结构砼无破损量测技术

1、第四章 混凝土结构无损检测技术第一节 混凝土无损检测常用方法的分类 混凝土是当代建筑工程中最主要的结构材料之一。由于混凝土通常是在工地进行配料、搅拌、成型、养护，所以每一个环节稍有不慎都将影响其质量，危及整个结构的安全。因此，加强混凝土的质量监测与控制成为当今筑建工程技术中的重要课题。众所周知，混凝土的主要质量指标历来是以标准试件的抗压强度为依据的。试件抗压强度试验在全世界已延用80多年，成为混凝土与钢筋混凝土结构的设计，施工及验收的基本依据。混凝土结构设计规范(gb 50010-2002)规定的混凝土立方体抗压强度标准值系指按照标准方法制作、养护、边长为150mm的立方体试件在28d龄期，用

2、标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度。这种定义是国际上普遍采用的，其目的在于相互可资比较。这种严格理想的约束条件虽在现实工程上并不存在，但又是必须予以考虑的，因为这是衡量混凝土结构设计可靠度的基本要求。但必须看到，混凝土标准试件的抗压试验对结构混凝土来说，毕竟是一种间接测定值。由于试件的成型条件、养护条件及受力状态都不可能和结构物上的混凝土完全一致，因此，试件测量值只能被认为是混凝土在特定的条件下的性能反映，而不能代表结构混凝土的真实状态，至少在下述情况下，混凝土试件抗压强度不可能如实反映结构混凝土的性能； 1） 当混凝土施工中发现某一施工环节存在问题，对结构混凝土强度产生怀疑时； 2）

3、 当试件的取样、制作、养护等未按规定进行，对其可信度产生怀疑时； 3) 当结构混凝土受自然环境的侵蚀或受灾害性因素而损害时。 混凝土无损检测技术是指在不破坏混凝土结构构件条件下，在混凝土结构构件原位上对 混凝土结构构件的混凝土强度和缺陷进行直接定量检测的技术。依据无损检测技术的检测目的，通常可将无损检测方法分为五大类： 检测结构构件混凝土强度值； 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

4、凝土强度，作为结构混凝土合格性评定及验收依据。 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。在确保质量的前提下加快施工进度，加速场地周转降低能耗。同时，也可以用无损检测作为施工过程中的质量监视和质量控制的重要手段，以便迅速反馈给下道工序，及时调整工艺参数。 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。

5、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。 混凝土缺陷的成因十分复杂，检测要求也各不相同，大体上有以下四种情况： a. 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。 b. 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，需检泄其开展深度和走向。 c.

6、结构混土受环境侵蚀或灾害性损害，产屯由表及里的层状损伤，需检测受损层凶厚度与范围。 d. 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。 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，强度高未必其他牲能就好，因此，其他性能的无损检测的技术正在引起重视；随着研究工作的深入，它将成为无损检测的

7、重要功能之一。 检测几何尺寸如钢筋位置、钢筋保护层厚度、板面、道面、墙面厚度等； 结构工程混凝土强度质量的匀质性检测和控制； 建筑热工、隔声、防水等物理特性的检测。 应当指出，从当前的无损检测技术水平与实际应用情况出发，为达到同一检测目的，可以选用多种具有不同检测原理的检测方法，例如结构构件混凝土强度的无损检测，可以利用回弹去、超声回弹综合法、超声脉冲法、拔出法、钻芯法、射钉法等。这样为无损检测工作者提供了多种可能并可依据条件与趋利避害原则加以选用。 显然，更加宏观角度分类，也可从对结构构件破坏与否的角度出发，分为三大类：1) 无损检测技术；2) 半破损检测技术；3) 破损检测技术。 按检测方

8、法综合分类按检测目的分类按检测原理及方法名称分类测 试 量混凝土强度检测压痕法压力及压痕直径或深度射钉法探针射人深度嵌试件法嵌注试件的抗压强度回弹法回弹值钻芯法芯样抗压强度拔出法拔出力超声脉冲法超声脉冲传播速度超声回弹综合法声速值和回弹值声速衰减综合法声速值和衰减系数射线法射线吸收和散射强度成熟度法度、时积超声脉冲法声时、波高、波形、频谱、反射回波声发射法声发射信号、事件记数、幅值分布能谱等混凝土内部缺陷检测脉冲回波法应力波的时域、频域图射线法穿透缺陷区后射线强度的变化雷达波反射法雷达反射波红外热谱法热幅射冲击波反射法应力波的时域混凝土几何尺寸检测(如混凝土结构厚度、钢筋位置、钢筋保护层厚度检

9、测)电测法混凝土的电阻率及钢筋的半电池电位磁测法磁场强度雷达波反射法雷达反射波混凝土质量匀质性检测与控制回弹法回弹值敲击法固有频率、对数衰减率声发射法声发射信号、幅值分布能谱等超声脉冲法超声脉冲传播速度建筑热工、隔声等物理特性检测红外热谱法热幅射电测法混凝土的电阻率磁测法磁场强度射线法射线穿过被测体的强度变化透气法气流变化中子散射法中子散射强度中子活化法卢射线与射线的强度、半衰期等 早在30年代初，人们就已开始探索和研究混凝土无损检测方法，并获得迅速的发展。1930年首先出现了表面压痕法。1935年格里姆(ggrimet)、艾德(了mide)把共振法用于测量混凝土的弹性模量。1948年施米特(

