桥梁结构质量现场检测.doc

第二章 桥梁结构质量现场检测2.1 概 述20世纪中叶以来，随着科学技术的快速发展，特别是随着我国公路建设投资规模的加大，桥梁建设事业得到了突飞猛进的发展，先后在长江、黄河、珠江等河流上建成了一大批大跨径，深水基础的桥梁，各种桥式的跨径纪录不断刷新，使我国在长大跨径悬索桥、斜拉桥、拱桥和连续刚构桥建设方面跨入世界先进行列。由于桥梁建设规模越来越大，大型桥梁在国民经济和社会生活中的地位与作用越来越重要，人们对这些大型桥梁的施工质量，安全性以及正常使用功能日渐关注，围绕桥梁结构质量检测开展了大量的工作，并逐渐形成了一套系统。桥梁结构质量检测的主要依据 公路桥梁工程的检测应以国家和交通部颁布的有关桥梁工程的法规、技术标准、设计与施工规范，材料试验规程等为依据。对于某些新结构以及采用新材料和新工艺施工的桥梁，有关的公路桥梁工程规范、规程暂无相关条款规定时，可以借签国内其他行业的相关规范、规程的有关规定。设计文件也是依据之一。桥梁结构质量检测的主要内容 桥梁检测的工作内容比较多，涉及到很多方面。从方法上来讲，分为静载试验、动载试验和无损检测；从时间上来看，分为短期试验和长期试验；从进行的时期来看，分为施工过程中的检测、施工完成（成桥）的检测和运营阶段的检测；从结构的施工方法上来看，分为预制结构（混凝土预制板或梁、钢桥节段等）的质量检测和现场浇注混凝土结构的质量检测。但是，不管分类方法如何，它们都属无损检测。其主要内容包括：材料和结构的外形外观检查、混凝土和钢结构用材料的力学性能、混凝土和钢结构的无损检测、钢结构的焊缝焊接质量、结构的变形与受力状态以及既有桥梁结构健康监测系统等。桥梁无损检测技术的现状 传统的桥梁检测方法主要依赖于动静载试验和检测人员的现场目检，辅以混凝土硬度实验、超声波探测、腐蚀作用实验等多种检测手段。 观察法是桥梁检测中最古老的方法，主要依赖于专家的感性和定性的经验分析，常会因为专家的主观意愿而有失客观，不能完全正确评判结构的损伤状况。静载试验是一种经常被采用的桥梁检测方法，由试验测得的挠度和应变，辅以检测人员的现场目测，来综合评判桥梁的现时状况。裂纹的探测是桥梁检测中一个重要的方面，常用的方法有：液体渗透、磁分子、涡流仪、超声波和声发射等。探测钢桥体积缺陷一般用X射线摄像法，检测混凝土桥的总体技术是荷载试验和模态分析，其局部检测技术有超声波、冲击反射、磁电阻抗、锈蚀势能、远红外热像、地面渗透雷达、X射线摄像和声发射等。桥梁无损检测技术的最新发展及展望 近年来，致力于桥梁检测，研究人员提出了许多成功的方法对桥梁进行非破坏性评估。一些新的方法被广泛应用于桥梁检测，如利用相干激光雷达测试桥梁下部结构的挠度，利用全息干涉仪和激光斑纹测量桥体表面的变形状态，利用双波长远红外成像检测桥梁混凝土层的损伤，利用磁漏摄动检测钢索、钢梁和混凝土内部的钢筋等等。随着振动实验模态分析技术的发展，运用振动测试数据进行结构动力模型修正理论得到了充分的发展，为桥梁结构的安全检测开辟了新的途径。最近，美国联邦公路总署对公路桥梁无损检测技术提出了一个比较大的研究与开发计划，涉及到许多新技术和研究课题。已经启动的研究项目有：1）先进的桥梁测试和健康监测系统，包括全桥监测系统的无线电发送、用精确的差分式全球定位系统（GPS）测量桥梁变形、用TRIP钢（这种钢具有特殊的化学成分，其在晶体结构中经受与应变峰值成比例的恒定变化，其从非磁性变化为磁性）传感器对桥梁超载进行测量和监测等。2）先进的疲劳裂纹探测和评估磁铁，包括检测桥梁裂纹用的新型超声波和磁分析仪系统、热成像系统、便携式声发射系统、无线应变测量系统、微波探测和定量分析、无源疲劳荷载测量设备和电磁一声发射传感器等。3）先进的锈蚀探测和评估技术，包括磁漏探测技术、探测后张法压浆空隙的冲击一反射系统、埋入式锈蚀微传感器及以磁为基础的测量系统。4）用强迫振动响应法定量评估桥梁下部结构、用激光振动计测量斜拉索索力及量化的无损检测方法。此外，该研究计划还包括许多探索性研究，如声发射技术的基础性研究，磁力控制传感器的研究，光纤和其他微传感器的研究，用微波技术对疲劳裂纹进行探测和定量分析的研究等等。这些研究工作必将为桥梁无损检测技术开拓新的发展空间，推动无损检测技术的飞跃。无损检测方法必须建立在被检测的某些性能与适当的物理量之间相互关系的基础上。一般采用两种方法，一是建立在大量试验基础之上的归纳法，即是用回归分析方法确定检测性能与要评价量之间的经验关系。这种方法不仅工作量巨大，受限制的客观因素多，而且常有一定的主观盲目性，主要用于无损检测技术的初期的理论研究。