结构实验技术讲稿非破损检测第013次.ppt

Lab of Prof. Tian Shizhu 1 苏州科技学院 土木工程学院 结构实验技术 田石柱 教授 Lab of Prof. Tian Shizhu 2 第三章 结构非破损检测方法 混凝土强度检验评定标准(GBJ l0787)规定： “当对混凝土强度试件的代表性有怀疑时，可 用从结构中钻取试样的方法或采用非破损检验方法 ，按有关标准的规定对结构或构件中混凝土的强度 进行推定” Lab of Prof. Tian Shizhu 3 第三章 结构非破损检测方法 非破损检验方法： 就是指在不影响结构或构件受力性能或其他 使用功能的前提下，直接在结构或构件上通过测 定某些适当的物理量，并通过这些物理量与混凝 土强度的相关性，进而推定混凝土强度的检测方 法。 Lab of Prof. Tian Shizhu 4 一、结构混凝土无损检测技术的适用范围 1结构混凝土的强度检测 (1) 由于施工控制不严，或施工过程中某种意外事故可能 影响混凝土的质量，以及发现预留试块的取样、制作、养 护、抗压试验等不符合有关技术规程或标准所规定的条款 ，怀疑预留的试块强度不能代表结构混凝土的实际强度时 ，应采用无损检测方法(包括半破损检测方法)检测和推定 混凝土强度，作为结构混凝土是否应进行处理的依据。 3.1 概 述 Lab of Prof. Tian Shizhu 5 (2) 当需要了解混凝土在施工期间的强度增长情况，以便 满足结构或构件的拆模、出养护池、出厂、吊装、预应力 筋张拉或放张，以及施工期间负荷对混凝土强度的要求时 ，可运用无损检测方法连续监测结构混凝土强度的发展， 以便及时调整施工进程。 (3) 对已建成结构需要进行维修、加层、拆除等决策时， 或受灾害性因素影响时，可采用无损检测方法对原有混凝 土进行强度推定，以便提供改建、加固设计时的基本强度 参数和其它设计依据。 3.1 概 述 Lab of Prof. Tian Shizhu 6 2结构混凝土内部缺陷的检测 由于施工不慎等原因，在结构混凝土中会出现一些外 露或隐蔽的内部缺陷。即使整个结构或构件的混凝土的普 遍强度已达到设计要求，这些缺陷的存在也会使结构或构 件的整体承载力严重下降，因此，必须探明缺陷的部位、 大小和性质，以便采取切实的修补措施，排除工程隐患。 3.1 概 述 Lab of Prof. Tian Shizhu 7 混凝土缺陷的检测，大体上有以下四种情况： l 施工中混凝土未捣实或模板漏浆，以及施工缝粘结不良等 原因，造成局部疏松、蜂窝、孔洞、灌浆粘合不全、施工 缝结合不良等缺陷、需要检测缺陷位置、范围和性质。 l 施工中因温度变形及干燥收缩，以及早期施工过载所形成 的早期裂缝，需检测其开展深度和走向。 l 结构混凝土受环境侵蚀或灾害性损害，产生由表及里的层 状损伤，需检测受损层的厚度与范围。 l 混凝土承载后产生受力损伤，形成裂缝，需检测裂缝的开 展深度。 Lab of Prof. Tian Shizhu 8 3结构混凝土其他性能检测 所谓其他性能，主要是指与结构物使用功能有关的各种性能 。 例如，耐久性、钢筋锈蚀、抗渗性、受冻层深度、脆性等。 由于混凝土的其它性能往往与抗压强度有某种相关性，因而 通常认为在强度验收中已予体现。但是，由于现代工程结构 物所处的环境越来越复杂，对其他性能的要求越来越高，人 们也越来越清楚地认识到其他性能与强度相关性的局限性很 大，强度高未必其他性能就好，因此，其他性能的无损检测 的技术正在引起重视。 以上所述无损检测技术的适应范围是 指总体而言，每种方法的适应范围则 应根据各种方法特点而定。 Lab of Prof. Tian Shizhu 9 三、结构混凝土缺陷无损检测的基本定义 1. 结构混凝土宏观缺陷是由于成型过程振捣不实， 或因为受力及腐蚀性破坏所造成的大缺陷。这类 缺陷包括蜂窝、孔洞、裂缝、不密实区、腐蚀破 坏层等。当结构或构件受力时，这些部位将导致 应力集中而首先破坏。在采用无损检测技术时， 主要检测这类缺陷。 Lab of Prof. Tian Shizhu 10 三、结构混凝土缺陷无损检测的基本定义 2. 混凝土中缺陷危害程度与被测结构或构件尺度有 关。例如一个直径数米的钻孔灌注桩中，如果有 一个直径数厘米的孔洞并不影响总体受力性能， 但同样尺度的孔洞若出现在一小构件中，则不能 允许，换言之，缺陷检出的灵敏度应与该缺陷对 结构与构件危害程度相关联。 Lab of Prof. Tian Shizhu 11 四、混凝土强度的无损检测方法 1半破损法 半破损法以不影响结构或构件的承载能力为 前提，在结构或构件上直接进行局部破坏性试验 ，或直接钻取芯样进行破坏性试验，然后根据试 验值与结构混凝土标准强度的相关关系，换算成 标准强度换算值，并据此推算出强度标准值的推 定值或特征强度。