09混凝土结构无损检测Word文件下载.docx

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放射线透过率、衰减率

测定内部裂缝、孔洞、不密实及钢筋的大小及位置，混凝土的含水率，单位水泥用量

精度较高，直观，但设备复杂，使用时需要保护措施

综合法

回弹值，声速，波辐衰减率，动弹性系数

测定精度较高，仪器性能和测试技术要求较高

其他

微波吸收法、表面吸水法、水化度法、空隙率法、声发射法及光纤维法等

9.2回弹法检测混凝土强度

9.2.1基本原理

用于测定普通混凝土的中型回弹仪，是一种直射锤击式仪器。

它借助于已获得一定拉力的弹簧所连接的弹击锤，冲击弹击杆后，弹击锤向后弹回，计算弹回的距离和冲击前弹击锤距弹击杆的距离之比，即得回弹值。

回弹值的大小，取决于与冲击能量有关的回弹能量，而回弹能量取决于被测混凝土的弹塑性性能。

即在能量损耗的诸多因素中，弹回距离（即回弹值）主要取决于混凝土的塑性变形。

当能量一定时，混凝土的塑性变形愈大，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愈小,回弹距离相应也小（即回弹值也小）。

在正常情况下，混凝土强度的检验与评定应按现行国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》及《混凝土强度检验评定标准》执行。

但是，当出现标准养护试件或同条件试件数量不足或未按规定制作试件时，或其他原因需要对结构混凝土强度进行检测时，可采用回弹法进行检测,回弹结果也可以对混凝土强度进行检验评定。

由于回弹法是通过回弹仪检测混凝土表面硬度从而推算混凝土强度的方法，因此不适用于表面与内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土结构或构件的检测。