另一种是以基础科学的基本原理为依据的演绎法，以要评价量与物理量之间的理论联系为基础进行逻辑推理，从理论上确定其间的相互关系，然后再作适当的试验验证。这种方法已经被认为是无损检测技术理论研究方向极具前途的方向。近年来，高灵敏传感系统（如红外、微波、射线等系统）的不断出现，使无损检测技术的传感系统向多元化、智能化的方向发展，使检测仪器向专用化、小型化、一体化、集约化的方向发展。另外，由于科学技术的发展，学科交叉的现象日益普遍，特别是将一些高新技术的最新研究成果应用于无损检测技术的研究，必将推动该技术的飞速发展，这也是值得我们关注的一个方向。本章主要介绍混凝土桥梁的无损检测，半破损检测，通过无损和半破损检测技术来检测混凝土的强度、弹性模量、裂缝的深度。钢筋位置和保护层厚度等；钢结构的无损检测，通过超声波探伤、射线探伤来检测材料内部及表面缺陷；预应力混凝土结构的检测，主要对施加预应力的材料、张拉设备及张拉控制方法等进行检测，从而评定预应力混凝土结构的质量。2.2 混凝土结构无损检测混凝土结构无损检测技术是桥梁检测技术中一项重要的内容。所谓混凝土无损检测技术，是在不破坏混凝土内部结构和使用性能的情况下，利用声、光、热、电、磁和射线等方法，测定有关混凝土性能的物理量，推定混凝土的强度、缺陷等的测试技术。混凝土无损检测技术与破坏试验方法相比，具有不破坏结构的构件、不影响其使用性能、可以探测结构内部的缺陷、可以连续测试和重复测试等特点。应用混凝土无损检测技术、可以检测混凝土的强度、弹性模量、裂缝的深度和宽度，可以检查钢筋的直径、位置和保护层厚度，并可以探知混凝土的碳化程度、钢筋的锈蚀程度和混凝土构件的尺寸等参数。混凝土无损检测技术，对于进行施工质量检查与管理，进行既有结构的养护维修管理，评定既有混凝土结构的强度、耐久性及损伤程度是非常重要的。2.2.1 混凝土结构无损检测技术的形成与发展无损检测技术是指在不影响结构或构件性能的前提下，通过测定某些适当的物理量来判 断结构或构件某些性能的检测方法。无损检测技术是多学科紧密结合的高技术产物，现代材料学和应用物理学的发展为无损检测技术奠定了理论基础，而现代电子技术和计算机科学的发展又为无损检测技术提供了现代化的测试工具。桥梁工程中无损检测技术的形成和发展与混凝土无损检测技术的发展密切相关。早在20世纪30年代初，人们就已开始探索和研究混凝土无损检测方法，并获得迅速发展。1930年首先出现了表面压痕法；1935年格里姆（G.Grimct）、艾德（J.M.Ide）用共振法测量混凝土的弹性模量；1949年加拿大的莱斯利（Leslie）和奇斯曼（Cheesman）、英国的琼斯（R.Jones）等运用超声脉冲法获得成功，这些研究为混凝土无损检测技术奠定了基础。随后，许多国家也相继开展了这方面的研究，并取得了丰硕的研究成果，从而形成了一个较为完整的混凝土无损检测体系。桥梁无损检测技术正是在此基础上发展而形成的，并在实际工程应用中得到了快速发展。20世纪80年代以来，这方面的研究工作方兴未艾，尤其值得注意的是，随着科学技术的发展，无损检测技术突破了原有的范畴，出现了许多新的测试方法，例如微波吸收、雷达扫描、红外热谱以及脉冲回波等新技术。随着无损检测技术的日臻成熟，许多国家开始了这类检测方法的标准制定工作，如美国的ASTM、英国的BSI均颁布了有关标准，这些工作对无损检测技术的工程应用起到了良好的促进作用。进入20世纪90年代，随着现代传感与通信技术的发展，无损检测技术更是出现了前所未有的发展势态，先后涌现出一大批新的检测方法和检测手段，使无损检测技术向着智能化、快速化、系统化的方向发展。2.2.2 混凝土结构无损检测技术的适用范围混凝土结构无损检测技术在桥梁工程中应用的主要目的有结构混凝土的强度、内部缺陷及其它性能检测。1结构混凝土的强度检测在工程实践中，需要运用无损检测方法推定混凝土的实际强度，主要有如下几种情况：1）在施工过程中，由于管理、工艺或意外事故等原因影响了混凝土质量，或预留试块的取样、制作、养护、抗压试验等不符合有关技术规程或标准的规定，以致预留试件的强度不能代表结构混凝土的实际强度时，可以采用无损检测方法推定混凝土强度，作为混凝土合格性评定及验收依据。2）当需要了解混凝土在施工期间的强度增长情况，以便进行拆模、吊装、预应力筋张拉或放张等后续工序时，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。同时，无损检测方法也可作为施工过程中质量控制的重要手段。