无损检测技术

混凝土无损检测技术邱平编写刖言混凝土是当代建筑工程中最主要的结构材料之一，它的质量直接关系到建筑结构的安全。也是关系国家建设和社会经济发展的大事，与广大民众的工作生活息息相关，一直受到有关领导部门的高度重视。长期以来，对结构混凝土的质量检验，主要是采用外观检查及破损试验，这些传统的实验方法远远不能适应工程质量检验的要求。早在二十世纪30年代初，人们就已开始探索和研究混凝土无损检测方法，并取得了迅速发展。随着现代材料科学、物理学、现代电子技术和计算机科学的发展，为无损检测技术奠定了基础，因此，无损检测在测试技术体系中形成了一个重要分支，是建筑工程测试技术现代化的重要发展方向。混凝土无损检测，是在不影响结构或构件受力性能或其他使用功能的前提下，直接从结构物上测试或局部钻取芯样来推定混凝土强度及判断缺陷的一门技术，它既适于建筑工程施工过程中混凝土质量的监测，又适于工程的竣工验收和建筑物使用期间混凝土质量鉴定。我国《混凝土强度检验评定标准》和《混凝土结构工程施工及验收规范》中规定：“当对混凝土试件强度的代表性有怀疑时，可用从结构中钻取试样的方法或采用非破损检验方法，按有关标准规定对结构或构件中混凝土的强度进行推定”。由于混凝土无损检测技术具有直接、快速、灵活、重复、可靠、经济等优点，已成为建筑工程中一项自成体系的测试技术，得到了日益广泛的应用。现在，混凝土质量检测由原来的外观检查、破损试验，逐渐被无损检测方法所取代。近十多年来，针对混凝土强度和缺陷检测技术，已进行了较多方法的研究，并制订了相应的技术规程，通过在工业与民用建筑的实际应用，取得了较好的效果。混凝土无损检测技术特点一、 对混凝土结构构件不破坏，可以获得人们最需要的混凝土物理量信息;二、 测试操作简单，测试费用低；三、 不受结构物的形状与尺寸限制，可以进行多次重复试验；四、 可对重要结构部位长期监测。

对混凝土结构（或构件）进行检（监）测，取得各种信息后及时进行处理，以减少损失，避免事故发生等。实践也证明了混凝土无损检测技术，显示了强大的生命力。无损检测方法的分类检测目的方法名称测试量换算原理混凝土强度钻芯法芯样的抗压强度局部区域的抗压、抗拔或抗冲击强度换算成混凝土标准强度的换算值拔出法拔出力压痕法压力及压痕直径或深度贯入法探针贯入深度嵌注试件法嵌注试件的抗压强度回弹法回弹值根据混凝土应力应变性质与强度的关系，将声速、回弹、衰减等物理量换算成混凝土标准强度的换算值超声脉冲法超声脉冲传播速度超声回弹综合法回弹值和速度声速衰减综合法速度和衰减系数混凝土强度射线法射线的吸收和散射强度根据吸收和散射强度与混凝土密实度的关系，推算混凝土强度成熟度法度、时积根据度、时积与强度的关系推算混凝土标准强度的换算值混凝土强度射线法射线的吸收和散射强度根据吸收和散射强度与混凝土密实度的关系，推算混凝土强度成熟度法度、时积根据度、时积与强度的关系推算混凝土标准强度的换算值混凝土的内部缺陷与损伤程度超声脉冲法声时、波高、波形、频谱、反射回波波的绕射、衰减、叠加等声发射法声发射信号、事件计数、幅值分布能谱声发射源的定位，声发射的凯塞效应脉冲回波法应力波的时域、频域图从时域、频域的综合分析确定应力波的反射位置及传播特征射线法穿透缺陷区后射线强度的变化不同介质对射线吸收的差异雷达法雷达反射波不同反射物的雷达波反射强度的差异其他红外热线法热辐射缺陷区热辐射强度的变化共振法固有频率、品质因素振动参数分析及其与混凝土弹性、非弹性、脆性及耐久性之间的关系敲击法固有频率、对数衰减率超声法声速、衰减系数、频谱应力波分析及其与混凝土弹性、非弹性等性能之间的关系透气法气流变化孔隙渗透性磁测法磁场强度钢筋对磁场的影响