10、eschmid)研制成功回弹仪。1949年加拿大的莱斯利(leslie)和奇斯曼(cheesman)、英国的琼斯(卜jofies)等运用超声脉冲进行混凝土检测获得成功。接着，琼斯又使用放射性同位素进行混凝土密实度和强度检测，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。如前苏联、罗马尼亚、日本等国家在50年代都曾取得许多成果。60年代，罗马尼亚的弗格瓦洛(lfhchoru)提出用声速、回弹法综合估算混凝土强度的方法，为混凝土无损检测技术开通了多因素综合分析的新途径。60年代声发射技术被引入混凝土检测体系，吕施(hrtisch)、格林(a丁green)等人先后研

11、究了混凝土的发射特性，为声发射技术在混凝土结构中的应用打下了基础。此外，无损检测的另一个分支一钻芯法、拔出法、射击法等半破损法混凝土无损检测常用方法的分类和特点 雷达法 雷达法是利用近代军事技术的一种新检测技术。“雷达”是“无线侦察与定位”的缩写。由于雷达技术始于军事需要，受外因限制，雷达技术用于民用工程检测，在国内起步很晚，一直到20世纪90年代才开始。起先是上海用探地雷达，探测地下管线、旧老建筑基础的地下桩基、古河道、暗浜等。 雷达法是以微波做为传递信息的媒介，依据微波传播特性，对被测材料、结构、物体的物理特性、缺陷做出无破损检测诊断的技术。 雷达法的微波频率为300mhz-300ghz，

12、属电磁波，处于远红外线至无线电短波之间。 雷达法引入无损检测领域内大大增强了无损检测能力和技术含量。 利用雷达波对被测物体电磁特性敏感特点，可用雷达波检测技术检测并确定城市市政工程地下管线位置、地下各类障碍物分布、路面、跑道、路基、桥梁、隧道、大坝混凝土裂缝、孔洞、缺陷等质量问题；配合城市顶管、结构等施工工程不可或缺的有效手段。可以想象，雷达波测检技术会在今后城市地下空间开发领域大有用武之地。我国已在路面、跑道厚度检测，市政工程建设中开始应用取得良好效果。 · 红外成像无损检测技术 红外成像无损检测技术是建设工程无损检测领域又一新的检测技术。将红外成像无损检测技术移植进建设工程领域是

13、建设工程无损检测技术进步的一个生动体现，也是必然的发展结果。 红外线是介于可见红光和微波之间的电磁波。红外成像无损检测技术是利用被测物体连续幅射红外线的原理，概括被测物体表面温度场分布状况形成的热像图，显示被测物体的材料、组成结构、材料之间结合面存在的不连续缺陷，这就是红外成像无损检测技术原理。 红外成像无损检测技术是非接触的检测技术，可以对被测物体上下、左右进行非接触的连续扫描、成像，这种检测技术不仅能在白天进行，而且在黑夜也可正常进行，故这种检测技术非常实用、简便。 红外成像无损检测技术，检测温度范围为502000，分辨率可达01002，精度非常高。 红外成像无损检测技术在民用建设工程中，

14、可用于电力设备、高压电网安全运营检查、石化管道泄漏、冶炼设备损伤检查、山体滑坡检查、气象预报。在房屋工程中对房屋热能损耗检测，对墙体围护结构保温隔热性能，气密性、水密性检查更是其他方法无法替代的优点；利用红外成像无损检测技术是贯彻实施国家建设部要求实现建筑节能50要求的有力和有效的检测手段。 磁测法 根据钢筋及预埋铁件会影。向磁场现象而设计的一种方法，目前常用于检测钢筋的位置和保护层的厚度。第二节 结构混凝土无损检测技术的研究动向 结构混凝土无损检测技术是多学科紧密结合的高技术产物。 现代材料科学和应用物理学的发展为无损检测技术奠定了理论基础，现代电子技术和计算机科学的发展为无损检测技术提供了

15、现代化的测试工具，同时，现代土木工程中迅速发展的新设计、新材料、新工艺又对无损检测技术不断地提出新的更高的要求，起着积极的促进作用。所以，它已成为混凝土测试技术体系中的十个重要分支，是建筑工程测试技术现代化的重要发展方向。近年来，在该领域的研究工作蓬勃发展，成果丰硕。现从以下几方面对无损检测技术的研究和发展动向作粗略的介绍： 一、结构混凝土无损检测技术基本理论方面的探索和发展无损检测方法必须建立在混凝土的某项性能与适当物理量之间的相互关系的基础上。以混凝土强度为例，为了寻找与混凝土强度密切相关，而又能在结构或构件上用无损方法直接测量的物理量，往往采用两种方法。一种是归纳法，就是在大量试验的基础