9.2.2回弹仪

9.2.2.1率定

在回弹仪使用过程中，在洛氏硬度（HRC）为60±

2的标准钢砧上，将仪器垂直向下进行弹击，其平均回弹值值应为80±

2，这时可称回弹仪率定合格,可以用于试验检测；

否则应整修后再率定，直至合格为止。

回弹仪在检测前后,应在钢砧上作率定试验。

率定试验宜在干燥、室温为5～35℃的条件下进行，钢砧应稳固地平放在刚度大的物体（如混凝土地面等）上。

测定回弹值时，取连续向下弹击三次的稳定回弹平均值。

弹击杆应分四次旋转，每次旋转宜为90°

。

弹击杆每旋转一次的率定平均值应为80±

2。

9.2.2.2保养

当回弹仪有下列情况之一时，应进行常规保养：

●弹击超过2000次；

●对测试值有怀疑时；

●率定试验不合要求。

常规保养方法如下：

1）使弹击锤脱钩后取出机芯，然后卸下弹击杆，取出里面的缓冲压簧，并取出弹击锤、弹击拉簧和拉簧座；

2）用清洗剂清洗机芯各零部件，重点清洗中心导杆、弹击锤和弹击杆的内孔和冲击面。

清洗后应在中心导杆上薄薄涂抹钟表油，其他零部件均不得抹油；

3）清洗机壳内壁，卸下刻度尺，并应检查指针，其摩擦力应为0.5～0.8N；

4）不得旋转尾盖上已定位紧固的调零螺丝；

5）不得自制或更换零部件；

6）仪器保养后进行应进行率定，率定合格才可以使用。

9.2.2.3检定

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；

●超过检定有效期限（半年）；

●累计弹击次数超过6000次；

●经常规保养后率定不合格；

●遭受严重撞击或其他损害。

回弹仪应送法定部门检定。

9.2.3影响回弹法测定混凝土强度的各种因素

回弹试验测定混凝土强度是测定其表面硬度后推算混凝土抗压强度的。

混凝土是由多种材料及不同条件的情况下组成的，因此有多种因素会影响试验结果，在此做一简单介绍。

1）原材料的影响：

普通混凝土抗压强度的大小取决于水泥砂浆的强度、粗骨料的强度以及二者的粘结力；

但回弹值与混凝土的表面硬度有关。

混凝土表面硬度与表面层厚度、是否有大的粗骨料有关，表面水泥水化产物是否碳化及碳化深度有关。

而碳化深度是可以测定的，并且它的影响最为明显，有规律可循，因此在推算强度时加以修正。

而粗骨料的影响是随机的，可通过在检测过程中恰当地布置测区来避免粗骨料的影响。

2）测定表面湿度的影响：

混凝土强度较低时，回弹值受湿度影响较大。

如测试时不能避免湿度的影响，宜建立专用测强曲线来进行测定。

3）测试角度的影响：

由于回弹仪中弹击锤的重力作用，使同一构件（指强度相同）在不同角度测试时，测得的回弹值不同，应按规程修正。

这也可在推算强度时来消除。

4）测试面的影响：

从试验得知，在结构浇筑方向的表面较侧面的回弹值低5%～10%；

而底面则较侧面高10%～20%，因此测试时应尽可能选择侧面，若条件不允许时，所测得的表面或底面的回弹值，应按规程规定进行修正，从而消除这种影响。

5）其他因素的影响：

测试时的大气温度、构件的曲率半径、厚度、刚度和一定的应力以及测试技术等都在不同程度上影响回弹法测强的精度。

9.2.4测区布置

每一结构或构件的测区应符合下列要求：

1）每一结构或构件测区数不应少于10个，对某一方向小于4.5m且另一方向尺寸小于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，测区离构件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5m，且不应小于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，且应均匀布置。

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0.04㎡；

6）检测面必须为混凝土原浆面，混凝土表面应清洗、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和碎屑；

7）对于薄壁小型构件，回弹时可能会产生颤动，造成回弹能量的损失，使检测结果偏低。

对结构构件应加以固定方可进行检测。

9.2.5测强曲线

9.2.5.1统一测强曲线

用全国有代表性的材料以及成型、养护工艺配制的混凝土试件，通过大量的破损与非破损试验所建立的回弹值与混凝土的相关曲线。

该曲线平均相对误差不大于15.0%，适用全国大多地方。

使用统一测强曲线时，还应符合下列条件：

1）普通混凝土采用的材料、拌和用水符合现行国家有关标准；

2）不掺外加剂或仅掺非引气型外加剂；

3）采用普通成型工艺；

4）采用符合现行国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204规定的钢模、木模及其他材料制作的模板；

5）自然养护或蒸汽养护出池后经自然养护7d以上，且混凝土表层为干燥状态；

6）龄期为14～1000d；

7）抗压强度为10～60MPa。

当有下列情况之一时，测区混凝土强度值不得采用统一测强曲线换算，但可制定专用测强曲线或通过试验进行修正：

●粗集料最大粒径大于60mm；

●特种成型工艺制作的混凝土；

●检测部位曲率半径小于250mm；

●潮湿或浸水混凝土。

9.2.5.2地区测强曲线

用本地区常用的材料、成型、养护工艺配制的混凝土试件，通过较多的破损与非破损试验所建立的回弹值与混凝土的相关曲线。

该曲线平均相对误差不大于14.0%，适用于当地使用。

9.2.5.3专用测强曲线

用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，通过一定数量的破损与非破损试验所建立的回弹值与混凝土的相关曲线。

