公路桥梁无损检测技术及应用

公路桥桥梁无无损检检测技技术及及应用用交通部部公路路科学学研究究所何何玉玉珊一、保保证桥桥梁运运营安安全的的对策策—无损检检测技技术的的作用用科学、规范的日常养护工作使用功功能与与承载载能力力评价价桥梁结结构使使用状状况的的长期期监测测（健健康监监测））科学、、规范范的日日常养养护工工作目前桥桥梁养养护管管理制制度桥梁检检查的的分类类：按按照检检查的的范围围、深深度、、方式式和检检查结结果的的用途途等的的不同同，大大致可可归纳纳为下下列三三类：：经常检检查（（巡视视检查查、日日常检检查））定期检检查特殊检检查使用功功能评评价与与承载载力评评价使用功功能评评价：：技术术标准准桥梁各各部完完好程程度桥梁养养护状状况及及意外外事故故的分分析承载能能力评评价：：原结结构验验算基于检检测结结果（（特殊殊检查查）的的承载载能力力评定定荷载试试验评评定桥梁现现状评评价价无损检检测技技术及及应用用—桥梁结结构状状况的的检测测与评评价梁几何何形态态参数数测定定桥梁结结构恒恒载变变异状状况调调查桥梁结结构构构件的的材质质强度度检测测与评评定混凝土土中钢钢筋锈锈蚀电电位的的检测测混凝土土中氯氯离子子含量量的测测定混凝土土电阻阻率的的检测测混凝土土碳化化状况况的检检测混凝土土结构构钢筋筋分布布状况况的调调查桥梁结结构固固有模模态参参数的的测定定索结构构索力力的测测量结构状状况的的详细细检测测结构材材料状状况检检测与与评价价手段及及方法法混凝土强度测定几项专项检测技术构件材料缺损检验钢筋锈蚀评价桥梁结结构状状况的的检测测与评评价1.混凝土土强度度检测测●当混凝土土强度度按标准立立方体体试件强强度进进行评评定达达不到到合格格条件件时，，可采采用无无损检检测方法和钻取芯芯法评估结构混混凝土土的实实际强强度和和浇筑筑质量量。●提醒一一个问问题:试验机机计量量检定定/校准问问题。。桥梁结结构状状况的的检测测与评评价—混凝土土强度度无损损检测测方法法1.混凝土土强度度回弹法法Windsor探针贯贯入法法超声、、回弹弹综合合法拉拔、、拉脱脱试验验法其他方方法取芯法法41测区的选择·构件检测·部位检测要根据检测目的、浇筑时间、方式等因素综合考虑。2测强曲线的选择专用曲线地区曲线全国统一曲线3当构件件混凝凝土抗抗压强强度大大于60Mpa时，可可采用用标准准能量量大于于2.207J的回弹弹仪，，并应应另行行制订订检测测方法法及专专用测测强曲曲线。。混凝土土强度度无损损检测测中应注注意的的问题题无破损损方法法与半半破损损方法法结合合使用用无破损损方法法与半半破损损方法法结合合使用用回弹——取芯综综合法法超声——回弹综综合法法结合合取芯芯对结构构用取取芯芯芯样修修正回回弹法法或超超声—回弹法法测量量结果果。a.芯样要要反映映回弹弹或“超声—回弹”测区的的情况况b.芯样数数量按按部位位检测测不少少于3个，，按结结构或或构件件不少少于6个：芯样样抗压压强度度：芯样样测区区无损损检测测方法法计算算强度度值修正后后的某某测区区混凝凝土强强度值值为结构混混凝土土现场场检测测强度度评判判标准准推定强度匀质系数平均强度匀质系数强度状态评定标度值≥0.95≥1.00良好1

0.95>

≥0.90≥0.95较好2

0.90>

≥0.80≥0.90较差3

0.80>

≥0.70≥0.85差4<0.70＜0.85很差5拉脱法法检测测混凝凝土抗抗压强强度工工作原原理介绍混混凝土土强度度现场场检测测一种种新法法直拔法法特点点：1、可适适用于于任何何龄期期的结结构构构件混混凝土土抗压压强度度的现现场评评定（（早期期的、、在用用的））。2、可推推定10-100MPa的混凝凝土强强度。。3、检测测误差差可小小于7%，是目目前有有规程程的无无破损损、半半破损损现场场检测测混凝凝土强强度方方法中中误差差最小小的。。4、设备备轻便便，操操作简简单，，无试试件加加工要要求。。介绍混混凝土土强度度现场场检测测一种种新法法我国常常用的的混凝凝土强强度无无损检检测方方法的的误差差范围围介绍混混凝土土强度度现场场检测测一种种新法法2.构件材材料缺缺损检检验目视检检查超声波波探伤伤冲击回回波声波检检测法法声发射射(AE)检测开开裂活活动射线照照相技技术射线测测定技技术红外线线―热热检测测技术术雷达检检测技技术混凝土不密实区和空洞的检测方法：对测法、斜测法