16、上，用回归分析的方法确定某物理量与强度之间的经验关系。这种方法试验工作量大，常有一定的盲目性。而且由于试验条件及原材料等众多因素对试验结果有明显影响，所得经验关系往往只局限于某种条件或某一地区适用，而没有广泛的适用性。另一种是演绎法，它是根据混凝土强度与某些物理量的之间的理论联系进行逻辑推演，从理论上确定其间的互相关系，然后再作适当的试验验证。这种方法所得的结果往往是以基础科学的基本原理为理论依据，因而具有较好的普适性。但要进行这种推演必须建立在理论指导的基础上。由于以往对强度与物理量的关系研究较少，目前，在上述两种方法中用得较多的仍然是前一种方法。近年来随着基础科学的发展，为混凝土性能与物理

17、量之间理论关系的研究奠定了基础。 目前，混凝土无损检测基础理论方面的研究主要集中在两个方面，其一是混凝土强度理论及无损检测常用物理量的关系；其二是混凝土中波的传播机理。 1.关于混凝土强度理论及其与物理量的关系 常用的无损检测强度的方法多是通过混凝土应力应变性质或密实度和孔隙率来推算混凝土强度的。因此，必须建立混凝土应力应变性质及孔隙率与强度的理论关系。 在建立混凝土应力应变性质与强度关系方面，苏联的乌兰素姆采夫做了开创性的工作，它把混凝土应力应变地过程模型化，随后我国湖南大学进行了进一步研究，提出了强度与应力应变性质的理论关系，其理论公式为： 式中 混凝土的抗压强度； 混凝土的动力弹性模量：

18、 一 混凝土的极限应变值； 为混凝土塑性变形系数； 加荷速度； t 加荷时间。 该式说明了混凝土强度非但是弹性性质的函数，而且还是塑性性质和试验条件的函数，要提高无损检测精度，必须同时反映这两个因素。 在进一步研究了应力应变参数与超声检测参数相互关系的基础上，得出下式： 式中 混凝土密度； 试件形状修正系数； 超声传播速度； 超声衰减系数，其余各项同前。 这些研究从理论上论证了强度与声学参数的相互关系。虽然，由于推导过程中的多重假定，这些式子还不能用于测试结果的直接计算，但它为无损检测强度时合理选择物理量和提高检测精度指明了方向。同时，也为混凝土弹性及非弹性性能的无损检测开劈了新的途径。 在建

19、立混凝土强度与孔隙的关系方面，同济大学做了较深入的研究，研究证明，混凝土强度与混凝土内部各不同结构层次的孔隙率与孔隙结构形态有密切关系，其理论关系如下 式中 一水泥石的抗压强度； 一总孔隙率； 孔隙的相对比表面积； 材料常数。 该式右侧的第一部分是水泥石的潜在强度，决定于原子分子层次的组分与结构；每二部分是微观和细观层次孔结构对强度的影响；第三部分为细观宏观层次上应力集中对强度的影响。 这些研究成果表明，要用材料密度或孔隙率指标测定混凝土强度时，虽然孔隙率是强度的主要影响因素，但单反映孔隙率是不够的，还必须把材料潜在强度和孔结构作为重要参考要素，才能提高检测精度。从而为某些以孔隙率为推算强度依

20、据的无损检测方法，例如射线法、渗透法等，指明了方向。 混凝土无损检测技术是一门实用技术，它需要基本理论的指导才能顺利发展，尽管基本理论的研究难度大、见效慢，但它是无损检测技术总体研究中不可缺少的组成部分寸应予重视。· 2.关于混凝土中波动传播特点的研究 混凝土无损检测技术，尤其是内部缺陷探测技术，大多是以波动传播为基础的，其中包括机械波和电磁波等。因此，近年对波在混凝土中的传播特性的研究越来越深入。例如，关于超声场和界面反射，及界面能量交换方面的研究；关于混凝土的滤波作用及相频、幅频变化的研究；关于混凝土声发射源及发射波在混凝土中传播规律的研究；关于雷达波及微波、红外光与混凝土性能关

21、系的研究等等，都对无损检测技术起到了推动作用。 总而言之，由于无损检测技术是多学科综合的一门应用技术，是建立在基础学科的基础之上的，因此，应从基础理论中不断吸收养分才能不断完善和发展。无损检测技术的研究工作者，应善于把基础理论与工程实践结合起来，才能完善现有方法和开劈新的途径。我国在材料科学和应用物理学等基础学科方面的研究已有许多进展，但这些研究与工程应用方面的研究却缺乏联系的桥梁，这是一个值得注意的缺憾。二、结构混凝土无损检测领域中检测方法的探索和发展 1. 混凝土强度的无损检测方面 近年来，馄凝土强度的无损检测方面，并无新的方法出现或新的重大突破。研究工作主要集中在以下两点： (1)原有方

22、法的进一步完善。例如回弹法、超声法，进行各种影响因素的分析研究，以便予以消除或修正。我国在这方面做了大量研究，对全国的原材料、配合比、期龄等方面的影响进行了细致的分析，并提出了许多有效的修正措施，例如回弹法中用碳化深度消除龄期的影响就是一例。 (2)采用两种以上方法进行多参数的综合强度测定，即所谓综合法。许多学者认为，综合法可从不同的检测参数中获取较多的信息，并可消除部分不利因素的影响，因而误差较小，是今后检测强度方法的主要研究方向。目前应用最多的是超声回弹综合法，此外，还提出了一些多因素综合法的设想和成果，其中有超声与半破损综合法，超声衰减综合法等等。 2. 混凝土内部缺陷的无损检测方面 超

