第七节混凝土桥梁无损检测技术赏析

1、第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 第七节第七节 混凝土桥涵无损检测技术混凝土桥涵无损检测技术 结构检测包括结构工程质量的检测和既有结构性能的检 测。 结构检测按破损情况分结构检测按破损情况分：检测按破损情况分 破损检测：破损检测：破损检测主要用于整体结构和构件承载力、 变形、裂缝的测定。 无破损检测：无破损检测：无损检测是指在不影响结构受力性能或其 他功能的前提下，直接在结构上通过测定某些物理量，推定 混凝土的强度、均匀性、连续性、耐久性等一系列性能的检 测方法。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 无损检测的方法无损检测的方法 回弹法 超声法 超声回弹综合法 射线吸收与散射法 成熟度法 拔

2、出法 钻芯法 射击法 混凝土强度 混凝土缺陷 超声法 脉冲回波法 雷达扫描法 红外热谱法 声发射法 非破损 半破损 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 无损检测的技术标准无损检测的技术标准 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 （JGJ/T 23-2001） 超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程 （CECS 02:2005） 后装拔出法检测混凝土强度技术规程 （CECS 69:94） 超声法检测混凝土缺陷技术规程 （CECS 21:2000） 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 无损检测技术的特点无损检测技术的特点 不破坏被检查构件，不影响其使用性能，简便 快速。 可在构件上直接进行表层或内部的全

3、面检测。 能获得破坏试验不能获得的信息。 可在同一构件上进行连续和重复测试。 测试快速方便，费用低。 检测结果受许多因素的影响，精度低。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 无损检测技术的使用条件无损检测技术的使用条件 l由于施工工艺或意外事故影响了混凝土质量， 或预留试块不能代表混凝土实际强度时，可通 过检测作为混凝土合格性评定及验收的依据。 l为后道工序（如拆模、吊装、预应力筋张拉等） 的施工提供强度依据。 l当既有桥梁受到设计、施工、自然因素等的影 响而产生各种缺陷时，为桥梁结构的维修、加 固、改建等提供基本强度参数。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 混凝土缺陷混凝土缺陷 是指那些在

4、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普遍强度已经达到 设计要求，这些缺陷也会使结构整体承载能力 严重下降，或影响结构的耐久性。 缺陷有：内部空洞、蜂窝麻面、疏松、断 层（桩）、接合面不密实、裂缝、碳化、冻融、 化学腐蚀等。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 回弹法检测混凝土强度回弹法检测混凝土强度 1 1、基本原理、基本原理 使用回弹仪的弹击拉簧驱动仪器内的弹击重锤， 通过中心导杆，弹击混凝土的表面，并测得重锤反 弹的距离，以反弹距离与弹簧初始长度之比为回弹 值R，由它与混凝土强度的相关关系来推定混凝土 强度。 回弹仪的

5、种类如表6-1所示，最常用的是N型。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 设重锤质量为m，则在起始状态，重锤具有的势 能： 重锤被回弹到x位置时所具有的势能： 则： 回弹值R是重锤冲击过程中能量损失的反映。 能量损失越小，说明混凝土表面硬度越大，回弹值 也就越高。由于混凝土表面硬度与其抗压强度有一 致性的变化关系，因此可用回弹值反映混凝土抗压 强度。 2 1 2 s eE l 2 1 2 xs eE x x ex R le . s E l 弹簧的刚度系数，N型回弹仪为0784N/mm；

6、弹簧起始位置的拉伸长度，一般为75mm。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 2 回弹仪的率定回弹仪的率定 回弹仪的质量及测试性能直接影响混凝土 强度推定的准确性,只有性能良好的回弹仪才 能保证测试结果的可靠性。回弹仪的标准状态 应是在洛氏硬度HRC为602的标准钢砧上,垂 直向下弹击三次,其平均率定值应为802，否 则回弹仪必须进行调整或校验。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 3 检测方法检测方法 结构或构件混凝土强度检测可采用下列两种方 式，其适用范围及结构或构件数量应符合下列规定： 单个检测：适用于单个结构或构件的检测。 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，