换能器布置：

利用相互平行的对侧面、钻孔布置换能器混凝土面的检测方法：对测法结合、斜测法混凝土表面损伤层的检测：方法：单面平测法，打孔逐层穿透法裂缝宽宽度观观测仪仪桥梁裂裂缝观观测系系统现场记记录高高解析析度照照片，，通过过专用用计量量软件件处理理，可可计算算得出出桥梁梁裂缝缝的宽宽度、、长度度。检测精精度≤≤0.02mm。。系统由由配有有专门门光学学镜头头的数数码相相机和和专用用裂缝缝计量量软件件处理理包组组成。。测量量距离离可达达25m。冲击-回波波测试试仪冲击回回波冲击回回波是是根据据应力力波能能够在在材料料中传传播的的原理理设计计的,基基本的的测试试方法法和超超声波波相似似。应力波波可以以通过过以下下两种种方法法产生生:使使用用转换换器产产生的的应力力波称称为脉脉冲回回声法法;使使用用机械械冲击击器产产生应应力波波称为为冲击击回波波法。它同样样可以以通过过应力力波的的强度度和发发生时时间测测定缺缺陷的的程度度和位位置。射线检检测携带式式X射线探探伤机机

γ射线

23可用于于快速速扫描描桥梁梁结构构开裂裂、缺缺陷、、剥离离、渗渗漏检检查等等；测温范范围：：-20℃℃~800℃温度分分辨率率：0.03℃℃波长：：8~12μm精度：：±0.5%（（F.R.S)红外热热成像像仪每幅红红外热热图具具有多多于76000个独独立的的温度度测量量点。。通过过内置置的高高清晰晰度的的取景景器观观察红红外热热图。。可选选各种种红外外光学学镜头头，包包括望望远、、广角角镜头头。可可根据据不同同的应应用要要求选选择合合适的的镜头头。预应力力钢筋筋混凝凝土构构件预应力力筋声发射传感器声发射射技术术声发射射技术术基于于这样样一个个基本本的认认识:大大多数数结构构材料料在受受力后后出现现诸如如塑性性变形形、裂裂纹开开裂、、裂纹纹开展展等微微结构构损伤伤时,就就以声声波的的形式式释放放能量量.它它的的优点点是可可以对对处于于荷载载作用用状态态下的的桥梁梁结构构材料料和结结构变变化进进行检检测和和监测测。混凝土成像雷达

提供一种非破坏性的结构的测定方法。在作业现场快速取得数据﹐获得混凝土结构图像。

应用﹕

混凝土板厚度估算

钢筋定位

预应力混凝土管道的探测

混凝土结构中缺陷及不均匀性的探测

混凝土土雷达达检测测技术术雷达检检测装装置间接评定保护层测量混凝土电阻率测量氯离子含量测量碳化深度测量透气性测量直接评定预埋探测元件线性极化电流测量半电池电位测量局部破损重量、质量损失测量钢筋锈蚀评价技术