23、声脉冲缺陷检测技术的发展动向 目前最常用的缺陷检测方法是超声脉冲法，通常使用超声脉冲穿过缺陷区时的声时、波幅、波形的变化作为判断依据。近年的研究中有两个动向值得注意。 进行接收波形的信号分析。一种是进行接收波的频谱分析，建立频谱与缺陷的关系，使通常的波形观察量值化。另一种是检取接收波形中相频和幅频的突变点，分析发射振源所产生的一次波与在一次振源作用下在缺陷界面所发生的二次振源所产生的二次波对一次波的干扰作用，用以分析缺陷的位置。 超声脉冲反射法的运用。在金属超声探伤中；主要利用超声脉冲在缺陷处的反射的信号作为判断的依据。但在混凝土检测缺陷中，由于采用的发射频率较低，脉冲持续时间较长，以及混凝土

24、中不均质界面的影响，使反射法显得十分困难。近年来已在克服这些困难方面取得进展，其方法是一方面研制短余振换能器和组合式换能器，以增强缺陷反射信号及其清晰度，另一方面采用信息处理技术，从繁杂的信号中检出缺陷反射信号。 (2) 脉冲回波技术 脉冲回波法的研究和应用，是近年来无损检测缺陷技术的重要发展。它是用一钢球或力棒打击构件表面，打击脉冲应有适当的频宽。它在构件内部产生应力波，再用加速度传感器记录振动信号，从中通过时域和频域分析，得到缺陷反射信号和底面反-射信号。这种方法首先在混凝土基桩中应用，根据所接收的信号可分析出断桩等缺陷的位置，甚至可从接收信号中算出桩土体系的动力刚度，从而推算桩的承载能力

25、。近年，伽利诺(nicholasjcarino)等已将脉冲回波法用于检测板状构件的厚度、内部缺陷、混凝土凝结时间以及早期强度的增长情况等。这一方法的关键在于冲击方式和频宽的选择，以及接收波的信息分析技术，以免杂波干扰分析。 高速自动检测缺陷技术的发展 某些工程结构，如机场跑道、高速公路等，需检测的面积极大，一般逐点检测方式已不能满足需要，因而提出了高速检测技术。由于高速检测时传感器需在被测构件或结构上高速移动，因此不能沿用与被测物接触的传感方式，通常采用辐射法达到这一目的。最典型的例子就是雷达探伤技术的发展。它利用雷达波穿过混凝土、土壤、岩石等结构材料，根据微米波(1001200mhz)穿透不

26、同材料时的速度、电绝缘度等参数的变化，导致反射波极性变化的现象，分析出不同材料品种的层厚变化及材料内部的分离、孔洞及其他不连续缺陷。这种方法由于通电磁波传导信息，传感器可在不与被测结构接触的状态下高速扫描，移动速度可达17kmh，即以约5ms的速度检测。 目前，尤其在道路检测中，高速自动检测技术已有较大发展。除雷达波以外，还有红外热谱、激光、超声等辐射方式的检测方法出现。 一般认为，这类依靠远程(非接触式)辐射传递信息的高速检测技术，是一种很有前途的高科技领域，但由于分析技术复杂，设备昂贵等原因，在一般工程中应用尚有一定困难，但其发展前景是良好的。三、其他性能无损测试技术的发展 随着结构功能的

27、多样化，对混凝土性能的要求也超出了抗压强度、缺陷等传统质量指标，为适应这种需要，无损检测技术的使用领域，也已扩展到其他性能方面。例如，以往我们采用共振法或敲击法测定混凝土在冻融循环过程中的动力弹性模量变化，作为混凝土的耐久性测试指标。这种方法虽然对试件而言可算是一种无损检测方法，但是就结构混凝土而言，共振法则无能为力。因此必须研究一种能用间接方法反映结构混凝土耐久性的无损检测方法。近年发展起来的渗透法就是这类方法的一种，它以混凝土阻止液体或气体渗透的能力，间接反映结构混凝土耐久性。丹麦已利用气体渗透技术制成手提式渗透测定仪。 又如高强混凝土的脆性一直是高强混凝土应用的严重障碍。目前，材料科学已

28、从理论上提出若干能反映脆性的定量指标，但这些指标的测试需要刚性试验机等昂贵设备。1984年湖南大学提出了振动内耗与脆性相关的理论，并用振动或超声法测出混凝土振动阻尼系数，即可求得混凝土的相对脆性指标。试验简便、快捷、无损于试件，甚至可以在结构物现场直接测量结构混凝土脆性的相对指标。 此外，用中子散射法及微波吸收法测定混凝土的含水率，用中子活化法测定混凝土中的水泥含量等，都属于这一类型的新的测试方法。含水量和水泥用量虽然不是混凝土质量的考核指标，但是准确测量这些参数，往往可作为强度检测的修正因素，以便消除含水量、水泥用量等对强度与声速、回弹等物理量之间相关关系的影响，以提高强度的检测精度。因而这