性能电测法混凝土的电阻率及钢筋的半电池电位电阻率与含水率及厚度的关系，及钢筋锈蚀与半电池电位的关系射线法射线穿透钢筋区后的强度变化射线摄影分析及射线强度分析中子散射法中子散射强度散射强度与氢原子含量的关系中子活化法P射线与Y射线的强度、半衰期等同位素与相应的稳定元素与射线特性值的关系检测的工程所占比例对多项工程项目检测进行统计：一）在施工过程中由于管理不善，造成质量事故，如混凝土强度不够；混凝土结构（或构件）出现疏松、孔洞、蜂窝麻面等缺陷的检测约占55%；二）根据生产工艺，使用功能改变，在原建筑物上进行改造，如需要加高接层或者楼面荷载改变等，鉴定原建筑物约占30%；三）受损结构，如受化学介质侵蚀、火灾、地震等的检测约占10%；四）重要工程的验收检测，如核电站安全壳、大型电站基础、水库闸门和电站大坝等的检测约占5%。图1所示。口在建工程55%口功能改变30%匚I受损结构10%口验收检测5%图1检测对象所占比例混凝土强度检测误差目前采用的几种测强方法，测试误差见下表:序测试方法误差范围（%）备注1钻芯法7.0〜9.0半破损2拔出法9.0〜12.0半破损3贯入法10.0〜13.0微破损4综合法10.0〜15.0非破损5回弹法14.0〜18.0非破损6超声法18.0〜22.0非破损检测方法5.1混凝土强度检测回弹法：回弹仪（HT225A,ZC3-A,N34）综合法：回弹仪（HT225A），超声仪（CTS-25,CTS-35A,2000A,NM-4）钻芯法：钻芯机（HZ-160A,HZ-15多功能型）拔出法：拔出仪（CAPO-TEXT,LOK-TEST，TYL，PL系列）贯入法：贯入仪（SY系列）小芯样法：对小直径芯样进行劈裂试验，直接测定混凝土强度5.2混凝土缺陷检测超声法:超声仪（同上），可检测混凝土结构和灌注桩混凝土质量。雷达法:美国SIR-2系统。5.3钢筋位置及直径检测磁感应法:钢筋保护层测定仪（瑞士PQ-120A，瑞士2，3型，FS10型）。雷达法:美国SIR-2系统。5.4砖砌体检测回弹法:砂浆及砖标号测试，采用HT20型和HT75型回弹仪。点荷法:取样测试砌筑砂浆强度。推剪法：原位测试砖砌体抗剪强度。针贯入法：5.5钢筋锈蚀测定电位法：钢筋锈蚀测定仪。5.6屋面渗漏测定屋面渗漏测定仪。5.7装饰面层质量测定拔出法：拔出仪（PL系列、SHJ-40型）。红外热象法：热象仪（HT3100型）。检测技术6.1混凝土强度检测6.1.1回弹法测强按(JGJ/T23-2001)规程规定：一、测区布置每个构件对应两侧面须布置10个测区，其尺寸一般为200X200mm的方框，如柱、梁、墙测区布置示意图所示。如按单个构件检测时，就在选取的构件上均匀布置测区；如按批构件检测时,构件抽样数量应不少于同批构件的30%,且不少于10件。柱 梁 堵图2柱、梁、墙混凝土构件测区布置示意每一结构或构件的测区应符合下列规定：1、 每一结构或构件的测区数不应少于19个，对某一方向尺寸小于4.5m另一方向小于0.3m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于5个；2、 相邻两测区的间距应控制在2m以内，测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；3、 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；4、 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。在构件的重要部位及薄弱部位必须布置测区，并应避开预埋件；5、 测区的面积不宜大于0.04m2；6、 检测面应为混凝土表面，并应清洁、平整，不应有疏松层、浮浆、油垢、涂层以及蜂窝、麻面，必要时可用砂轮清除疏松层和杂物，且不应有残留的粉末或碎屑；7、对弹击时产生颤动的薄壁、小型构件应进行固定。二、回弹测试1、 回弹仪的技术要求1） 回弹仪应符合下列标准状态的要求：水平弹击时，回弹仪的标准能量应为2.207J；弹击锤与弹击杆碰撞的瞬间，弹击拉簧应处于自由状态，此时弹击锤起跳点应相应于指针指示刻度尺上“0”处；在洛氏硬度HRC为60±2的钢砧上，回弹仪的率定值应为80±2。2） 回弹仪具有下列情况之一时应送检定单位检定：新回弹仪启用前；超过检定有效期（有效期为半年）；累计弹击次数超过6000次；经常规保养后钢砧率定值不合格；遭受严重撞击或其他损坏。2、 检测时，回弹仪的轴线应始终垂直于结构或构件的混凝土检测面，缓慢施压，准确读数，快速复位；3、 测点宜在测区范围内均匀分布，相邻两测点的净距不宜小于20mm；测点距外露钢筋、预埋件的距离不宜小于30mm。测点不应在气孔或外露石子上，同一测点只应弹击一次。在每个相对测区内，各测8个回弹值（如无相对测区，每一测区应测16个回弹值）。二、碳化深度测试回弹值测量完毕，应在有代表性的位置上测量碳化深度值，测点数应不小于构件测区数的30%，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2.0mm时，应在每一测区测量碳化深度值，每次读数精确至0.5mm。四、回弹值计算1、计算测区平均回弹值，应从该测区的16个回弹值中剔除3最大值和3个最小值，余下10个回弹值取平均值:厂10力。R二1式中R—测区平均回弹值，精确至0.1；R—第i个测点的回弹值。2、当检测时回弹仪为非水平方向且测试面为非混凝土的浇筑侧面，应先进行角度修正，然后进行浇筑面修正。五、混凝土强度计算结构或构件第i个测取混凝土强度换算值，是按测区内的回弹值取平均值（R）和平均碳化深度值（d）查表得出。如检测的是泵送混凝土，还应按规程4."1.6条计算。 "第4.1.6条泵送混凝土制作的结构或构件的混凝土强度的检测应符合下列规定:1、 当碳化深度不大于2.0mm时，每一测区混凝土强度换算值，应按规程附录B修正。2、 当碳化深度大于2.0mm时，可按第4.1.5条规定，采用同条件试件或钻取混凝土芯样进行修正。泵送混凝土制作的结构或构件，碳化深度不大于2.0mm时：d_0.0^1.0mm，k=16.5一0.3xfc,d=1.5〜2.0mm，k=12.0-0.3xfc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，试件或钻取芯样数量不应少于6个。修正系数应按下列公式计算：或门=~Tn f/fcn cor,icu,ii=1式中门一修正系数，精确至0.01；f—第i个混凝土立方体试件（边长为150mm）的抗压强度值，精确至0.1MPa；

