并據(jù)此推算出結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的推定值或特征強(qiáng)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(zhuān)用鉆機(jī)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(duì)芯樣進(jìn)行檢測(cè)來(lái)得到混凝土強(qiáng)度和推測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀、準(zhǔn)確、代表性強(qiáng)，缺點(diǎn)是對(duì)構(gòu)件有局部破損，且價(jià)格昂貴。

　　

　　混凝土鉆芯

　　

【拔出法】

　　

    拔出法是先測(cè)定拔出混凝土中預(yù)埋錨固件時(shí)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(qiáng)度間的相關(guān)關(guān)系，來(lái)推定混凝土強(qiáng)度的方法。該方法于20世紀(jì)30年代問(wèn)世，可分為預(yù)埋拔出法（以LOK試驗(yàn)為代表）和后裝拔出法（以CAOP試驗(yàn)為代表）。

　　

    我國(guó)在1985年前后開(kāi)始了對(duì)該方法的研究，從最初引進(jìn)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(cè)領(lǐng)域。

　　

【綜合法】

　　

    混凝土強(qiáng)度是一個(gè)多要素的綜合指標(biāo)，僅采用單一指標(biāo)是難以全面反映這些要素的。再者混凝土的構(gòu)造因素對(duì)單一指標(biāo)的影響程度與對(duì)強(qiáng)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(duì)試件進(jìn)行綜合分析以獲取多個(gè)物理參數(shù)，并建立混凝土強(qiáng)度與這些物理參量的綜合關(guān)系，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土強(qiáng)度的多角度綜合評(píng)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(cè)方法，它能起到取長(zhǎng)補(bǔ)短、抵消誤差的作用，從而提高檢測(cè)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(cè)強(qiáng)時(shí)，其聲速與混凝土的密實(shí)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(hù)方法等因素的影響較大；而回彈法測(cè)強(qiáng)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(cè)強(qiáng)，則可以較全面地測(cè)定混凝土的質(zhì)量。

　　

    近年來(lái)，超聲鉆芯綜合法、回彈鉆芯綜合法也開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。非破損法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度具有簡(jiǎn)便、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但因影響混凝土強(qiáng)度的因素較多，故推定出的混凝土強(qiáng)度具有一定的離散性，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響。而鉆芯法則更直接，但試驗(yàn)費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，且會(huì)造成結(jié)構(gòu)局部破損。因此，可將兩種方法結(jié)合起來(lái)使用，在混凝土結(jié)構(gòu)上鉆取少量芯樣，將其檢測(cè)結(jié)果與非破損方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比并修正，則可大大提高非破損檢測(cè)的效率和精度。