29、些成果仍具有重要意义。四、结构混凝土无损检测仪器的研究动向 随着测试方法和电子技术的发展，无损检测仪也发展到一个新水平。目前国内外关于无损检测仪器的研究动向主要有以下趋势： 1. 仪器智能化 近年来无损检测技术测试数据的初理和评价方法日趋复杂，迫切要求提高仪器的自身数据处理能力，因此新研制的仪器普遍运用了计算机技术。例如天津建筑仪器研究所研制的he1型回弹超声综合检测仪、煤炭科学研究院研制的2000a型超声仪、湖南大学研制的混凝土钻孔灌注桩超声自动检测仪等，均具有测试数据高速采集、波形处理、：波速计算、频谱分析及强度综合推定或缺陷判断等功能。 2. 传感系统多样化 无损检测技术离不开传感系统，

30、因此，传感器的研究一直是人们注意的重点之一。近年来高灵敏传感系统不断出现，其中包括红外、微波、射线等传感系统。且前工程检测中用得最多的传感系统是压电传感器，即超声换能器或超声探头。由于超声检测方法的多样化，超声探头的品种也日益增多，尤其是短余振探头、反射探头、组合探头等特种探头相继问世。使以往无法实现的某些检测方法和设想，通过新型传感器的研究成功而获得解决。 3.专用化、小型化、一体化，集约化 为了适应某些特殊结构物的检测需要，国内外都有依据这些特殊要求制成专用仪器的做法，例如法国cebtp公司根据钻孔灌注桩的检测特点制成专用仪器，该仪器把探头升降、光学记录系统、超声发射和接收等集于一体，省略

31、一些测桩时不需要的常用超声仪的功能，既满足了要求又缩小了体积。我国湖南大学所研制的桩基检测专用仪器，更把超声发射系统等都装入探头中，整机(包括升降机、数据采集、运算等)由计算机控制，使超声仪更适合于桩 基检测的特殊条件。 一体化也是当今仪器的发展趋势之一，例如，为了与回弹超声综合测强方法及超声测缺方法相适应，天津建筑仪器厂把回弹值、超声速度、衰减、频谱分析等指标的测试和处理都集于htc-1回弹超声综合检测仪中。提高了仪器中信息处理单元的利用率，缩小了体积，提高了检测效率。 国外近年来还主张把各种检测功能的仪器组装在一辆检测专用车上，数据由共用的计算机处理和贮存，我们称之为集约化趋势。例如英国的

32、道路工程超声检测系统就是集约化的典型仪器群，它把各种道路无损检测装置安装在一辆车子内，在车前及车下安装了许多个非接触式超声探头，车子行走过程中同时可测出路面的平整度、粗糙度、穹度等一系列质量指标，并由车内计算机作较大容量的信息处理，给出对道路状况的综合评价结论。这种集约化 的检测仪器群机动性强，检测功能齐全，处理信息量大。可适应各种工程的检测，是一个可移动的检测试验中心。 检测仪器的研究是无损检测技术发展的基础，我国目前电子工业发展水平已足以提供各种先进仪器，但如何将电子技术与检测技术紧密结合起来，却是我们目前有待解决的问题。五、结构混凝土无损检测信息处理和评价技术的探索和发展 信息处理和评价

33、技术是无损检测技术的重要组成部分。近年来在这方面的研究工作越来越引起人们的重视。目前，在强度无损检测方面，已广泛运用了数理统计理论建立相关公式和进行强度推定；在缺陷无损检测方面已开始运用各种定量或半定量的数值判据，同时也已开始运用信息处理技术来判断缺陷。 1. 混凝土强度无损检测结果的评价 随着建筑结构设计理论的发展，当今的结构设计方法已由原来的定值法过渡到概率法，结构的可靠性采用结构的可靠度或失效概率来衡量。结构设计的可靠性是以正常设计、正常施工及正常使用为前提的，因此，结构物的可靠度除了与设计时对荷载和材料性能取值及结构计算准确性有关外，还与工程质量的控制有极为密切的关系，分析结构可靠度时

34、必须考虑质量控制条件。在构成结构可靠度的众多因素中，混凝土强度是一个重要因素。在常规的混 凝土强度检验中，为了评定一批混凝土的强度质量水平，不可能采用全数破坏性抗压强度试验，而只能从检验批的总体中，随机抽取若干组试件进行破坏性抗压试验，并以此试验结果，根据抽样理论中试样统计参数与总体统计参数之间的关系，来判断被评价的混凝土的总体质量。因此，国际标准化组织(1so)的有关建议，以及我国新制定的混凝土强度检验评定标准(gbj 10787)中都规定了以统计方法为基础的抽样评定法则。以试件强度的均值和标准差作为混凝土质量水平的一种描述，并规定了混凝土总体强度合格性控制的评定条件。 当我们采用无损检测方

35、法检测混凝土强度时，可取得每个测 区的标准强度换算值，它相当于一个试件的测定值，因此这些标准强度换算值的平均值和标准差也是该批混凝土质量水严的一个描述。从这一点出发，我国近年制定的回弹法规程和超声回弹综合法规程都采用了相应的统计评定法则进行强度评定。 但是，值得注意的是强度无损检测是建立在混凝土立方体标准抗压强度与检测物理量的相关性换算的基础上的，由物理量换算成标准强度换算值时，就已存在一次误差，这种相关关系所带来的误差，与混凝土抽样试件破坏性测试结果的统计参数有何联系和影响，至今尚无全面系统的研究报告，因而在制定对无损检测的标准强度换算值按统计方法进行强度推定的有关规程时，对某些统计参数的确