f—第i个混凝土芯样试件的抗压强度值，精确至0.1MPa；fc-对应于第i个混凝土试件或芯样部位回弹值和碳化深度值的混凝土强度换算值，采用规程“测区混凝土强度换算表”。计算时，测区混凝土强度换算值应乘以修正系数。六、结构或构件的混凝土强度推定结构或构件的混凝土强度推定值（f）应按下式确定:1、当该结构或构件测区数少于10个时：2、九,广f:，皿2、当该结构或构件的测区数强度值中出现少于10.0MPa时:f<10.0MPa3、当该结构或构件测区不少于10个或按批量检测时:f=m一1.645sc

cufc

cu.Ccu=1丈3、当该结构或构件测区不少于10个或按批量检测时:f=m一1.645sc

cufc

cu.Ccu=1丈fcn cu,ii=1ccuT ，八、 ， 、Z (fc)2一n(m )2cu,i fccu一构件中最小的测区混凝土强度换算值;式中fccu,minm—结构或构件测区混凝土强度换算值的平均值（MPa），精确全'<0.1MPa；ccus—结构或构件测区混凝土强度换算值的标准差，（MPa），精确全'<0.01MPa；,Ccun—测区数。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:1、当该批构件混凝土强度平均值小于25MPa时:s>4.5MPacu2、当该批构件混凝土强度平均值不小于25MPa时:s>5.5MPacu七、计算实例例一某框架梁跨度为6m，梁高0.45m，混凝土设计强度等级为C25,各种材料均符合国家标准要求，自然养护，龄期4个月。因试块试验未达到设计要求，采用回弹法检测混凝土强度。在构件浇筑侧面水平方向测试。A-2-3梁检测数据为：测区12345678910111213141516Rmdm13433343536433233342334554345343435.12.023433343540433233344334554345343436.52.033433453536433233342334554345343436.02.043433343536433233343334554345343435.12.053433343544433233342334554345343435.82.063433343536433233344334554345343436.12.073446343544433233342334554345343436.12.083433344136433233343334554345343435.72.093433343536433233342334554345343435.12.0103433343536433233344334554345343436.62.0构件混凝土强度计算表工程名称：构件名称及编号：A-2-3梁 共页第页测区项目一一12345678910回弹值测区平均值35.136.536.035.135.836.136.135.735.136.6角度修正值0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0角度修正后35.136.536.035.135.836.136.135.735.136.6浇筑面修正值0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0浇筑面修正后25.126.536.035.135.836.136.135.735.136.6平均碳化深度值d2.02.02.02.02.02.02.02.02.02.0测区强度值fc(MPa)26.829.128.226.828.028.428.427.826.829.2强度计算(MPa)n=10m=28.0cus=0.90cufu,广26・5使用测区强度换算表名称：规程 地区专用备注：例二某框架结构顶板，混凝土设计强度等级为C35，泵送混凝土，各种材料均符合国家标准要求，自然养护，龄期8个月。因试块试验未达到设计要求，采用回弹法检测混凝土强度。回弹仪按90。方向向顶板底面测试。该例计算时，必须进行角度修正、测试面修正和泵送混凝土修正。