铁路桥梁与隧道检测课件：混凝土性能检测

铁路桥梁与隧道检测混凝土性能检测34混凝土强度检测混凝土耐久性检测12混凝土弹性模量检测概述目录Contents学习指南

本章主要介绍混凝土性能的检测原理和方法。在学习过程中，需要熟悉掌握混凝土性能的测试原理和方法；了解各种方法使用的仪器设备和技术，以及每种方法的特点和优势；并根据现场情况结构的差异准确选择合适的检测方法。1概述背景混凝土性能介绍背景混凝土在土木工程当中当中广泛采用，如桥梁、公路、建筑、水利、高铁等都广泛使用混凝土结构。混凝土是用水泥、砂、石、水、外加剂构成的人工石材。

混凝土结构是形式多样、尺寸变化较大的工程结构，其质量决定了整个工程的强度及使用寿命。所以混凝土性能的检测尤为重要，加强对混凝土施工和使用过程的检测确保质量，能确保整体结构的安全性。混凝土性能介绍

因混凝土结构种类多、应用范围广，相对应的检测内容和方法也较多。混凝土的性质包括混凝土强度、混凝土模量、变形及耐久等。强度是混凝土硬化后的主要力学性能，反映混凝土抵抗荷载的量化能力。包括抗压、抗拉、抗剪、抗弯、抗折等。弹性模量是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。混凝土的弹性模量决定了结构的变形特性。混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力，包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等。

本章主要介绍铁路桥梁隧道中混凝土性能检测的内容，主要包含混凝土强度、模量、耐久性检测，并对各检测项目的测试方法进行了对比。2混凝土弹性模量检测静力受压法测试混凝土抗压弹性模量共振法测试混凝土动弹性模量冲击弹性波法测试混凝土动弹性模量测试混凝土动弹性模量对比材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。弹性模量的单位是达因/平方厘米。混凝土弹性模量是指压缩应力与应变之比，是衡量混凝土性能的重要指标。本节主要介绍如何通过试验机加载的方法测定水泥混凝土棱柱体在静力作用下的受压弹性模量。水泥混凝土的受压弹性模量一般取1/3轴心抗压强度对应的弹性模量。

万能试验机微变形测量仪固定架静力受压法测试混凝土抗压弹性模量取3根试件进行轴心抗压强度试验，计算棱柱体轴心抗压强度值fcp。取另3根试件做抗压弹性模量试验，微变形测量仪应安装在试件两侧的中线上并对称于试件两侧。

弹性模量加荷示意图弹性模量计算公式静力受压法测试混凝土抗压弹性模量（1）本方法测试的弹性模量为水泥混凝土棱柱体抗压弹性模量。（2）本方法适用于各类混凝土的直角棱柱体试件。（3）试件实验时要保持干湿状态。（4）试件不得有明显缺损。静力受压法测试混凝土抗压弹性模量注意事项共振法测试混凝土动弹性模量

共振法测定的原理是，使试件在一个可调频率的周期性外力作用下产生受迫振动，如果外力的频率等于试件的基振频率，就会产生共振，试件的振幅达到最大。共振仪是利用以上原理测量物体谐振频率的仪器，也称动弹仪。这样测得试件的基振频率后再由质量及几何尺寸等因素计算得出动弹性模量值。区别于上述静力受压法，共振法为无损检测方法。

本方法适于各种符合尺寸要求的混凝土试件的动弹性模量测定。可以检验水泥混凝土在经受冻融或其他侵蚀作用后遭受破坏的程度，评定其耐久性。共振法测试混凝土动弹性模量混凝土动弹性模量测定仪混凝土动弹性模量计算公式共振法测试混凝土动弹性模量（1）测试时，如发现两个以上峰值，建议将输出功率固定，反复调整仪器输出频率，当幅值最大时为真实的共振峰。（2）本方法测试为试件横向振动时的基振频率。（3）要注意准确安装激振器和拾振器，并涂适量耦合剂。（4）本方法利用试件振动测试动弹性模量。注意事项冲击弹性波法测试混凝土动弹性模量冲击回波法测试弹性模量冲击弹性波法测试混凝土动弹性模量单面平测法测试弹性模量冲击弹性波法测试混凝土动弹性模量双面透过法测试弹性模量冲击弹性波法测试混凝土动弹性模量注意事项（1）测试时，要注意避开表面不平整、浮浆、小气泡、疏松等位置。（2）因钢筋传播速度一般大于混凝土，测试时尽量与钢筋错开测试，减少钢筋的影响。（3）测试方法和结构形状对测试结果有一定的影响，需要注意每种方法的特性。（4）当混凝土内部有缺陷时会影响测试结果的准确性。注意事项