3）对于既有桥梁结构，在使用过程中，有些桥梁已不能满足当前通行荷载的要求，有些桥梁由于各种自然原因而产生不同程度的损伤与破坏，有些桥梁由于设计或施工不当而产生各种缺陷。对于这些桥梁的维修、加固、改建，可通过无损检测方法推定混凝土强度，以便提供加固、改建设计时的基本强度参数和其它设计依据。2结构混凝土内部缺陷的检测所谓混凝土的缺陷，是指那些在宏观材质不连续、性能参数有明显变异，而且对结构的承载能力和使用性能产生影响的区域。即使整个结构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整体承载力严重下降，或影响结构的耐久性。因此，必须探明缺陷的部位、大小和性质，以便采取切实的处理措施，排除工程隐患。混凝土缺陷的成因十分复杂，检测要求也各不相同。混凝土缺陷现象大致有：内部空洞、蜂窝麻面、疏松、断层（桩）、结合面不密实、裂缝、碳化、冻融、化学腐蚀等。混凝土缺陷的无损检测方法主要有超声脉冲法、脉冲回波法、雷达扫描法、红外热谱法、声发射法等等。除了强度和缺陷检测以外，混凝土还有许多其它性能可用无损检测方法予以测定。其它性能主要是指与结构物使用功能有关的各种性能。主要有碳化深度、保护层厚度、受冻层深度、含水率、钢筋位置与钢筋锈蚀状况、水泥含量等。现代工程结构物所处的环境越来越复杂，对其它性能的要求越来越高，人们也越来越清楚地认识到其它性能与强度相关性的局限性很大，强度高未必其它性能就好，因此，其它性能的无损检测技术正引起重视。常用的检测方法有共振法、敲击法、磁测法、电测法、微波吸收法、中子散射法、中子活化法、渗透法等。2.2.3 混凝土强度的无破损法混凝土的强度是指混凝土受力达到破坏极限时的应力值。因此，要准确测量混凝土的强度，必须把混凝土试件或构件加载至破坏极限，取得试验值后试件已被破坏。而结构混凝土强度的无破损测试方法，就是要在不破坏结构或构件的情况下，取得破坏应力值，因此只能寻找一个或几个与混凝土强度具有相关性，而测试时又无损于混凝土受力功能的物理量作为混凝土强度的推算依据。所以无破损检测方法所得强度值，实际上是一个间接推算值，它和混凝土实际强度的吻合程度，取决于该物理量与混凝土强度之间的相关性。无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检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、射线吸收与散射法、成熟度法等等。这类方法的特点是测试方便、费用低廉，但其测试结构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的修改，以保证检测结果的可靠性。如上所述，混凝土强度的无破损检测方法有回弹法、超声波法、超声回弹综合法、射线吸收与散射法等。不同检测方法的检测原理、检测精度和检测技术要求都是不同的，实际检测时，应综合考虑各种因素选择一种或几种方法。目前常用方法是回弹法和超声回弹综合法，下面简单介绍如下。（一）回弹法检验混凝土强度1回弹法的基本原理回弹法是采用回弹仪的弹簧驱动重锤，通过弹击杆弹击混凝土表面，并以重锤被反弹回来的距离（称回弹值指反弹距离与弹簧初始长度之比）作为强度相关指标来推算混凝土强度的一种方法。2回弹法检测混凝土强度的原则回弹法检测混凝土强度是对常规检验的一种补充，当对构件怀疑时，例如，试件与结构中混凝土质量不一致，对试件的检验结果有怀疑或供检验用的试件数量不足时，可采用回弹法检测，并将检测结果作为处理混凝土质量问题的一个主要依据。另外，施工阶段，如构件拆模、预应力张拉或移梁、吊装时，回弹法可作为评估混凝土强度的依据。回弹法的使用前提，是要求被测结构或构件混凝土的内外质量基本一致。因此，当混凝土表层与内部质量有明显差异，例如遭受化学腐蚀或火灾、硬化期间遭受冻伤等或内部存在缺陷时，不能用回弹法评定混凝土强度。3回弹法的测强曲线回弹法测定结构混凝土强度的基本依据，就是回弹值与混凝土抗压强度之间的相关性。这种相关性以基准曲线或经验公式的形式予以确定。基准曲线的制定方法，是在试验室中制作一定数量的，考虑不同强度、不同原材料条件、不同期龄等各种因素的立方体试块，测定其回弹值、碳化深度及抗压强度等参数，然后进行回归分析。求得拟合程度最好，相关系数大的回归方程，作为经验公式或画出基准曲线。因为混凝土强度与回弹值、碳化深度相关关系，受许多因素的影响，在制定曲线的过程中，所考虑的影响因素越多，曲线的适应性和覆盖面越大，但其离散性也越大，推算混凝土强度的误差也越大。当被测试的结构混凝土的各种条件越接近于制定基准曲线时所顾及的各种条件，测试误差越小。