7、原材料、配合比、成型工艺、 养护条件基本一致，且龄期相近的同类结构或构件。 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%，且构件数量不得少于10件。抽检构件时 应随机抽取并使所选构件具有代表性。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 4 测区的要求和布置测区的要求和布置 测区应布置在主要受力部位、薄弱部位以及易 产生缺陷的部位，并应避开预埋件。测区表面应清 洁、平整、干燥、结实。不存在蜂窝和麻面，也没 有裂缝、裂纹、剥落，层裂等现象。 一个构件不少于10个测区，测区面积不宜大于 0.04m2，16个测点/区，测区间距2m。每一测点读 数都精确到1。测点间距不小于20 mm 。在检测时

8、， 回弹仪的轴线始终垂直于被检测区的测点所在面。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 5 回弹值和碳化深度回弹值和碳化深度 回弹值测量回弹值测量 回弹值量测时，回弹仪应始终垂直于结构或构 件的检测面，测点不应在气孔或外露石子上，共测 16个值。个值。 碳化深度测量碳化深度测量 选择不少于构件的30测区进行。在直径约为 15mm并有一定深度的孔洞，清除孔中粉末后滴入浓 度为1的酚酞酒精溶液，测试表面至变色处的深 度，即碳化深度。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 5 回弹值和碳化深度回弹值和碳化深度 从每一个测区所得的16个回弹值中，剔除3个最 大值和3个最小值后，将余下的回弹值按下列公式计

9、算平均值： 式中，Rm 为测区平均回弹仪水平方向的回弹值， 精确至0.1；Ri为第i个测点的回弹值。 平均碳化深度： 当dm0.4mm时，取dm=0；当dm6mm时，取 dm=6mm。 10 1 1 10 mi i RR 1 1 n mi i dd n 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 6 混凝土强度的换算值混凝土强度的换算值 由实测回弹和碳化深度值，按测区混凝土 强度换算表求得测区混凝土强度的换算值，由 此评定检测结构构件的混凝土强度。即： 测区混凝土强度的换算值由回弹法检测 混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T23-2001） （本书附录三）或当地专用测强曲线查的。 , (,) c mmc

10、u icu c Rdff 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 7 回弹法测强曲线回弹法测强曲线 回弹法测定混凝土的抗压强度是建立在混凝土的 抗压强度与回弹值之间具有一定的相关性的基础 上的，这种相关性可用“ ”相关曲线（或 公式）来表示，通常称之为测强曲线。 测强公式： 对于未碳化混凝土或在一定条件下成型养护 的混凝土，回归方程为： 对于已经碳化的混凝土或龄期较长的混凝土， 回归方程为： cu fR ( ) c cu ff R ( , ) c cu ff R d 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 测强曲线分为全国统一测强曲线、地区曲线和 专用曲线。 统一测强曲线统一测强曲线：由全国有代表性的

11、材料、成型养护 工艺配制的混凝土试件，通过试验所建立的曲线。 地区测强曲线地区测强曲线：由本地区常用的材料、成型养护工 艺配制的混凝土试件，通过试验所建立的曲线。 专用测强曲线专用测强曲线：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件，通过试验所建立 的曲线。 各检测单位应按专用测强曲线、地区测强曲线、 统一测强曲线的次序选用测强曲线 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 8 混凝土强度的推定值混凝土强度的推定值 结构或构件的混凝土强度推定值是指相应 于强度换算值总体分布中，保证率不低于95% 的结构或构件中的混凝土抗压强度值。 当该构件测区数量小于10个时： 当构件测区混凝土

12、强度值中出现小于10MP 时： 当该构件测区数不少于10个或按批量检测 时： ,min c cu ecu ff ,min c cu f测区混凝土强度换算值中的最小值。 , 10.0 cu e fMPa , 1.645 cc cucu cu e ff fmS 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 . .0 c cu c cu f f m S n 构件测区混凝土强度换算值的平均值， MPa，精确至01MPa； 构件测区混凝土强度换算值的标准差， MPa，精确至0 1MPa； 单个检测的构件，取一个构件的测区数； 对批量检测的构件，取被抽检构件测区数之和。 , = c cu c cu i f f m