构件混凝土强度计算表测区项目12345678910回弹值测区平均值44.144.843.445.045.345.345.345.444.644.8角度修正值-3.8-3.8-3.8-3.8-3.8-3.8-3.8-3.8-3.8-3.8角度修正后40.341.039.741.241.541.541.541.640.841.0浇筑面修正值-1.0-0.9-1.0-0.9-0.8-0.8-0.8-0.8-0.9-0.9浇筑面修正后39.340.138.740.340.740.740.740.839.940.1平均碳化深度值d1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.0测区强度值fc(MPa) 0^ 37.238.436.238.839.639.639.639.838.238.4泵送砼测区强度修正值+4.5+4.5+4.5+4.5+4.5+4.5+4.5+4.5+4.5+4.5泵送砼修正后测区强度值41.742.940.741.344.144.144.144.342.742.9强度计算(MPa)n=10m=42.9cus=1.30cu九,广40.8使用测区强度换算表名称：规程 地区专用备注：6.1.2超声回弹综合法测强按(CECS02:)规程规定超声回弹综合法用于中型回弹仪、低频超声仪按综合法检测建筑结构和构筑物中的普通混凝土抗压强度值。一、仪器技术要求回弹仪技术要求同上。1、超声波检测仪应满足下列技术要求：具有波形清晰、显示稳定的示波装置；声时最小分度为0.1.s；声时最小分度为1dB的衰件系统；接收放大器频响范围10〜500kHz，总增益量不小于80dB，接收灵敏度不大于50.V；电源电压波动范围在标称值±10%的情况下能正常工作；连续正常工作时间不少于4h。2、换能器的技术要求a.厚度振动式换能器的频率宜采用20〜250kHz；b.换能器的实测住频与标称频率相差应不大于±10%。用于综合法检测混凝土强度的超声波检测仪和回弹仪仪器，技术性能必须满足有关规程的规定，仪器的检验、检定也应符合有关规程的要求。三、 测区布置、回弹测试在结构或构件的测区，必须布置在构件的对应面上，对构件上每一测区的两个对应测试面各弹击8点，回弹值测读精确至1.0。超声测点应布置在回弹测试的同一测区内，应各布置3个超声波测点。测试时，且发射和接收换能器的轴线应在同一轴线上，测试的超声波声时值应精确全0.1ps。四、 回弹值、声速值计算回弹值计算同上。1、 测区声速值应按下式计算：v=l/tmt=（11+12+13）/3式中v一测区声速值（km/s），精确至0.01（km/s）；l一超声测距（发射和接收换能器辐射面间距离）（mm）；t—测区平均声时值，3s）；t、「、t—分别为测区中3个测点的声时值。1 2 32、 当在混凝土浇筑的顶面与底面测试时，测区声速值应按下式公式修正：V=Pv式中V一修正后的测区声速值（km/s）；p—超声测试面修正系数。在混凝土浇筑的顶面与底面测试时，p=1.034；在混凝土侧面测试时，p=1.0。五、 混凝土强度计算结构或构件第/个测取混凝土强度换算值，是按测区内的回弹值取平均值（R）和声速值（v）查表或代入测强公式得出。

六、结构或构件的混凝土强度推定结构或构件的混凝土强度推定值（f）应按下式确定:1、当该结构或构件测区数少于10个时:fu,广f：mn2、当该结构或构件测区不少于10个或按批量检测时:f=m一1.645sc

cufccu■ccu=~^nfCn cu,ii=f=m一1.645sc

cufccu■ccu=~^nfCn cu,ii=1ccuZ(fc)2一n(m)2cu,i fc,, ''cu i=1一构件中最小的测区混凝土强度换算值;式中fccu,minm—结构或构件测区混凝土强度换算值的平均值（MPa），精确全'<0.1MPa；ccus—结构或构件测区混凝土强度换算值的标准差，（MPa），精确全'<0.01MPa；ccun—测区数。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:1、当该批构件混凝土强度平均值小于25MPa时:>4.5MPasf