该曲线平均相对误差不大于12.0%，适用于与制定该类测强曲线条件相同的混凝土进行强度推算。

地区和专用测强曲线制定并批准实施使用后,应注意其使用范围只能在制定该曲线时的试件条件范围内,例如龄期、原材料、外加剂、强度区间等，不允许超过该使用范围。

此外，应经常抽取一定数量的同条件试件进行校核，如发现误差较大时，应停止使用并应及时查找原因。

应优先选用专用测强曲线和地区测强曲线。

制定专用测强曲线的试件应与预测结构或构件在原材料（含品种、规格）的成型工艺与养护方法等方面条件相同。

试件的制作、养护应符合下列条件：

1）按最佳配合比设计5个强度等级，每一强度等级每一龄期制作6个150mm立方体试件，同一龄期试件宜在同一天内成型完毕；

2）成型后的第二天，应将试件移至与被测结构或构件相同的条件养护，试件拆模日期宜与结构或构件的拆模日期相同。

具体制作方法可参见《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23。

9.2.6混凝土强度的评定

为使混凝土强度推定值的保证率达到95%的要求,从数理统计的理论出发,对于构件测区数多的（≥10个测区），可按数理统计的理论进行评定，计算平均值（mf

）和标准差（sf

），按下式计算混凝土推定值：

fcu，e=mf

-1.645sf

当构件的测区数量少于或等于10个时，不能用数理统计的方法进行推算，为保证结构安全，将构件中最小测区混凝土强度换算值作为构件混凝土评定值。

9.3超声法检测混凝土强度及内部缺陷

9.3.1基本原理

超声波法是通过测定超声波在混凝土中传播时的波形变化及声时参数的变化来推算混凝土的强度及判定内部结构的完整性。

9.3.1.1波形及其参数

●声波是物体机械振动时迫使周围介质也发生振动并使振动向外传播而形成的一种波动。

将接收换能器置于某点接收由声源传过来的声波，实际上就是接收该点在声波作用下的振动过程。

振动大小和相位随时间而变化的过程曲线就称为波形。

●波形参数：

周期T——相位相同的相邻的波之间所经历的时间称为周期。

频率f——周期的倒数称为频率，单位赫芝或千赫芝（Hz，kHz）混凝土超声检测使用频率一般在20～200kHz之间。

振幅A——波动的幅度，表征波的强弱，通常以分贝（db）或直接以屏幕上波高度的毫米数表示。

波长λ——声波波动波动一次所传播的距离。

波速v——单位时间波传播的距离，以m/s或km/s表示。

时间t

图9.1波形图

波长、频率、波速间有如下关系：

9.3.1.3测试原理

超声波检测仪工作原理见图9.2。

在同一种介质中，不同种类的波具有不同的传播速度。

同一种类型的波，在同一种介质中，因为不同的边界条件，其传播速度也不相同。

混凝土内部缺陷或空洞等等原因会使波阻抗发生变化。

波在的传播过程中如果遇到波阻抗发生变化，则会发生反射和折射，波形就可能发生畸变，而且声时参数也会发生变化，通过这些变化值，可以分析混凝土结构内部的缺陷情况。

用超声波也可以测试混凝土的强度。

超声波在混凝土内部的传播速度与混凝土密度及弹性模量有关，强度和密度有一定的关联关系，因而可以建立波速和强度之间的关系，然后利用这个关系就可以测定混凝土的强度。

但是由于混凝土的强度与密度之间没有明确的关系，也无规律可循。

因此，不可能有统一的强度—波速关系，故在测定强度时，就要针对特定的材料、配合比及施工工艺，建立专有的强度—波速关系曲线。

用超声波测定强度的方法不宜用于测定强度等级大于C30以上的混凝土强度，也不能用于在超声波传播方向钢筋布置过密的混凝土结构的测定。

这是因为，超过C30强度等级的混凝土，其强度与密度之间的关系更不明显，这时，混凝土的强度与骨料强度、砂浆与骨料的界面强度、砂浆内部细小孔隙的直径、直径分布等其它原因有关，而这时密度已没有多少变化，但强度可能会有极大的变化。

钢筋布置过密的位置，可能会使超声波沿钢筋传播，从而不会带上混凝土结构内部的信息。

9.3.2超声仪

9.3.2.1校验

使用前应检验仪器及换能器是否正常,将发射与接收换能器放置于间距为100mm的常温空气中，增益调至最大,调节衰减器,观察接收波幅的变化是否与衰减值相对应;

缓慢调节油标脉冲或移动两个换能器的相对位置，检验各方位数字显示是否符合十进制递变，如不符合，应进行调整或检修。

将发射与接收换能器相互对准，以间距为50mm、100mm、150mm、200mm……依次放置的常温空气中,在保持首波幅度一致的条件下，读取各间距所对应的声时值t1、t2、t3……tn。