13、n n i=1 22 , 1 ()() 1 c cu c cu n c cu i f i f fn m S n 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 对按批量检测的构件，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: 当该批构件混凝土强度平均值小于25MPa 时： 当该批构件混凝土强度平均值不小于 25MPa时： 4.5 c cu a f SMP； 5.5 c cu a f SMP。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 例：利用回弹法检测混凝土结构第4测区的混 凝土强度时，该测区16个测点的回弹值分别为38、 39、37、37、38、43、39、38、37、4

14、1、42、39、 35、38、36、35。该测区平均碳化深度dm=7mm。求 该测区混凝土强度的换算值（ ，其 中A=0.0250,B=2.0108,C=0.0358,Rm为该测区平均 回弹值）。 m cdB m c cu ARf10 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 超声脉冲法、超声超声脉冲法、超声-回弹综合法测回弹综合法测 混凝土强度混凝土强度 一、超声脉冲法：一、超声脉冲法： 1 原理原理 在混凝土中传播的超声波的波速、振幅、频率和波形等 参数与混凝土的力学参数如弹性模量、泊松比、剪切模量及 内部应力分布状态有直接关系，同时也与混凝土内部缺陷， 如断裂面、孔洞大小及形状的分布有关。准确

15、测定这些声学 参数的大小及变化，可以推断混凝土的强度和内部缺陷等情 况。 超声波（20000Hz以上的波）在混凝土中衰减较大，为 了使其传播距离较远，常用200kHz以下的低频超声波。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 2 超声仪超声仪 由脉冲发生器、发射换能器、接收换能器 以及扫描和显示装置等组成。有金属超声检测 仪和非金属超声检测仪。其主要作用除了产生、 接收、显示超声波外，还具有量测超声波有关 参数如声时、接收波振幅、频率等功能。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 换能器有纵波换能器和横波换能器，常用 纵波换能器。纵波换能器又分为平面换能器 （用于平面的对测和平测）、径向换能器（用

16、于钻孔检测和桩的检测以及水下检测）和一发 多收换能器。 为了消除由换能器与被测对象之间的空气 夹层所产生的对超声能量的反射和阻抗作用， 常在换能器和构件之间涂抹耦合剂，如黄油、 凡士林或水等。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 3 混凝土的声学参数混凝土的声学参数 声速声速 声速与混凝土的弹性性质有关，也与混凝 土内部结构（孔隙、材料组成等）有关。一般 弹性模量越高，密实性越好，声速就越高。而 混凝土的强度与弹性模量和孔隙率（密实性） 有密切关系。因此对于同种材料和配合比的混 凝土，强度越高，声速也越高。混凝土内部有 缺陷和裂缝时，其声速要有所降低。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 波形

17、波形 由于绕射、反射和传播途径的变化，直达波、 反射波和绕射波的频率和相位各不相同，当它们 相继到达接收换能器时，叠加形成复杂波形。因 此应对接收波波形进行分析研究，来判断混凝土 质量和缺陷。 频率和振幅频率和振幅 由脉冲发射器激发的电脉冲是复频超声脉冲 波，它包含了一系列成分不同的余弦波分量。这 种波在混凝土中传播时，高频成分首先衰减，从 而使主频率下降。主频率下降的量值与传播距离、 混凝土本身的性质、内部的缺陷等有关。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 接收波振幅通常指首波，即第一个波前半 周的幅值。当混凝土内部有缺陷和裂缝时，会 使超声波产生反射和绕射，振幅将会明显减小。 主频率和振幅

18、的大小不仅与混凝土的性质 和内部情况有关，同时还受仪器设备、耦合剂、 测试距离等有关，影响因素较多，不易用来直 接测量混凝土的强度和缺陷。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 4 超声脉冲法测混凝土强度推定超声脉冲法测混凝土强度推定 利用混凝土的抗压强度fcu与超声波在混凝土 中的传播速度v之间的关系来检测混凝土的强度。 混凝土强度愈高，相应超声波波速愈大。通过试 验可建立混凝土强度与声速的关系曲线或经验公 式。目前常用的相关关系表达式有幂函数方程: Bv fAe cu 或 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 5 超声法的测区数量和布置超声法的测区数量和布置 按单个构件检测按单个构件检测：一个