属于这类方法的有钻芯法、拔 出法等。 Lab of Prof. Tian Shizhu 12 半破损法这类方法的特点是以局部破坏性试 验获得结构混凝土的实际抵抗破坏的能力，因而 直观可靠，测试结果易为人们所接受。其缺点是 造成结构物的局部破坏，需进行修补，因而不宜 用于大面积的全面检测。 Lab of Prof. Tian Shizhu 13 2非破损法 非破损法以混凝土强度与某些物理量之间的相关性为基 础，检测时在不影响结构或构件混凝土任何性能的前提下， 测试这些物理量，然后根据相关关系推算被测混凝土的标准 强度换算值，并据此推算出强度标准值的推定值或特征强度 。属于这类方法的有回弹法，超声脉冲法等。这类方法的特 点是测试方便、费用低廉，但其测试结果的可靠性主要取决 于被测物理量与强度之间的相关性。因此，必须在测试前建 立严格的相关公式或校准曲线。由于这种相关关系往往受许 多因素的影响。所以，所建立的相关公式有其局限性，当条 件变化时，应进行种种修正，以保证推算结果的可靠性。 Lab of Prof. Tian Shizhu 14 3综合法 所谓综合法就是采用两种或两种以上的无损检测方法，获 取多种物理参量，并建立强度与多项物理参量的综合相关 关系，以便从不同角度综合评价混凝土的强度。由于综合 法采用多项物理参数，能较全面地反映构成混凝土强度的 各种因素，并且还能抵消部分影响强度与物理量相关关系 的因素，因而它比单一物理量的无损检测方法具有更高的 准确性和可靠性。目前已被采用的综合有超声回弹综合法 和超声钻芯综合法等，其中超声回弹综合法已在我国广泛 应用，并已制定相应的技术规程(CECS 02：88)。 Lab of Prof. Tian Shizhu 15 五、混凝土缺陷的无损检测方法 超声脉冲法检测内部缺陷分为穿透法和反射法 。穿透法是根据超声脉冲穿过混凝土时，在缺陷 区的声时、波高、波形、接收信号主频率等参数 所发生的变化来判断缺陷的，因此它只能在结构 物的两个相对面上进行或在同一面上平测。目前 超声脉冲穿透法已较为成熟，并已普遍用于工程 实测，我国已编制了相应的技术规程(CECS 21： 2000)。 Lab of Prof. Tian Shizhu 16 非破损检测的一个重要特点是对比性和相关性， 即必须在事先对具有被测结构同条件的试样进行检 测，然后对试样进行破坏试验或剖析，建立非破损 或微破损试验结果与破坏试验结果的对比或相关关 系，才有可能对检测结果做出比较正确的判断。尽 管这样，有时所测结果却仍未必十分可靠。所以， 多种方法的综合比较，综合分析，又是提高其可靠 性的另一重要手段。 Lab of Prof. Tian Shizhu 17 3.1 概 述 几种常用非破损方法比较 试验试验 方法 试验试验 目 的 破损损情 况 代表性 可靠性主要限制条件 取芯试验试验 砼砼强度 应应修补补 良 / 高 取芯尺寸 分布有限 拨拨出法试验试验 砼砼强度应应修补补表面 / 中 最小边边距 试试件厚度 超声回弹弹法 砼砼强度无损伤损伤优优 / 中 应应做对对比试试 验验 回弹弹法 砼砼强度无损伤损伤表面 / 低 碳化深度 Lab of Prof. Tian Shizhu 18 l 回弹法依据国家已经颁布的回弹法评定混凝土抗压强度 技术规程JGJ/T 232001执行。 l 回弹法主要用于评定混凝土抗压强度，是表面硬度法中的 一种。 l 它具有仪器构造简单，使用方便，测试速度快和试验费用 低等优点。 l 在一定条件下能满足结构混凝土强度的测试要求，误差在 15%以内。 3.2 回弹法检测混凝土强度 Lab of Prof. Tian Shizhu 19 一、回弹法的基本原理 一个标准质量的重锤，在标准弹簧力带动下，冲击一个与 混凝土表面接触击杆，由于回弹力的作用重锤又回跳一定 距离，并带动滑动指针在刻度上指出回弹值N。N是重锤回 弹距离与起跳点原始位置距离的百分比值，可用下式表示 。 3.2 回弹法检测混凝土强度 Lab of Prof. Tian Shizhu 20 l 混凝土强度越高，表面硬度越大，N值也越大。 l 回弹值N反映了混凝土的弹性性能和塑性性能，回弹值N与 强度有着必然的联系，但由于影响因素较多，很难建立理 论关系。目前均采用试验归纳法，建立混凝土强度与回弹 值关系曲线的测强曲线 ，即可以从N值求得 值。 