同时测量空气的温度Tk，测点数不少于10个，据此用回归分析法求出“时——距”回归直线方程：

回归直线方程的回归系数b即为空气声速的实测值vs，将该值与由下式计算出的空气声速标准值比较：

其中：

Tk为空气的绝对温度值。

空气声速实测值vs与空气声速标准值Vc之间的相对误差er按下式计算：

其相对误差er应不大于±

0.5%，否则仪器计时系统不正常。

9.3.2.2保养

仪器和换能器在使用和搬运过程中不得有强烈震动；

注意防尘、防潮、电源电压应稳定在190～230V；

连续使用时注意通风散热。

长时间内不使时，要定期给仪器通电。

9.3.3影响强度fcu——波速V关系曲线的因素

影响强度fcu——波速V关系曲线的因素主要有：

1）石子的品种、粒径、用量的影响

由于混凝土中石子所占的体积最大，所以石子的情况对fcu—V关系曲线影响最大。

首先是石子的品种。

不同的石子，其材质不同，声速也就不同，因而用不同石子制作的同配合比混凝土，其声速也有差异。

而用不同的石子，只要水灰比相同，混凝土的强度是一致的。

这就造成不同石子的混凝土，其fcu—V关系曲线各不相同，有的甚至差别很大。

其次，石子的粒径也对fcu—V关系曲线有影响，石子粒径越大，其声速越高。

另外，在强度相同的情况下，单位体积混凝土的石子用量越多，其声速也越高。

2）混凝土养护方式的影响

不同的养护方式对fcu—V关系曲线也形成明显的影响。

混凝土强度一致的前提下，超声波的声速以水中养护最大，标准养护次之，自然养护的最小。

9.3.4建立fcu—V关系曲线

用超声波测定混凝土强度时，可以采用获得批准的地区曲线；

若无地区曲线或所测混凝土与地区曲线所代表的混凝土差异较大，则应专门建立专用曲线。

建立专用fcu—V关系曲线的方法如下：

1）制作不少于10组的混凝土试件，试件尺寸一般为150mm×

150mm×

150mm。

当骨料最大粒径不超过40mm时，试件尺寸不于200mm×

200mm×

200mm。

试件的原材料、配合比、振捣方法、养护条件应与被测建筑物混凝土一致。

为了使同一批试件的强度、波速在较大范围内变化，可采用以下两种方法：

如旨在检验建筑物混凝土强度时，可采用固定水泥、砂、石比例，使水灰比在一定范围内上下波动，并在同龄期时测定；

如旨在了解混凝土硬化过程中强度的变化时，可采用固定混凝土的配合比和水灰比，在各龄期进行测试。

2）每个试件的测试位置见图9.3。

测试时，在测点处涂上耦合剂，将换能器压紧在测点上，调整增益，使所有被测试件接收信号第一个半波的幅度降至相同的某一幅度，读取时间读数。

每个试件以五点测值的算术平均值作为试件混凝土中超声波传播时间t（μs）的测量结果。

以不大于1mm的误差沿超声传播方向测量试件各边长，取平均值作为传播距离L（m），按下式计算波速：

图9.3试件的测试位置

抗压强度测试按照混凝土立方体抗压强度试验执行。

结果整理：

波速或强度均取一组三个试件测值的平均值作为一个数据，以强度为纵坐标，波速为横坐标，绘制fcu—V关系曲线。

也可根据实测数据，进行回归分析求得关系曲线的方程。

9.3.5现场测试及结果处理

按照相关规程对建筑物进行超声波测试，由于fcu—波速V关系曲线是在小尺寸的素混凝土试件测定的，用于实际测定大尺寸结构时，需对实测结果进行修正后方能得出推定值。

主要修正以下几方面：

1）钢筋对波速影响的修正：

声波在钢中的传播速度比混凝土快，在钢筋中的传播速度达5900m/s，而混凝土的传播速度为4000m/s～5000m/s，由于测定声时时，我们总以首先到达的波来计时，所以当在声波的传播路径上遇到钢筋时，有时会使所测声速增大。