动弹性模量测试方法对比方法优点缺点备注静力受压法精度高，直接测试测试效率低，试件尺寸有要求试件有破损共振法测试便捷试件尺寸有限制试件可重复测试冲击弹性波法冲击回波法测试效率好、精度高要求壁厚已知、面积较大条件满足时优先选用单面平测法在壁厚未知时也可测试受表面状态影响小测试效率低，精度稍差在壁厚较薄且表面面积小时选用双面透过法测试范围广，精度高要求双面作业且测试面间距不少于0.5m条件满足时优先选用3混凝土强度检测钻芯法强度检测回弹法强度检测冲击弹性波法强度检测混凝土强度检测方法对比钻芯法强度检测

钻芯法是一种直接测定混凝土强度的技术，它是使用金刚石空心薄壁钻头，利用取芯机直接在结构混凝土上取出芯样，然后直接对芯样施加作用力得到混凝土强度的检测方法。此方法是以芯样强度来评定混凝土强度的。由于芯样是直接从构件或结构上钻取的，因此该方法是为最直接测试混凝土强度的方法，但会对混凝土结构造成一定的损伤。钻芯法强度检测取芯机取芯测试强度（1）钻芯法适用于非预应力混凝土结构和经设计单位允许的预应力混凝土结构的强度检测。（2）其适用于测试不大于80MPa的普通混凝土强度。（3）钻芯法取样时，应取混凝土质量有代表性且便于取芯的部位，尽量避开主筋、预埋管线等，距结构边缘不宜小于150mm，隧道衬砌钻取不宜破坏防水结构。（4）芯样试件内不宜含有钢筋。钻芯法强度检测注意事项回弹法强度检测

回弹法原理：利用混凝土抗压强度与表面硬度之间的关系，通过一定动能的钢杆件弹击混凝土表面，并测得杆件回弹的距离（回弹值），利用回弹值和表面硬度间的关系来推算混凝土的抗压强度。回弹法检测设备简单、操作方便、测试快捷、检测费用低，且基本不破坏混凝土结构，在现场直接测定中使用较多。但该方法使用时，影响因素较多，必须掌握正确的操作方法，还需要注意回弹仪的保养和校准。回弹法只能检测混凝土表层强度，不适用于表层与内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土强度检测。回弹法强度检测回弹仪测试强度回弹法强度检测（1）回弹法只适用于普通混凝土。（2）回弹仪设备本身的机械磨损、清洁程度都会对结果造成影响。（3）测试结果只代表混凝土表层的结果。（4）混凝土表面应干燥、清洁、平整。检测面不应有疏松层、浮浆、油垢、蜂窝、麻面等，必要时可用砂轮清除并打磨平整。注意事项冲击弹性波法检测混凝土强度

冲击弹性波法检测混凝土抗压强度的基本原理是依据其传播速度与混凝土动弹性模量及抗压强度之间的相关关系，通过测强曲线来推定混凝土抗压强度。

（1）由于冲击弹性波的波长一般均大于集料及钢筋的直径，受集料散射的影响小，受钢筋分布的影响也较小，因此测试的波速较为稳定，同时，测强曲线的差异也较小。（2）冲击弹性波的频谱响应特性好，可利用频域分析反射信号，从而提高分析精度。（3）相对于超声波更易于耦合，现场测试便捷。冲击弹性波法检测混凝土强度

针对测试结构的尺寸、形状以及测试面的不同，可采用不同的方法来测试弹性波速。试件或构件测试应首先考虑选用P波测试，纵（P）波法测试混凝土强度步骤是先测试混凝土动弹性模量（参考课本中2.3冲击弹性波法测试动弹性模量），再建立动弹性模量与强度的关系。