为了提高回弹法测强的精度，目前常用的基准曲线可分为三种类型：1）专用测强曲线专用测强曲线是针对某一工程、某一商品混凝土供应区的特定的原材料质量、成型和养护工艺，测试龄期条件而制定的基准曲线，由于专用曲线所考虑的条件可以较好地与被测混凝土相吻合，因此，影响因素的干扰较少，推算强度的误差较小。当被测结构混凝土的各种条件与专用曲线相一致时，应优先使用专用曲线进行强度推定。2）地区测强曲线地区测强曲线是针对某一省、市、自治区或条件较为类似的特定地区而制定的基准曲线。它适应于某一地区的情况，所涉及的影响因素比专用曲线广泛，因此，其误差也稍大。3）通用测强曲线为了便于应用，在允许的误差范围内，应尽量扩大基准曲线覆盖面。我国在制定回弹法检测混凝土抗压强度技术规程时，在全国广泛布点，进行了研究。最后选定的回归方程和有关指标如下： （2-1） 式中： Rn测区混凝土的抗压强度，MPa，精确至0.1MPa；测区混凝土平均回弹值，精确至0.1；测区混凝土平均碳化深度，mm，精确至0.5mm。4回弹法测试混凝土强度的原则1）检测结构或构件混凝土强度可采用下列两种方式，其适用范围及构件数量应符合下列规定： 单个检测，适用于单独的结构或构件的检测； 批量检测，适用于在相同的生产工艺条件下，混凝土强度等级相同，原材料、配合比、成型工艺、养护条件基本一致且龄期相近的同类构件。按批进行检测的构件，抽检数量不得少于同批构件总数的30%且测区数量不得少于100个。抽检构件时，有关方面应协商一致，使所选构件具有一定的代表性。2）每一构件的测区，应符合下列要求： 每一结构或构件测区数不应少于10个，对某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于5个； 相邻两测区的间距应控制在2m以内，测区离构件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5m，且不宜小于0.2m； 测区应选在使回弹仪处于水平方向，检测混凝土浇筑侧面，当不能满足这一要求时，可选在使回弹仪处于非水平方向，检测混凝土浇筑侧面、表面或底面； 测区宜选在构件的两个对称可测面上，也可选在一个可测面上，且应均匀分布。在构件的受力部位及薄弱部位必须布置测区，并应避开预埋件； 测区的面积宜控制在0.04m2； 检测面应为原状混凝土表面，并应清洁、平整，不应有疏松层和杂物，且不应有残留的粉末或碎屑； 对于弹击时会产生颤动的薄壁、小型构件应设置支撑固定。3）结构或构件的测区应标有清晰的编号，必要时应在记录纸上描述测区布置示意图和外观质量情况。4）当检测条件与测强曲线的适用条件有较大差异时，可采用同条件试件或钻取混凝土芯样进行修正，试件数量应不少于6个。计算时，测区混凝土强度换算值应乘以修正系数。修正系数可按式（2-2）或式（2-2）计算： （2-2） （2-2）式中： 修正系数，精确至0.01；、分别为第i个混凝土立方体试件（边长为150mm）或芯样试件（100mm100mm）的抗压强度值，精确到0.1MPa；对应于第i个试件的回弹值和碳化深度值，由回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T23-2001）附录A可查得的混凝土强度换算值；n试件数。5）检测时，回弹仪的轴线应始终垂直于结构或构件混凝土检测面，缓慢施压，准确读数，快速复位。6）测点宜在测区范围内均匀分布，相邻两测点的净距一般不小于20mm，测点距构件边缘或外露钢筋、预埋件的距离一般不小于30mm，测点不应在气孔或外露石子上，同一测点只允许弹击一次。每一测区应记取16个回弹值，每一测点的回弹值读数精确至1。7）回弹值测量完毕后，应选择不小于构件数的30%测区数在有代表性的位置上测量碳化深度值。8）测量碳化深度值时，可用合适的工具在测区表面形成直径约15mm的孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度。然后除净孔洞中的粉末和碎屑，不得用水冲洗。立即用浓度为1%酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，再用深度测量工具测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离多次，取其平均值，该距离即为混凝土的碳化深度值。每次读数精确至0.5mm。