混凝土土的密密实度度、渗渗水性性、含含水量量、含含氯盐盐量、、碳化化深度度、保保护层层厚度度不足足和开开裂等等缺损损，是是导致致钢筋筋锈蚀蚀诸多多因素素，反反之，，钢筋筋锈蚀蚀又促促使混混凝土土进一一步破破损。。对钢钢筋锈锈蚀的的评定定技术术可分分为直直接评评定和和间接接评定定两种种。钢筋锈锈蚀检检测评评价234工作原原理混凝土土中钢钢筋锈锈蚀电电位的的评判判标准准测试时时应注注意的的问题题影响测测量结结果的的因素素及修修正钢筋锈锈蚀半半电池池电位测测量法法工作原原理：：半电电池电电位试试验方方法是是利用用混凝凝土中中钢筋筋锈蚀蚀的电电化学学反应应引起起的电电位变变化来来测定定钢筋筋锈蚀蚀状态态的一一种方方法。。半电池池结构构示意意图评定标度值电位水平（mV）钢筋状态10～-200无锈蚀活动性或锈蚀活动性不确定2-200～-300有锈蚀活动性，但锈蚀状态不确定，可能坑蚀3-300～-400有锈蚀活动性，发生锈蚀概率大于90%4-400～-500有锈蚀活动性，严重锈蚀可能性极大5<-500构件存在锈蚀开裂区域备注1、表中电位水平为采用铜-硫酸铜电极时的量测值；2、混凝土湿度对量测值有明显影响，量测时构件应为自然状态，否则不能使用此评定标准。混凝土土中钢钢筋锈锈蚀电电位可可通过过测量量铜－－硫酸酸铜参参考电电极与与钢筋筋－混混凝土土电极极之间间电位位差确确定。。钢筋筋锈蚀蚀电位位测量量值的的高低低，可可直接接反映映量测测部位位混凝凝土中中钢筋筋发生生锈蚀蚀的概概率或或钢筋筋正在在发生生锈蚀蚀的活活动性性，其其评判判标准准见下下表。231钢筋锈锈蚀状状况检检测范范围应应为主主要承承重构构件或或承重重构件件的主主要受受力部部位，，或根根据一一般检检查结结果有有迹象象表明明钢筋筋可能能存在在锈蚀蚀的部部位，，但测测区不不应有有明显显的脱脱空或或层离离现象象。当一个个测区区内存存在相相邻测测点的的读数数超过过150mV，通常应减减小测点的的间距。若在远离钢钢筋连接点点的测区进进行测量，，必须用万万用表检查查内部钢筋筋的连续性性，如不连连续，应重重新进行钢钢筋的连接接。检测时应注注意的问题题45铜/硫酸铜电极极的准备：：饱和硫酸酸铜溶液由由硫酸铜晶晶体溶解在在蒸馏水中中制成。当当有多余的的未溶解硫硫酸铜结晶晶体沉积在在溶液底部部时，可以以认为该溶溶液是饱和和的。电极极铜棒应清清洁，无明明显缺陷，，否则需用用稀释盐酸酸溶液清洁洁铜棒，并并用蒸馏水水彻底冲净净。硫酸铜铜溶液应注注意更换，，保持清洁洁，溶液应应充满电极极，以保证证电连接。测量值的采采集：测点点读数变动动不超过2mV，可视为稳稳定。在同同一测点，，同一支参参考电极，，重复测读读的差异不不超过10mV；不同的参参考电极重重复测读的的差异不超超过20mV。若不符合合读数稳定定要求，应应检查测试试系统的各各个环节。。2345混凝土含水水量对测值值的影响较较大，测量量时构件应应处在自然然干燥状态态，否则使使用本指南南给出的判判据是不正正确的。为提高现场场评定钢筋筋状态的可可靠性，一一般要进行行现场比较较性试验。。现场比较较性试验通通常按已暴暴露钢筋的的锈蚀程度度不同，在在它们的周周围分别测测出相应的的锈蚀电位位，比较这这些钢筋的的锈蚀程度度和相应测测值的对应应关系，提提高评判的的可靠度。。若环境温度度在22±5℃℃范围之外，，应对铜/硫酸铜电极极做温度修修正。各种外界因因素产生的的波动电流流对测量值值影响较大大，特别是是靠近地面面的测区，，因此应避避免各种电电、磁场的的干扰。混凝土保护护层电阻对对测量值有有一定影响响，除测区区表面处理理要符合规规定外，仪仪器输入阻阻抗要符合合技术要求求。1影响测量结结果的因素素及修正钢筋锈蚀综综合测定仪仪预埋式钢筋筋锈蚀监测测传感装置置间接评定保护层测量混凝土电阻率测量氯离子含量测量碳化深度测量透气性测量直接评定预埋探测元件线性极化电流测量半电池电位测量局部破损重量、质量损失测量钢筋锈蚀评价技术