（2、当该批构件混凝土强度平均值不小于25MPa时:c

cus>5.5MPa■ccu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，试件或钻取芯样数量不应少于3个。按回弹法测强方法修正。七、工程实例例一如北京某工程采用卵石、中砂配制的混凝土强度等级为C30的混凝土，浇筑了5根断面为350mmX350mm混凝土柱。混凝土试块受冻，28天龄期抗压强度未达到设计要求，现场已无试块。天气回暖后按第六节“检测技术及强度推定”规定，采用综合法对柱子进行检测。（测试角度为0°;测试面为侧面），可选用附录D表格形式，计算推定3-D柱混凝土强度，见表4-12所示。构件名称及编号：3-D柱 构件混凝土强度计算表 表4-12计算项目测 区12345678910回弹值测区平均值41.441.639.944.742.643.246.342.641.142.8角度修正值0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0角度修正后41.441.639.944.742.643.246.342.641.142.8浇筑面修正值0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0浇筑面修正后41.441.639.944.742.643.246.342.641.142.8声速测区声速值4.314.424.194.544.544.554.484.404.114.42修正值3）1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.0声速值修正后4.314.424.194.544.544.554.484.404.114.42强度修正值（厂）1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.0测区强度修正后（MPa）32.734.132.340.536.638.042.835.533.236.0强度计算（MPa）n=10m=36.1MPa'cus=3.47MPa/cuf =30.4MPa使用测区强度换算表名称规程，地区，专用备注检测结果表明：3-D柱强度推定值为30.4MPa，达到混凝土设计强度等级C30的101%。此类型属现场既无混凝土试块，又无混凝土芯样试件的情况，如果所测的其他构件能达到30.0MPa左右，说明此情况是正常的，若结构混凝土的试验状态与测强曲线基本一致，那么可不进行修正。否则需要从构件中钻取芯样进行修正，最后进行构件混凝土强度推定。例二天津某国棉厂纺织车间为一栋锯齿形单层厂房，建筑面积为940m2。全部采用预制构件，当发现预留混凝土试块抗压强度未达到设计强度等级时，梁、柱构件已安装就位。构件混凝土强度究竟如何？采用超声回弹综合法对构件混凝土进行测试。现场情况留有12个立方体试块。对此类结构或构件检测时需要注意的是，因是预制构件，首先选择有代表性的构件，有足够的抽检量（不少于同批构件的30%），才能以不同构件按批量抽检推定混凝土强度。其次，布置测区时应尽量在浇筑混凝土的侧面，回弹测试为水平方向，以减少测试角度和测试面的修正，减少测试误差等。1、 按抽检数量对构件进行综合法测试；2、 对混凝土试块进行综合法测试，及抗压强度（f）试验；3、 计算混凝土试块综合法测试强度换算值（fc）；4、 计算修正系数订值。厂=—立f/fc=0.96]2 cu,i cu,i5、将各测区乘以亍，按公式fc=m_1.645s计算单个构件（或按批cu cu,i构件抽检）混凝土强度推定值。施工单位抽取了对所测的混凝土梁进行结构试验，根据实测破坏弯矩进行反算混凝土强度，与采用综合法测得的混凝土强度较为接近。采用综合法测试后，搞清楚不同种类构件混凝土强度，原计划报废造价为70万元的已建工程，现在只需对个别构件进行少量的加固处理，使工程得以继续施工，为国家节约了投资，节省了时间，加快了工程进度。建设、施工和设计等单位对此处理较为满意。此类工程属留有混凝土试块，可对试块进行综合法测试后，计算出修正系数亍值，然后对各测区进行修正，最后计算出推定强度，可以提高检测精度减少测试误差。例三北京某小区一栋十二层内浇外挂高层宿舍楼，1〜7层混凝土设计强度等级为C30，试块抗压强度满足设计强度要求，8〜12层混凝土设计强度等级为C20，该楼主体结构已全部完工，由于试验资料存在问题，要求对8〜12层现浇墙体混凝土进行强度检测。检测前，首先收集了以下有关资料：1、工程名称、工程地点、设计、施工、监理和建设单位名称；2、 施工图纸，结构或构件名称、编号及混凝土强度设计等级；3、 混凝土配合比，石子、砂子品种规格、粒径，外加剂或掺合料品种、掺量等；4、 混凝土成型日期，以及浇筑和养护情况；5、 每层施工段的划分情况；6、 混凝土试块抗压报告，结构或构件存在的质量问题等。根据所了解的资料及施工情况，按照综合法检测混凝土抗压强度规程的规定，制定了检测方案。内容有：按结构工程平面图剪力墙轴