5回弹值的计算1）计算测区平均回弹值时，应从该测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，然后将余下的10个回弹值接下列公式计算： （2-3）式中：Rm测区平均回弹值，精确至0.1；Ri第i个测点的回弹值。2）回弹仪非水平方向检测混凝土浇筑侧面时，应按下列公式修正： （2-4）式中： Rma非水平方向检测时测区的平均回弹值，精确至0.1；Raa非水平方向检测时回弹值的修正值，按回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T23-2001）中附录C查用。3）回弹仪水平方向检测混凝土浇筑表面时，应按下列公式修正： （2-5） （2-5）式中：、水平方向检测混凝土浇筑表面、底面时，测区的平均回弹值，精确至0.1； 、混凝土浇筑表面、底面回弹值的修正值，按回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T23-2001）中附录D查用。4）如检测时仪器非水平方向且测试面非混凝土的浇筑侧面，则应先对回弹值进行角度修正，然后再对修正后的值进行浇筑面修正。 6混凝土强度的推算 1）结构或构件第i个测区混凝土强度换算值，可按式（2-4）或（2-5（5）求得的平均回弹值Rm及求得的平均碳化深度值dm由回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T23-2001）中附录A查得。有地区或专用测强曲线时，混凝土强度换算值应按地区或专用测强曲线换算得出。 2）由各测区的混凝土强度换算值可计算得出结构或构件混凝土的强度平均值。当测区数不少于10个时，还应计算强度标准差。平均值及标准差应按下列公式计算： （2-6） （2-7）式中：构件混凝土强度平均值，MPa，精确至0.1MPa； n对于单个检测的构件，取一个构件的测区数；对于批量检测的构件，取被抽取构件测区数之和；构件混凝土强度标准差，MPa，精确至0.01MPa。3）构件混凝土强度推定值 的确定 当按单个构件检测中，以最小值作为该构件的混凝土强度推定值 （2-8） 当按批量检测时，应按下式公式计算： （2-9） （2-10）式中：该批每个构件中最小的测区混凝土强度换算值的平均值，MPa，精确至0.1MPa。 取公式（2-9）或（2-10）中的较大值为该批构件的混凝土强度推定值。 4）对于按批量检测的构件，当该批构件混凝土强度标准差出现下列情况之一时，则该批构件应全部按单个构件检测。 当该批构件混凝土平均值小于25MPa时 当该批构件混凝土强度平均值不小于25MPa时（二）超声回弹综合法检测混凝土强度超声回弹综合法检测混凝土强度，是目前我国使用较广的一种结构混凝土强度非破损检验方法。它较之单一的超声或回弹非破损检验方法具有精度高、适用范围广等优点。但是，它也是对常规检验补充的一种办法，当对结构的混凝土强度有怀疑时，可按此办法进行检验，以推定混凝土的强度，作为处理其质量问题的依据。在有条件的情况，可用钻芯取样法作校核。应用超声回弹综合法，应尽量建立专用测强曲线并优先使用。在缺少该类曲线时，可采用通用测强曲线。1测区回弹值及声速值的测量原则1）测区布置规定：（1）当按单个构件检测时，应在构件上均匀布置测区，每个构件上的测区数不少于10个；（2）对同批构件按批抽样检测时，构件抽样数应不少于同批构件的30%，且不少于10件，每个构件测区数不应少于10个；（3）对长度小于或等于2m的构件，其测区数可适当减少，但不应少于3个。2）当按批抽样检测时，符合下列条件的构件才可作为同批构件：（1）混凝土强度等级相同；（2）混凝土原材料、配合比、成型工艺、养护条件及龄期基本相同；（3）构件种类相同；（4）在施工阶段所处状态相同。3）构件的测区，应满足下列要求：（1）测区布置在构件混凝土浇注方向的侧面；（2）测区均匀分布，相邻两测区的间距不宜大于2m；（3）测区避开钢筋密集区和预埋件；（4）测区尺寸为200mm200mm；（5）测试面应清洁、平整、干燥，不应有接缝、饰面层、浮浆和油垢，并避开蜂窝、麻面部位，必要时可用砂轮片清除杂物和磨平不平整处，并擦净残留粉尘。4）结构或构件上的测区应注明编号，并记录测区位置和外观质量情况。5）结构或构件的每一测区，宜先进行回弹测试，后进行超声测试。6）非同一测区内的回弹值及超声声速值，在计算混凝土强度换算值时不得混用。2回弹值的计算超声回弹综合法中回弹值的测试和计算与回弹法相同。3超声声速值的测量与计算1）超声测点应布置在回弹测试的同一测区内。2）测量超声声时值时，应保证换能器与混凝土耦合良好。