混凝土的密密实度、渗渗水性、含含水量、含含氯盐量、、碳化深度度、保护层层厚度不足足和开裂等等缺损，是是导致钢筋筋锈蚀诸多多因素，反反之，钢筋筋锈蚀又促促使混凝土土进一步破破损。对钢钢筋锈蚀的的评定技术术可分为直直接评定和和间接评定定两种。混凝土中氯氯离子含量量的测定原则：评判标准：：氯离子含量（占水泥含量的百分比）<0.150.15～0.40.4~0.70.7~1.0>1.0评定标度值12345诱发钢筋锈蚀的可能性很小不确定有可能诱发钢筋锈蚀会诱发钢筋锈蚀钢筋锈蚀活化取样方法：：混凝土中的的氯离子可可诱发并加加速钢筋锈锈蚀，测量量混凝土中中氯离子含含量可间接接评判钢筋筋锈蚀活化化的可能性性。混凝土中的的氯离子含含量，可采采用现场按按混凝土不不同深度取取样，通过过对样品进进行化学分分析的方法法加以测定定。测定结结果须能反反映氯离子子在混凝土土中随深度度的分布。。根据钢筋筋处的混凝凝土氯离子子含量。混凝土粉末末分析样品品的取样部部位和数量量a、分析样品品的取样部部位可参照照钢筋锈蚀蚀电位测试试测区布置置原则确定定。b、测区的数数量应根据据钢筋锈蚀蚀电位检测测结果以及及结构的工工作环境条条件确定。。在电位水水平不同部部位、工作作环境条件件、质量状状况有明显显差异的部部位布置测测区。c、每一测区区取粉的钻钻孔数量不不宜少于3个，取粉孔孔可与碳化化深度测量量孔合并使使用。d、测区、测测孔应统一一编号。12取样方法a、使用直径径20mm以上的冲击击钻在混凝凝土表面钻钻孔，钻孔孔前应先确确定钢筋位位置。b、钻孔取粉粉应分层收收集，一般般深度间隔隔可取3mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、50mm等。若需指指定深度处处的钢筋周周围氯离子子含量，取取粉间隔可可进行调整整。c、钻孔深度度使用附在在钻头侧面面的标尺杆杆控制d、用一硬塑塑料管和塑塑料袋收集集粉末，如如下图，对对每一深度应应使用一个个新的塑料料袋收集粉粉末，每次次采集后，钻钻头、硬塑塑料管及钻钻孔内都应应用毛刷将将残留粉末清清理干净，，以免不同同深度粉末末混杂。取样方法：：e、同一测区区不同孔相相同深度的的粉末可收收集在一个个塑料袋内，，重量不应应少于25g，若不够，，可增加同同一测区测测孔数量。。不同测区区测孔相同同深度的粉粉末不应混混合在一起起。f、采集粉末末后，塑料料袋应立即即封口保存存，注明测测区、测孔孔编号及深深度。2混凝土电阻阻率的检测测混凝土的电电阻率是控控制混凝土土中钢筋锈锈蚀速率的的因素之一一，混凝土土电阻率小小，钢筋锈锈蚀发展速速度快。因因此，测量量混凝土电电阻率可间间接评判钢钢筋的可能能锈蚀速率率。原理：混凝土碳化深度对钢筋锈蚀影响的评判标准：式中：v——电压电极间间所测电压压I——电流电极间间通过的电电流d——电极间距混凝土电阻阻率测试技技术示意图图混凝土碳化化深度检测测21测区位置的的选择原则则可参照钢钢筋锈蚀自自然电位测测试的要求求，若在同同一测区，，应先进行行保护层和和锈蚀电位位、电阻率率的测量，，再进行碳碳化深度及及氯离子含含量的测量量。测区及测孔孔布置a、测区应包包括锈蚀电电位测量结结果有代表表性的区域域，也能反反映不同条条件及不同同混凝土质质量的部位位，结构外外侧面应布布置测区。。b、测区数不不应小于3个，测区应应均匀布置置。c、每一测区区应布置三三个测孔，，三个测孔孔应呈“品品”字排列列，孔距根根据构件尺尺寸大小确确定，但应应大于2倍孔径。d、测孔距构构件边角的的距离应大大于2.5倍保护层厚厚度。3使用酸碱指指示剂喷在在混凝土的的新鲜破损损面，根据据指示剂颜颜色的变化化，测量混混凝土的碳碳化深度，，量测值准准确至毫米米。a、配制指示示剂（酚酞酞试剂）：：75%的酒精溶液液与白色酚酚酞粉末配配置成酚酞酞深度为1%～2%的酚酞溶剂剂，装入喷喷雾器备用用，溶剂应应为无色透透明的液体体。b、用装有20mm直径钻头的的冲击钻在在测点位置置钻孔。c、成孔后用用圆形毛刷刷将孔中碎碎屑、粉末末清除，露露出混凝土土新鲜面。。d、将酚酞指指示剂喷到到测孔壁上上。