l 基于平均回弹值（ ）和平均碳化深度（ ）的测强曲线 方程形式： 3.2 回弹法检测混凝土强度 实用经验公式 Lab of Prof. Tian Shizhu 21 l 回弹仪检测混凝土强度的影响因素较多，除了仪 器状态、操作技术和碳化深度之外，被测结构的 状况对测试结果也有影响，如水泥品种，骨料品 种和粒径，构件质量，密实度，表面情况，龄期 ，养化条件，温度，湿度等。 3.2 回弹法检测混凝土强度 Lab of Prof. Tian Shizhu 22 l 已硬化的混凝土表面受到空气中二氧化碳作用，使 氢氧化钙逐渐变化，生成硬度较高的碳酸钙，这就 是混凝土的碳化现象，它对回弹法测强有显著的影 响。因为碳化使混凝土表面硬度增高，回弹值增大 ，但对混凝土强度影响不大，从而影响了相关关系 。不同的碳化深度对其影响不一样，同一碳化深度 对不同强度等级的混凝土的影响也有差异。 3.2 回弹法检测混凝土强度 Lab of Prof. Tian Shizhu 23 我国的回弹法测强相关曲线，根据曲线制定 的条件及使用范围分三类： 1.统一曲线 由全国由代表性的材料、成型、养护工艺配制的 混凝土试块，通过大量的破损与非破损试验所建 立的曲线。适用于无地区曲线和专用曲线时检测 符合规定条件的构件或结构混凝土强度。测强曲 线的平均相对误差 ，相对标准差 。 Lab of Prof. Tian Shizhu 24 2.地区曲线 由本地区常用的材料、成型、养护工艺配制 的混凝土试块，通过较多的破损与非破损试验 所建立的曲线。适用于无专用曲线时检测符合 规定条件的构件或结构混凝土强度。测强曲线 的平均相对误差，相对标准差 ，相对标 准差 。 Lab of Prof. Tian Shizhu 25 3.专用曲线 由与结构或构件混凝土相同的材料、成型、 养护工艺配制的混凝土试块，通过一定数量的 破损与非破损试验所建立的曲线。适用于检测 与该结构或构件相同条件的混凝土强度。测强 曲线的平均相对误差 ，相对标准差 。 Lab of Prof. Tian Shizhu 26 二、检测技术及数据处理 1检测方法 回弹法评定混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T 232001 ）规定N型回弹仪的冲击能量为2.21J，在标准钢砧上的率 定回弹值应为80 。 使用时，先让弹击杆伸出套筒，然后垂直于测点表 面，再把它徐徐压缩回套管内，当后盖螺栓触动挂 勾后，重锤即发射冲击弹击杆，接着被回弹并带动 指针指出回弹值。 Lab of Prof. Tian Shizhu 27 2检测要求 l需要在构件上选择测区，每一测区约400cm2。至 少取l0个测区。但对长度小于4.5m，高度低于 0.3m的结构或构件，其测区数量可适当减少。 但不应少于5个。测区的大小以能容纳16个回弹 测点为宜。 l测区表面应清洁、平整、干燥，不应有接缝、 饰面层、粉刷层、浮浆、油垢、蜂窝麻面等。 必要时可采用砂轮清除表面杂物和不平整处。 Lab of Prof. Tian Shizhu 28 测区宜均匀布置在构件或结构的检测面上，相 邻测区间距不宜过大，当混凝土浇筑质量比较均匀 时可酌情增大间距，但不宜大于2m，构件或结构的 受力部位及易产生缺陷部位(如梁与柱相接的节点处 )需布置测区，测区优先考虑布置在混凝土浇筑的侧 面(与混凝土浇筑方向相垂直的贴模板的一面)，如 不能满足这一要求时，可选在混凝土浇筑的表面或 底面，测区须避开位于混凝土内保护层附近设置的 钢筋和预埋件。 Lab of Prof. Tian Shizhu 29 l测区按上述方法选取后，先测量回弹值。测试 时回弹仪应始终与测面相垂直，并不得打在气 孔和外露石子上。每一侧区的两个测面用回弹 仪各弹击8点，如一个测区只有一个测面，则需 测l6点。同一测点只允许弹击一次，测点宜在 测面范围内均匀分布。 Lab of Prof. Tian Shizhu 30 l回弹完后即测量构件的碳化深度，用合适的工具在测区表 面形成直径约为l5mm的孔洞，清除洞中的粉末和碎屑后( 注意不能用液体冲洗孔洞)立即用1的酚酞酒精溶液滴在 混凝土孔洞内壁的边缘处，测量自测面表面至深部不变色 边缘处与测面相垂直的距离l2次，该距离即为该测区的 碳化深度值，准确至0.5mm。 l一般一个测区选择l3处测量混凝土的碳化深度值，应选 不少于构件的30测区数测量碳化深度值。取其平均值为 该构件每个测区的碳化深度值。当碳化深度值极差大于 2mm时，应在每一测区测量碳化深度值。 Lab of Prof. Tian Shizhu 31 三、数据处理 当回弹仪水平方向测试混凝土浇筑侧面时， 应从每一测区的l6个回弹值中剔除其中3个最大 值和3