36、定尚有一定困难，这是今后在完善现行规程中应予研究的一个问题。 总而言之，混凝土强度无损检测结果的评定方法由单值或平均值评定过渡到统计方法评定是近年的一个进展，它使评定结果更加合理，并与国家有关标准取得了致，因而提高了无损检测结果的可信性。 2.混凝土缺陷无损检测结果的判断 在混凝土缺陷的无损检测中，通常都根据所测得的物理量，如声时、波幅、波形、辐射阴影区等，进行定性的或经验性的判断。这种方法受人的经验因素影响甚大，而且也不利于检测自动化、高速化和智能化，显然已不适应现代工程检测的需要。因此，近年来对缺陷判断方法的数值化、定量化进行了许多研究。纵观这些研究的技术途径，基本上是两个方面，其一是采用

37、数值判据，其二是采用信息处理技术。 （1）缺陷数值判据的发展 所谓数值判据，就是根据检测参数，如声时、波幅、接收频率等的定量值，用适当的数字处理方式，得出一个简明而又能判定缺陷存在与否的量值，该量值可作为缺陷判断的普遍适用的依据，称为缺陷数值判据。目前已提出的数值判据有四大类： )概率法判据 早在60年代，我国南京水利科学研究院就提出了用统计参数判缺陷的数值判据，基本思想是检出大面积网格测试值中的统计异常值，出现该异常值的部位即为缺陷区。随后在概率法的基础上又有许多新的发展，我国制订的超声法检测混凝土缺陷技术规程就建议采用概率法作为一般结构或构件的缺陷判断依据。 斜率与差值乘积判据(psd判据

38、) 某些结构物，例如混凝土钻孔灌注桩、地下连续墙等，因施工时需灌注水下混凝土，由于施工因素的影响，往往导致均匀性较差，标准差较大，这时若以标准差为依据检出异常点有可能出现漏判。针对这些特殊构件，湖南大学提出了在连续测量的沿线上声时曲线的斜率与相邻测点声时差值的乘积判据，简称psd判据。其基本思想是在缺陷区往往存在材料不连续或材料性能的变异，因此在缺陷区的边缘声参数必 然产生明显变化，导致该点声时曲线斜率增大，据此判断缺陷的存在、性质和大小。该判据避免因均匀性不良，标准差过大对判断所造成影响，也可以消除相对检测面或检测孔道不平行所带来的影响。 多因素概率法判据(nfp判据) 概率法和斜率与差值乘

39、积都以单一声学参数组成判据，但研究证明，若采用多项参数(如声时、波幅、频率等)进行缺陷综合判断，则可提高判断的灵敏性和可靠性；基于这一思想，铁道部大桥局科研所提出一种多因素(声时、波幅、频率)概率分析法，简称综合判定法或nfp判据。它将上述三个参数组成一个综合参数，并分析了综合样本的概率分布函数(charliar概率密度函数)，然后在该概率密度函数的基础上对样本中的异常值作出判断。所提出的nfp判据除可以对缺陷有无作出判断外，还与缺陷的大小和性质有一定关系。 多因素模糊综合判据 多因素概率法虽然综合了三个因素，但对三个因素在判断中的权数分配未子充分考虑。容易造成误判。为此，湖南大学又提出了多因

40、素模湖综合判断，即采用模糊数学的方法对各参数权数进行合理分配，列出因素集和评判集，并通过模糊变换作出综合判断。 从以上数值判据的简单介绍中可见，缺陷无损检测的数值判断是一个十分活跃的研究领域，可以预料，随着缺陷判断理论和实践深化，将会有更多的判据形式出现。 （2）信息处理技术的运用 信息处理与数据处理的含义有所不同。数据处理一般是指对大量测试数据的分析和处理，从中找出有关的规律，它比较多的运用数理统计的知识，例如混凝土强度与物理量相关关系的回归分析、检测结果的强度评定以及缺陷判断的各种数值判据等都属于数据处理的范畴。而信息处理技术则是指检测所获取的信号的变换、分离、滤波、谱分析、存贮、记录等方

41、面的技术。 信息处理技术在缺陷检测中的原始运用，就是早期利用接收波波形进行缺陷判断。但由于影响的因素很多，很难简单地直接从波形上做出判断。为此，又提出了直接在接收波形上测读频率或直接通过波形观察检出相位和频率变化点，用以分析一次振源波及二次振源波的叠加信号，作为缺陷判断的依据。这些方法比波形的简单形状观察又进了一步。但这种处理方法仍然是初级的。 近年来计算机在无损检测中已大量运用，因而为进行信息处理打下了基础，许多信息处理方法正进入混凝土无损检测领域，例如在声发射检测中已运用相关分析法滤去声发射测试中的噪声干扰。时域、频域分析已用于脉冲回波法检测。功率谱密度分析已用于超声脉冲检测等。 预计信息