e、待酚酞指指示剂变色色后，用测测深卡尺测测量混凝土土表面至酚酚酞变色交交界处的深深度，准确确至1mm。酚酞指示示剂从无色色变为紫色色时，混凝凝土未碳化化，酚酞指指示剂未改改变颜色处处的混凝土土已经碳化化。f、将测区、、测孔统一一编号，并并画出示意意图，标上上测量结果果。g、测量值的的整理应列列出最大值值、最小值值和平均值值。混凝土保护护层厚度检检测《公路桥梁承承载能力检检测评定规规程》中根据测量量部位实测测保护层厚厚度特征值值Dne与其设计值值Dnd的比值，评评判混凝土土保护层厚厚度对结构构钢筋耐久久性的影响响。混凝土保护层测量准确度的因素影响因素混凝土碳化深度对钢筋锈蚀影响的评判标准：混凝土保护护层测量准准确的影响响因素：1影响测量准准确度的因因素有：a、外加磁场场的影响，，应予避免免。b、混凝土若若具有磁性性，测量值值需加以修修正。c、钢筋品种种对测量值值有一定影影响。d、不同的布布筋状况，，钢筋间距距影响测量量值，当D/S<3时需修正测测量值。D为钢筋净间间距（mm），即钢筋筋边缘至边边缘的间距距；S为保护层厚厚度，即钢钢筋边缘至至保护层表表面的最小小距离。e、混凝土表表面平整度度。2保护层测量量值的修正正：当钢筋直径径、材质、、布筋状况况、混凝土土性质都确确知时，才才能准确测测量保护层层厚度，而而实际测量量时，往往往这些因素素都是未知知的。a、仪器测量量直径档的的选择两根钢筋横横向并在一一起（见下下图），等效直径d＝d1+d2；两根钢筋竖竖向并在一一起（见下下图），等效直径d＝3（d1+d2）/4；两根钢筋横横向并在一一起两根钢筋竖竖向并在一一起b、用标准垫垫块进行综综合修正，，这种方法法适用于现现场检测，，标准垫块块用硬质无无磁性材料料制成，例例如，工程程塑料或电电工用绝缘缘板，平面面尺寸与仪仪器传感器器底面相同同，厚度Sb为10mm或20mm修正系数K计算方法如如下：将传感器直直接置于混混凝土表面面已标好的的钢筋位置置正上方，，读取测量量值Sm1。将标准垫块块置于传感感器原在混混凝土表面面位置，并并把传感器器放于标准准垫块之上上，读取测测量值Sm2，则修正系系数K为：K＝对对于不同同钢种和直直径应确定定各自的修修正系数，，每一修正正系数应采采用3次平均求得得。2c、用校准孔孔进行综合合修正，这这也是现场场校准测量量值的有效效方法。用6mm钻头在钢筋筋位置正上上方，垂直直于构件表表面打孔，，手感碰到到钢筋立即即停止，用用深度卡尺尺量测钻孔孔深度，即即为实际的的保护层厚厚度Sr，则修正系系数为：式式中：Sm―仪器读数值值。对于不同钢钢种和直径径应打各自自的校准孔孔，一般应应不少于2个，求其平平均值。d、现场检测测的准确度度。经过修修正后确定定的保护层层厚度值，，准确度可可在10%以内，因混混凝土表面面的平整度度及各种影影响因素仍仍会给测量量带来误差差。e、用图示方方式注明检检测部位及及测区位置置，将各个个测区的钢钢筋分布、、走向绘制制成图，并并在图上标标注间距、、保护层厚厚度及钢筋筋直径等数数据。2混凝土保护护层厚度检检测根据测量部部位实测保保护层厚度度特征值Dne与其设计值值Dnd的比值，评评判混凝土土保护层厚厚度对结构构钢筋耐久久性的影响响。混凝土保护层测量准确度的因素影响因素混凝土碳化深度对钢筋锈蚀影响的评判标准：混凝土保护护层测量准准确的影响响因素：混凝土保护护层厚度检检测钢筋保护层层测量的问问题：《公路工程质质量检验评评定标准》中对钢筋保保护层测量量的要求，，是指钢筋筋安装的实实测项目；；作为工程检检验验收时时往往测量量的是浇筑筑混凝土构构件成型后后的保护层层厚度；一般上述两两个过程采采用的测量量方法不同同；构件成型型后的测测量要考考虑到各各种影响响检测结结果的因因素。结构固有有模态参参数的测测量混凝土裂裂缝检测测与监测测结构恒载载应力的的测量预应力筋筋定位及及管道压压浆状况况检测3.几项专项项检测技术术索力的测测量结构动力力特性参参数测量量荷载与裂缝宽度图布里渊散射是光在光纤中传播过程中,与光纤中不规则的微观粒子发生非弹性碰撞产生的光散射现象。不考虑温度应变耦合作用的情况下，布里渊散射光的频移与其相应的温度、应变有如下线性关系：其中：C、CT分别式布里渊应变和温