3）测试的声时值应精确至0.1s，声速值应精确至0.01km/s。超声测距的测量误差不大于1%。4）在每个测区内的相对测试面上，应各布置3个测点，且发射和接收换能器的轴线应在同一轴线上。5）测区声速应按下列公式计算： =l/tm （2-11） tm=（t1+t2+t3）/3 （2-12）式中：测区声速值，km/s； l超声测距，mm； tm 测区平均声时值，s；t1，t2，t3分别为测区中3个测点的声时值。6）当在混凝土浇灌的顶面与底面测试时，测区声速值应按下列公式修正： a=V （2-13）式中： a修正后的测区声速值，km/s； 超声测试面修正系数。在混凝土浇注面的顶面及底面测试时，=1.034；在混凝土侧面测试时，=1。 4混凝土强度的推定1）构件第i个测区的混凝土强度换算值应采用修正后的测区回弹值Rai及修正后的测区声速值ai优先采用专用或地区测强曲线推定。当无该类测强曲线时，可按超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程（CECS 0288）中附表2-1和附表2-2查阅混凝土强度或按下列公式计算：（1）粗骨料为卵石时 （2-14）（2）粗骨料为碎石时 （2-15）式中： 第i个测区混凝土强度换算值，MPa，精确至0.1MPa；ai第i个测区修正后的超声声速值，km/s，精确至0.01 km/s；Rai第i个测区修正后的回弹值，精确至0.1。2）当结构所用材料与制定的测强曲线所用材料有较大差异时，须用同条件试件块或从结构构件测区钻取的混凝土芯样进行修正，试件数量应不少于3个。此时，得到的测区混凝土强度换算值应乘以修正系数。修正系数可按下列公式计算。（1） 同条件立方试块时 （2-16）（2）有混凝土芯样试件时 （2-17）式中： 修正系数，精确至小数点后两位；第i个混凝土立方体试块抗压强度值（以边长为150mm计），MPa，精确至0.1 MPa；对应于第i个立方体块或芯样试件的混凝土强度换算值，MPa，精确至0.1MPa；第i个混凝土芯样试件抗压强度值（以100mm100mm计），MPa，精确至0.1 MPa； n试件数。3）结构或构件的混凝土强度推定值可按下列条件确定。（1）当按单个构件检测时，单个构件的混凝土强度推定值取该构件各测区中最小的混凝土强度换算值。（2）当按批抽样检测时，该批构件的混凝土强度推定值应按下列公式计算： （2-18）式中各测区混凝土强度换算值的平均值及标准差，应按下列公式计算： （2-19）（2-20）（3）当同批测区混凝土强度换算值标准差过大时，该批构件的混凝土强度推定值也可按下列公式计算： （2-21）式中：该批每个构件中最小的测区混凝土强度换算的平均值MPa；第i个构件中的最小测区混凝土强度换算值，MPa；m抽取的构件数。4）当属同批构件按批抽样检测时，若全部测区强度的标准差出现下列情况时，则该批构件应全部按单个构件检测：（1）当混凝土强度等级低于或等于C20时：4.5 MPa；（2）当混凝土强度等级高于C20时：5.5 MPa。2.2.4 混凝土缺陷的无破损检测法混凝土是多相复合体系，在混凝土中存在着许多各相之间的界面。如果把混凝土内部构造分成微观、细观、宏观三个层次，则混凝土中存在着微观缺陷、细观缺陷和宏观缺陷。一般认为，微观和细观缺陷是由于材料形成过程中的必然产物，是混凝土的固有缺陷。而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。在采用无破损检测技术时，主要检测这类缺陷。超声法检测混凝土缺陷 在混凝土结构物的施工及使用过程中，往往会造成一些缺陷和损伤，形成这些缺陷和损伤的原因是多种多样的。一般而言，主要有四方面的原因：其一是施工原因，例如振捣不足，钢筋网过密而骨料最大粒径选择不当、模板漏浆等所造成的内部孔洞、不密实区、蜂窝及保护层不足、钢筋外露等；其二是由于混凝土非外力作用所形成的裂缝，例如在大体积混凝土中因水泥水化热积蓄过多，在凝固及散热过程中的不均匀收缩而造成的温度裂缝，混凝土干缩及碳化收缩所造成的裂缝；其三是长期在腐蚀介质或冻融作用下由表及里的层状疏松；其四是受外力作用所产生的裂缝，例如因龄期不足即行吊装而产生的吊装裂缝等。这些缺陷和损伤往往会严重影响结构物的承载能力和耐久性，因此是事故处理、施工验收、旧的建筑物安全性鉴定、进行维修和补强设计时必须检测的项目。目前，对混凝土内部缺陷的存在、大小、位置和性质进行无破损检测的手段有超声脉冲法和射线法两大类，其中射线法因穿透能力有限，以及操作中需解决人体防护等问题，在我国使用较少。