42、处理技术将成为缺陷判断由经验性走向量值化的重要途径，尤其是在超声反射法探伤、脉冲回波技术、声发射技术、雷达技术、红外技术等测缺方法中更为重要。但目前信息处理技术在无损检测中的运用，还有待进一步开拓。 第三节 几种常用无损检测方法桥涵混凝土结构、钢筋混凝土结构或预应力混凝土结构或构件的检验，依据交通部的有关标准，主要包括内容有三个方面：一是施工阶段的质量控制，包括原材料的试验检测、混凝浇注前的检查等；二是外观质量检测，主要是在构件成型达到一定强度后检测结构实物的尺寸和位置偏差，混凝土表面平整度、蜂窝、麻面、露筋及裂缝等；三是构件混凝土的强度等级，通常以立方体试件的抗压强度来反映，当对某一方面的检

43、验内容产生怀疑时，如构件的强度离散大、强度不足、振捣不密实或存在其他缺陷时，通常还需要采用无破损的方法进行专项检验或荷载试验来判定。无损检测的方法很多，目前工程中应用比较多的有以下几种方法：钻芯法、回弹法、超声法、超声-回弹综合法和拉拔法等。一、钻芯法（cecs 03:88） 钻芯法检验混凝土强度是从混凝土结构物中钻取芯样来测定混凝土的抗压强度，是一种直观准确的方法。用钻芯法还可以检测混凝土的裂缝、接缝、分层、孔洞或离析等缺陷，具有直观、精度高等特点，因而广泛应用于土木工程中混凝土结构或构筑物的质量检测。 （一）适用情况 1.对试块抗压强度的测试结果有怀疑时； 2.因材料、施工或养护不良而发生

44、混凝土质量问题时； 3.混凝土遭受冻害、火灾、化学侵蚀或其他损害时； 4.需检测经多年使用的建筑结构或构筑物中混凝土强度时。（二）钻取芯样 1.钻前准备资料 （1）工程名称(或代号)及设计、施工、建设单位名称； （2）结构或构件种类，外形尺寸及数量； （3）设计采用的混凝土强度等级； （4）成型日期，原材料(水泥品种，粗骨料粒径等)和混凝土试块抗压强度试验报告； （5）结构或构件质量状况和施工中存在问题的记录； （6）有关的结构设计图和施工图等。 2.钻取芯样部位， （1）结构或构件受力较小的部位； （2）混凝土强度质量具有代表性的部位； （3）便于钻芯机安放与操作的部位； （4）避开主筋、预

45、埋件和管线的位置，并尽量避开其他钢筋； （5）用钻芯法和非破损法综合测定强度时，应与非破损法取同一测区。 (三) 芯样要求 1.芯样数量 按单个构件检测时，每个构件的钻芯数量不应少于3个，对于较小构件，钻芯数量可取2个；对构件的局部区域进行检测时，应由要求检测的单位提出钻芯位置及芯样数量。 2.芯样直径 钻取的芯样直径一般不宜小于骨料最大粒径的3倍，在任何情况下不得小于骨料最大粒径的2倍。 3.芯样高度 芯样抗压试件的高度和直径之比应在12的范围内。 4.芯样外观检查 每个芯样应详细描述有关裂缝、分层、麻面或离析等，并估计集料的最大粒径、形状种类及粗细集料的比例与级配，检查并记录存在气孔的位置

46、、尺寸与分布情况，必要时应进行拍照。 5.芯样测量 （1）平均直径：用游标卡尺测量芯样中部，在相互垂直的两个位置上，取其二次测量的算术平均值，精确至0.5mm； （2）芯样高度：用钢卷尺或钢板尺进行测量，精确至0.5mm； （3）垂直度: 用游标量角器测量两个端面与母线的夹角，精确至0.1°； （4）平整度: 用钢板尺或角尺紧靠在芯样端面上，一面转动钢板尺，一面用塞尺测量与芯样端面之间的缝隙（图4-15）。 a)测高度；b)测平整度；c)测垂直度；d)测平均直径 图4-15 芯样尺寸测量示意图 6.芯样端面补平方法 当锯切后芯样端面的不平整度在loomm长度内超过0.1mm， 芯样端

47、面与轴线的不垂直度超过2°时，宜采用在磨平机上磨平或在专用补平装置上补平的方法进行端面加工。 （1）硫磺胶泥(或硫磺)补平 a.补平前先将芯样端面污物清除干净，然后将芯样垂直地夹持在补平器的夹具中，并提升到一定高度(图4-16)； b.在补平器底盘上涂上一层很薄的矿物油或其他脱模剂，以防硫磺胶泥与底盘粘结； c.将硫磺胶泥置放于容器中加热溶化。待硫磺胶泥溶液由黄色变成棕色时(约150)，倒入补平器底盘中。然后转动手轮使芯样下移并与底盘接触。待硫磺胶泥凝固后，反向转动手轮，把芯样提起，打开夹具取出芯样。然后，按上述步骤补平该芯样的另一端面。 (2) 用水泥砂浆(或水泥净浆)补平 a.补

48、平前先将芯样端面污物清除干净，然后将端面用水湿润； b.在平整度为每长100mm不超过0.05mm的钢板上涂一薄层矿物油或其他脱模剂，然后倒上适量水泥砂浆摊成薄层，稍许用力将芯样压入水泥砂浆之中，并应保持芯样与钢板垂直。待两小时后，再补另一端面。仔细清除侧面多余水泥砂浆，在室内静放一昼夜后送入养护室内养护。待补平材料强度不低于芯样强度时，方能进行抗压试验（图4-17）。 1-芯样；2-夹具；3-硫磺液体；4-底盘； 1-芯样；2-套具；3-支架； 5-手轮；6-齿条；7-立柱 4-水1泥砂浆；5-钢板图4-16 硫磺胶泥补平示意图 图4-17水泥砂浆(或水泥净浆)补平示意图 （四）抗压强度试验