19、构件均匀布置不少于10个 测区。按批量抽检时按批量抽检时：不得少于同批构件总数的30%， 且构件数量不得少于4件，每个构件测区数不少于10 个。对长度小于或等于2m的构件，不少于3个测区。 按批量检测的条件：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，且龄期相近的同类结构或 构件；在施工阶段所处状态相同。抽检构件时应随机 抽取并使所选构件具有代表性。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 6 声速的测定声速的测定 每区选3个测点，根据测得的声时和两相对探头的 距离计算波速，取各测点的平均值作为该区的波速。 / m l t l m t 式中：

20、超声测距； 测区平均声时值; t1、t2、t3：分别为测区3个测点声时值。 当在试件混凝土的浇筑顶面或底面测试时，由于 上表面砂浆多，强度低，下表面粗骨料多，强度高， 但总体使声速偏低，因此声速值应乘以1.034修正。 123 3 m ttt t 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 1 超声回弹综合法的特点：超声回弹综合法的特点： （1）减少混凝土龄期和含水率的影响。含水率越大， 超声声速偏高回弹值偏低；混凝土龄期越长，超声 声速降低，而回弹值因碳化程度的增大而提高。因 此综合法可抵销部分影响。 （2）提高测试精度。由于综合法能减少一些因素的 影响程度，故可提高测试精度。 二、超声回弹综合法二

21、、超声回弹综合法 超声回弹综合法实质上就是超声法和回弹法两种 单一测强方法的综合测试。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 （3）可以弥补相互间的不足。超声法主要反映 材料的弹性性质和内部的有关构造信息，回弹 法可反映材料的弹性性质和部分塑性性质，但 只能确切反映表层约3cm的状态。而超声回弹 综合法既能反映材料的弹性性质，又能反映塑 性性质，既能反映表层状态，又能反映内部状 态。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 测区测点测区测点 超声的测点和回弹的测点布置在同一测试面上。 宜先进行超声测试，然后进行回弹测试。 同时注意，只有同一个 测区内所测得的回弹值和声 速值才能作为推算该测区混 凝土

22、强度的综合参数，不同 测区的测量值不能混用。 测区测点的布置要求与 两种单一方法相同。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 3 3 超声超声- -回弹综合法的强度推定回弹综合法的强度推定 超声回弹综合法测量时，应严格遵照超声 回弹综合法检测混凝土强度技术规程。每一测区 的混凝土强度是根据该区实测的波速及回弹平均值， 经过相应的修正后，按事先建立的fcuVRm关系 曲线推定的。 cBC cum fAR 其中： c cu f 混凝土强度换算值 超声波在混凝土中的传播速度 m R 测区平均回弹值 A、B、C：为常数项 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 四、钻芯法测混凝土强度四、钻芯法测混凝土强度*

23、 钻芯法试验是使用专用的取芯钻机，从被检测的结构或 构件上直接钻取圆柱形的混凝土芯样，并根据芯样的抗压试 验由抗压强度推定混凝土的立方抗压强度，准确性较高。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 1 取样取样 位置位置：钻取芯样应在结构或构件受力较小的部位和 强度质量具有代表性的部位。芯样试件内不应含有钢筋。 如不能满足，每个芯样内最多只允许含有二根直径小于 10mm的钢筋，且钢筋应与芯样轴线基本垂直。 大小与数量大小与数量：钻芯数量不应少于3个，小构件可取2个。 芯样直径不宜小于骨料最大粒径的3倍，一般为100 mm或 150 mm，芯样高度为直径的12倍。芯样端面必须进行 加工磨平。也可用水