目前最有效的方法是超声脉冲法。1混凝土超声探伤采用以下四点作为判别缺陷的基本依据。1）根据低频超声在混凝土中遇到缺陷时的绕射现象，按声时及声程的变化，判别和计算缺陷的大小。2）根据超声波在缺陷界面上产生反射，因而到达接收探头时能量显著衰减的现象判断缺陷的存在及大小。3）根据超声脉冲各频率成分在遇到缺陷时被衰减的程度不同，因而接收频率明显降低，或接收波谱产生差异，也可判别内部缺陷。4）根据超声波在缺陷处的波形转换和叠加，造成接收波形畸变的现象判别缺陷。以上四点可以单独运用，也综合运用。2声学参数测量测量之前应视测试距离（以下简称测距）大小将仪器的发射电压调在某一档，并以扫描基线不产生明显噪音干扰为前提，将仪器“增益”调至较大位置保持不动。1）声时测量时，应将发射换能（以下简称T换能器）和接收换能器（以下简称R换能器）分别耦合在测区同一测点对应位置上，用“衰减器”将接收信号首波调至一定高度，再调节游标脉冲，用其前沿对准首波前沿基线弯曲的起始点，读取调节游标脉冲，用其前沿对准首波前沿基线弯曲的起始点，读取声时值ti（精确至0.1s）。该测点混凝土声时值应按下式计算：tct=ti-to （2-22）式中：tct第i点混凝土声时值，s；ti第i点测读声时值，s；to声时初读数，s，当采用厚度振动式换能器时，可参照仪器使用说明书测得，当采用径向振动式换能器时，可按“时距”法测得。2）波幅测量时，应在保持换能器良好耦合状态下采用下列两种方法之一进行读数；（1）刻度法：将衰减固定在某一衰减位置，从仪器波屏上读取首波幅度（格数）；（2）衰减值法：采用衰减器将首波幅调至一定高度（如5mm或刻度一格），读取衰减器上的dB值。3）频率测量时，应先将游标脉冲调至首波前半个周期的波谷（或波峰）读取声时值t1（s），再将游标脉冲调至相邻的波谷（或波峰），读取声值t2（s），由此即可按下式计算出该点（第i点）第一周期波动的频率fi（精确至0.1kHz）。 （2-23）4）波形观察时主要观察接收信号的波形是否畸变或观察包络线的形状，必要时可描绘或拍照。3换能器的布置方法接收换能器检测出最早到达的脉冲分量。这一分量通常是纵向振动的前缘。尽管所传播的最大能量的方向是垂直发射换能器的表面，但是可能在其它的一些方向检测到通过混凝土传播的脉冲。因此，可以按下面三个方式之一来布置两只换能器以测量脉冲速度：1）两只换能器对面布置（直接传播），见图2-1，称直穿法；2）两只换能器在相邻面布置（半直接传播），见图2-1，称斜穿法；3）两只换能器布置在同一表面（间接传播或表面传播），见图2-1，称平测法。图2-1 探头的布置方法4混凝土缺陷检测1）混凝土均匀性检测构件内部或各构件之间的混凝土不均匀性可引起脉冲速度的差异，这种差异又和质量的差别相连。脉冲速度的测量为研究均匀性提供了手段。而为达到目的，就得选定足以均匀地布置该混凝土结构一定体积的若干测点，测点间距一般为200500mm，测点布置时应避开与声波传播方向相一致的钢筋。各测点的声速值按下式计算：（2-24）式中： i第i点混凝土声速值，km/s；Li第i点声径长度或称测距值，mm；tci第i点混凝土的声时值，s。各测点混凝土的声速平均值mv和标准差Sv及离差系数Cv分别按下式计算： （2-25） （2-26） （2-27）式中： mv 声速平均值，km/s；n测点数；i 第i点的声速值，km/s；Sv 声速标准差；Cv声速离差系数。根据声速的标准差和离差系数，可以相对比较相同测距的同类结构或各部位混凝土均匀性的优劣。2）混凝土不密实区和空洞检测进行混凝土不密实区和空洞检测时，结构的被测部位及测区应满足以下要求：（1）被测部位应具有一对（或两对）相互平行的测试面；（2）测区的范围应大于有怀疑的区域；（3）在测区布置测点时，应避免T、R换能器的连线与附近的主钢筋轴线平行。根据被测结构实际情况，可按下列方法之一布置换能器：（1）结构具有两对互相平行的测试面时可采用对测法，其测试方法如图2-2所示。在测区的两对相互平行的测试面上，分别画间距为200300mm的网络，并编号确定对应的测点位置；（2）结构中只有一对相互平行的测试面时可采用斜测法。即在测区的两个相互平行的测试面上，分别画出交叉测试的两组测点位置，如图2-3所示；图2-2 对测法换能器布置图 图2-3 斜测法换能器布置立面图（3）当结构的测试距离较大时，为了提高测试灵敏度，可在测区适当位置钻出平行出侧面的测试孔。测孔直径4550mm，深度视测试需要而定，结构侧面采用厚度振动换能器，用黄油耦合。测孔中有用径向振动式换能器，用水耦合，换能器布置如图2-4所示。