49、 1.芯样试件宜在与被检测结构或构件混凝土湿度基本一致的条件下进行抗压试验。如结构工作条件比较干燥，芯样试件应以自然干燥状态进行试验；如结构工作条件比较潮湿，芯样试件应以潮湿状态进行试验。 2.按自然干燥状态进行试验时，芯样试件在受压前应在室内自然干燥3d，按潮湿状态进行试验时，芯样试件应在20±5的清水中浸泡4048h，从水中取出后应立即进行抗压试验。 （五）芯样强度计算 芯样试件的混凝土强度换算值系指用钻芯法测得的芯样强度，换算成相应于测试龄期的边长为150mm的立方体试块的抗压强度值。 芯样试件的混凝土强度换算值，应按下列公式计算： （4-16） 芯样试件混凝土强度换算值(mp

50、a)，精确至0.1 mpa； 芯样试件抗压试验测得的最大压力(n)，； 芯样试件的平均直径(mm)； 不同高径比的芯样试件混凝土强度换算系数，应按表4-14选用。表4-14 芯样试件混凝土强度换算系数 单个构件或单个构件的局部区域，可取芯样试件混凝土强度换算值中的最小值作为其代表值。 （六）注意问题 1 对混凝土强度等级低于c10的结构，不宜采用钻芯法检测。2 芯样试件内不应含有钢筋。如不能满足此项要求，每个试件内最多只允许含有二根直径小于l0mm的钢筋，且钢筋应与芯样轴线基本垂直并不得露出端面。3 将芯样取出并稍凉干后，应标上芯样的编号，并应记录取芯构件名称，取芯位置，芯样长度及外观质量等，

51、必要时应拍摄照片。如发现不符合制作芯样试件的条件，应另行钻取。4 芯样在搬运之前应采用草袋废水泥袋等材料仔细包装，以免碰坏。5 芯样有裂缝或有其他较大缺陷时不得用作抗压强度试验。6 硫磺胶泥(或硫磺)补平法一般适用于自然干燥状态下抗压试验的芯样试件补平，水泥砂浆(或水泥净浆)补平法一般适用于潮湿状态下抗压试验的芯样试件补平。 7补平层应与芯样结合牢固，以使受压时补平层与芯样的结合面不提前破坏。 8经端面补平后的芯样高度小于0.95d(d为芯样试件平均直径)，或大于2.05d时，不得用作抗压强度试验。二、回弹法（jgj/t 23-2001） 回弹法在我国使用已达五十余年，而且越用越广泛，这不仅是

52、因为回弹法简便、灵活、符合国情，更是由于我国已解决了回弹法使用精度不高和不能普遍推广的关键问题。（一）回弹法的基本原理 回弹法是用弹簧驱动重锤，通过弹击杆弹击混凝表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值（反弹距离与弹簧初始长度之比）作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法。由于测量在混凝土表面进行，所以应属于表面硬度法的一种。 图4-18为回弹法的原理示意图。当重锤被拉到冲击前的起始状态时，若重锤的质量等于1，则这时重锤所具有的势能e为： (4-17) 式中： 拉力弹簧的刚度系数； 拉力弹簧起始拉伸长度。图4-18 回弹法原理示意 混凝土受冲击后产生瞬时弹性变形，其恢复力使重锤弹回，

53、当重锤被弹回到位置时所具有的势能为 (4-18) 式中： 重锤反弹位置或重锤弹回时弹簧的拉伸长度。 所以重锤在弹击过程中，所消耗的能量为： (4-19) 令 (4-20) 在回弹仪中，为定值，所以与成正比，称为回弹值。将代入(4-19)式得 （4-21） 从(4-21 )式中可知，回弹值只等于重锤冲击混凝土表面后剩余势能与原有势能之比的平方根。简而言之，回弹值的大小，取决于与冲击能量有关的回弹能量，而回弹能量主要取决于被测混凝土的弹塑性性能。其能量的传递和变化概述如下： 设回弹仪的动能(标准能量)为，则由功能原理： （4-22）式中： 使混凝土产生塑性变形的功； 使混凝土、弹击杆及弹击锤产生弹性变形的功； 弹击锤在冲击过程中和指针在移动过程中因摩擦损耗的功； 弹击锤在冲击过程中和指针在移动过程中克服空气阻力的功； 混凝土产生塑性变形时增加自由表面所损耗的功； 仪器在冲击时由于混凝土构件的颤动和弹击杆与混凝土表面移动而损耗的功。 、一般很小，当混凝土构件具有足够的刚度且在冲击过程中仪器始终紧贴混凝土表面时，均可略而不计。在一定的冲击能量作用下，的弹性变形接近为常数。因此弹回距离主要取决于混凝土的塑性变形。混凝土的强度愈低，则塑性变形愈大，消耗于产生塑性变形的功也愈大，弹击锤所获得的回弹功能就愈