24、泥砂浆或硫磺胶泥在专用补平装置 上补平。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 2、芯样抗压试验和混凝土强度推定、芯样抗压试验和混凝土强度推定 1 1）抗压试验）抗压试验 芯样试件宜在与被检测结构或构件混凝土的干湿 度基本一致的条件下进行抗压试验。芯样试件的混凝 土强度换算值为： 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 芯样试件混凝土换算强度的修正系数芯样试件混凝土换算强度的修正系数 高径比h/d1.01.11.21.31.41.5 系数1.001.041.071.101.131.15 高径比h/d1.61.71.81.92.0- 系数1.171.191.201.221.24- 2 2）强度推定）强

25、度推定 对于单个构件或单个构件的局部区域，取芯样试件混 凝土换算强度中的最小值作为代表值推定结构的混凝土强 度。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 五五 拔出法检测混凝土强度拔出法检测混凝土强度* 1 1、原理、原理 用一金属锚固件预埋入 凝土内（预装法）或在构件 上钻孔埋人一金属锚固件 （后装法），然后测试锚固 件从混凝土中被拔出时的拉 力，并由此推算混凝土的抗 压强度。属于半破损试验。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 2、后装拔出法、后装拔出法 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 测点布置测点布置： 数量：单个构件3点；批量抽检30%但不少于10件，每个 构件3点。 位置：成型侧面，

26、受力较大及薄弱部位，相邻两测点的 间距不应小于10h(h锚固件的锚固深度) 测点应避开接缝、蜂窝、麻面部位和混凝土表层的钢筋、 预埋件。 强度推定强度推定：按已经建立的拔出力与立方抗压强度之间的 相关关系曲线，由拔出力确定混凝土的抗压强度，如下式。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 砼内部缺陷的检测技术砼内部缺陷的检测技术 一、超声波检测混凝土缺陷的基本原理一、超声波检测混凝土缺陷的基本原理 采用低频超声波检测仪，测量超声脉冲的纵波在结构 混凝土中的传播速度，接收波形信号的振幅和频率等声学 参数的相对变化，来判定混凝土的缺陷。 超声波通过缺陷会产生绕射、反射，绕射使传播速度 变小，声时偏长；

27、反射使能量显著衰减，波幅和频率明显 降低，接收波形平缓甚至发生畸变。据此，判断和评定混 凝土的缺陷和损伤情况。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 超声波检测混凝土缺陷的方法超声波检测混凝土缺陷的方法： 单面平测法：只有一个表面可供检测 平测法 双面对测法：有两对相互平行的测试面 双面斜测法：只有一对相互平行的测试面 孔中对测 测试孔法 测试深度较大 孔中斜测 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 二、混凝土浅裂缝检测二、混凝土浅裂缝检测 裂缝深度500 mm时，采用平测法或斜测法进行检测。 1 1 单面平测法单面平测法 裂缝所在部位只有一个表面可供超声检测时（如混凝土 路面、飞机跑道和大体积结

28、构等）采用。 裂缝中不允许有积 水或泥浆，并且大致垂直换能器连线，并穿越裂缝的钢筋与 换能器连线的水平距离不小于裂缝预计深度的1.5倍。 L/2 L/2 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 发射换能器和接收换能器对称地布置在裂缝的两侧， 两换能器之间的净距离为L，则每个测点超声实际的传播 距离为L。 跨越裂缝并相距L时， 测得声时t0；不跨越裂缝 并相距L时测得声时t。 裂缝深度计算公式： 0 2 ( )1 2 t ct L d LLa 100150200 = iii a Lmmmmmm tLabt 常数项，可用回归方程求出； 分别令、 测得声时值 ，即可建立直线回归方程： 也可建立图示坐标系，求得a值。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 例：利用超声法检测某结构混凝土表面裂 缝深度，两测点间距为L=800mm，由A点向B 点检测时测得的声时为100s。又测得不跨裂 缝混凝土测点距离为800mm时的声时为80s。 求裂缝深度。 第七节混凝土桥梁无损检测技术赏 析 2 双面斜测法双面斜测法 钢筋混凝土的梁、板、柱等构件都有两个相互平行的 测