图2-4 钻孔测法换能器布置图每一测点的声时、波幅、频率和测距的测量，应分别按规定进行。测区混凝土声时（或声速）、波幅、频率测量值的平均值（mx）和标准（Sx）应按下式计算： （2-28） （2-29）式中：Xi第i点的声时（或声速）、波幅、频率的测量值；n个测区参与统计的测点数。测区中的异常数据可按以下方法判别：（1）将一测区各测点的声时值由小至大按顺序排列，即t1t2tntn+1，将排在后面明显大的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最小的一个（假定tn）连同其前面的数据按式（2-28）和式（2-29），计算出mt及St，并代入式（2-30），计算出异常情况的判断值（Xo）。Xo=mt+1St （2-30）式中：1异常值判定系数，应按表2-1查。把Xo值与可疑数据中最小值（tn）相比较，若tn大于或等于Xo，则tn及排在其后的各声时值均为异常值；当tn小于Xo时，应再将tn+1放进去重新进行统计计算和判别。（2）将一测区各测点的波幅、频率由大到小按顺序排列，即X1X2XnXn+1，将排在后面明显小的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最大的一个（假定Xn）连同其前面的数据按式（2-28）和式（2-29）计算出mx及Sx值，并代入式（2-31）计算异常情况的判断值（Xo）。 Xo=mx -1Sx （2-31）将判断值（Xo）与可疑数据的最大值（Xn）比较，如Xn小于或等于Xo，则Xn及排列于其后的各数据均为异常值；当Xn大于Xo，应再将Xn+1放进去重新进行统计计算和判别。若耦合条件保证不了测幅稳定，则波辐值不能作为统计法的判别。（3）当测区中某些测点的声时值（或声速值）、波幅值（或频率值）被判为异常值时，可结合异常测点的分布及波形状况确定混凝土内部存在不密实区和空洞的范围。 统计数的个数n与对应的1值 表2-1n14161820222426283011.471.531.591.641.691.7310771.801.83n32343638404244464811.861.891.921.941.961.982.002.022.04n50525456586062646612.052.072.092.102.122.132.142.152.17n68707478808188909512.182.192.212.232.242.262.282.292.31n10010511011512012513013514012.322.342.362.382.402.412.422.432.45n14515015516017018019020021012.462.482.492.502.522.542.562.572.59 （4）空洞尺寸估算方法如图2-5所示，设检测距离为l，空洞中心（在另一对测试面上，声时最长的测点位置）距一个测试面的垂直距离为lh，声波在空洞附近无缺陷混凝土中传播的时间平均值为mta，绕空洞传播的时间（空洞处的最大声时）为th，空洞半径为r。根据lh/l值和（th-mta）/mta100%值，可由表2-2查得空洞半径r与测距l的比值，再计算空洞大致尺寸r。如被测部位只有一对可供测试的表面，空洞尺寸可用下式计算： （2-32）式中： r空洞半径，mm；lT、R换能器之间的距离；th缺陷处的最大声时值，s；mta 无缺陷区的平均声时值，s。图2-5 空洞尺寸估算原理 空洞半径r与测距l的比值 表2-2 z xy0.050.080.100.120.140.160.180.200.220.240.260.280.300.10(0.9)1.423.776.260.15(0.85)1.002.564.065.978.390.2(0.8)0.782.023.184.626.368.4410.913.90.25(0.75)0.671.722.693.905.347.038.9811.213.816.80.3(0.7)0.601.532.403.464.766.217.919.3812.014.417.120.123.60.35(0.65)0.551.412.213.194.355.707.259.0010.913.115.518.121.00.4(0.6)0.521.342.093.024.125.396.848.4810.312.314.516.919.80.45(0.55)0.501.302.032.923.995.226.628.209.9511.914.0