但当隧道衬砌、挡墙、坝体等仅有一个测试面，以及厚度未知的厚板时，可采用表面波法。然后根据波速计算动弹性模量Ed，再建立其与混凝土抗压强度的关系。冲击弹性波法检测混凝土强度冲击弹性表面波法测试强度冲击弹性波法检测混凝土强度（1）测试时，要注意避开表面不平整、浮浆、小气泡、疏松等位置。（2）因钢筋传播速度一般大于混凝土，测试时尽量与钢筋错开测试，减少钢筋的影响。注意事项混凝土强度检测方法对比方法原理简介优点缺点

取芯法直接利用芯样进行抗压试验，计算得到抗压强度直接得到抗压强度仅反应芯样强度，代表性差；破坏结构，无法大面积取芯；费时、费力

回弹法利用回弹仪对混凝土表面进行回弹，推算混凝土强度检测效率快测试强度深度范围浅；受测试表面状态影响大；精度差

冲击弹性波法

通过弹性波波速，计算材料的动切线弹性模量，并以此推算混凝土强度测试简便、快捷；无损检测，效率快；可测试内部强度

受混凝土表面状态影响4混凝土耐久性检测电阻率检测技术氯离子含量检测技术电阻率检测技术

混凝土的电阻率反映其导电性。混凝土电阻率大，若钢筋发生锈蚀，则发展速度慢，扩散能力弱；反之混凝土电阻率小，锈蚀发展速度快，扩散能力强。因此，测量混凝土电阻率是对钢筋状况进行检测评定的一项重要内容。电阻率测试仪电阻率检测技术

混凝土电阻率检测区域，应根据钢筋锈蚀电位测试结果所表明的钢筋可能锈蚀活化的区域进行选择。可采用四电极阻抗测量法测定，即使混凝土表面等间距接触四支电极，两外侧电极为电流电极，两内侧电极为电压电极，通过检测电压电极间混凝土阻抗获得混凝土电阻率ρ。电阻率检测技术电阻率测试示意图电阻率（Ω·cm）可能的锈蚀速率评定标度≥20000

很慢1[15000,20000)

慢2[10000,15000)

一般3[5000,10000)

快4＜5000

很快5混凝土电阻率的结果评定电阻率检测技术（1）混凝土表面应清洁、干净。（2）注意测试时的温度、湿度。（3）混凝土表面应清洁、无尘、无油脂。为了提高测试准确性，可去掉表面碳化层。注意事项氯离子含量检测技术

有害物质侵入混凝土将会影响结构的耐久性。混凝土中氯离子可引起并加速钢筋的锈蚀；硫酸盐的侵入可使混凝土呈易碎松散状态，强度降低；碱的侵入在集料具有碱活性时，可能引起碱和集料反应破坏。因此，在进行结构耐久性评定时，根据需要应对混凝土中氯离子含量进行测定。

氯离子含量的测定方法常用的有两种：滴定条法和试验室化学分析法。其中，滴定条法可在现场完成氯离子含量的测定。氯离子含量检测技术—取样注意事项（1）现场按混凝土不同深度取样，结果能反映氯离子在混凝土中随深度变化的分布。（2）测区应能代表不同工作条件及不同混凝土质量的部位。（3）每一测区取粉的钻孔数量不宜少于3个。（4）钻孔取粉应分层收集，一般深度间隔3mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、50mm等。（6）用一硬塑料管和塑料袋收集粉末，不同深度使用不同塑料袋收集，避免不同深度粉末混杂。（7）相同测区不同孔相同深度的粉末可收集在一起，质量不少于25g。（8）采集粉末后，塑料袋应立即封口保存，注明测区、测孔编号及深度。氯离子含量检测技术—滴定条法主要步骤（1）将样品称取5g（精确至±0.1g）样品粉末放入烧杯中。缓慢加入50mL的硝酸，并充分搅拌直至嘶嘶声停止。（2）用石蕊试纸检查溶液是否呈酸性，即试纸变红，如果不呈酸性，再加入适量硝酸。（3）加入约5g无水碳酸钠。用石蕊试纸检查溶液是否呈中性，即试纸无变化；否则，再加入少量无水碳酸钠直至溶液呈中性。（4）用过滤纸做一锥斗加入液体，当纯净的溶液渗入锥斗后，把滴定条插入液体中。待到滴定条顶端水平黄色细条转变成蓝色，取出滴定条并顺着由上至下的方向将其擦干。（5）读取滴定条颜色变化处的最高值，然后在该批滴定条表中查出