钢筋的影响分两种情况：

●垂直钢筋的影响。

一些构件，如梁，上下有成排的主筋（图9.4）。

如果我们测量梁的混凝土波速时，换能器正好对准钢筋，这时，声波穿钢筋而过，将使所测波速略有提高。

随钢筋排列的密度不同波速会增大1%~5%。

这时，您只需要将换能器向上移开钢筋3~5cm，这种影响就没有了。

●平行钢筋的影响。

有时也会遇到钢筋的方向正好与声波的传播方向平行，如图9.5。

当发射换能器A发出一束超声波，其中一部分在混凝土中传播，直接由A到达D。

同时，也有一部分超声波从A出发，斜向传播到钢筋上的B点，然后沿着钢筋以较快的速度传播到C点，再从C到达接收换能器D。

如果A、D换能器离开钢筋的距离d小到一定程度，那么完全有可能声波经折线ABBCCD传播的时间还短于经AD直接传播的时间。

这时，我们仍然以测距L来计算波速，结果计算出的波速就高于混凝土真正的波速。

梁、柱等的主筋在测试时可以通过移动测点而避开影响。

但箍筋，往往平行于测试方向，并且数量多，无法避开。

因此有必要讨论影响的大小。

通常所称的超声波在钢中的传播速度5940m/s，那是指在超声波在半无限大介质中的传播速度。

当声波沿着钢筋传播时，边界条件变有了极大的变化，可近似地认为超声波是在杆件中传播，此时速度将变小（而混凝土的尺寸相对于钢筋完全可以认为是无限大介质）。

钢筋越细，波速越小。

6mm的钢筋波速甚至低于一般混凝土的波速。

所以箍筋对声时参数的影响可不予考虑。

2）测距对波速影响的修正：

随着测距增大，所测声速会减小。

由于超声脉冲波随着传播距离增加将逐渐衰减，所以随着测距的增加接收波的频率也随之下降。

超声脉冲波频率的下降正是引起所测声速下降的根本原因。

为了使在实体结构上测得的波速与在150mm试件上测得的波速一致，根据上述试验结果制作了不同测距波速修正表。

表中以150mm测距为准，凡测距大于150mm者，可将测得的波速乘上表9.3所示的修正系数。

表9.3不同测距波速修正表

测距

（cm）

15

50

100

200

300

400

500

修正

系数

1

1.003

1.015

1.023

1.027

1.030

1.031

注：

表中相邻点之间的数值可以用线性插值法确定

3）换能器频率对波速影响的修正

fcu—V关系曲线所用的换能器频率较高，而实测时因种种原因可能要用较低频率的换能器，这就造成测试条件和结果的不一致。

为使二者测试结果一致可采取如下措施：

●如果实测距离在1m以内，如梁、板、柱，则测定试件时用的什么频率换能器（例如50～100kHz），实体测试也用它。

●50kHz换能器通用性较强，可用来测试试件，实体测试中也可测试测距在2～3m的混凝土。

●当实体结构尺寸较大，例如4～5m以上，需要采用较低频的换能器时，宜在试件上比较二种换能器测值的差异，以修正测试结果。

将现场测得的波速加以必要是修正后，按fcu—V关系曲线换算出各测点处的混凝土强度。

9.3.6结果评定

测得各测点的强度值后，可按相关标准进行混凝土强度评定。

9.4超声回弹综合法检测混凝土强度

9.4.1概述

回弹法测试混凝土强度时，由于只涉及到混凝土结构表面，对于混凝土内部未涉及。

事实上，混凝土的强度不仅仅是由表面决定的，因此，单用回弹法测定混凝土强度时，隐含的前提是假设混凝土内部、外部是相一致的。

这个前提在各种标准的行文中并不明显。

由于施工中的种种原因，混凝土结构有可能内外质量不一致。

而单用超声波法，从原理上就有缺陷，因此使用起来受到很大的限制。

超声回弹综合法结合了这两种方法的优点，声速值的测定是针对混凝土本体的，它必定会对混凝土内外情况有所反映，以此作为参数，在用回弹值推算强度时进行修正，比单用一种方法的误差小。

与回弹法比较，超声回弹综合法具有如下优点：

内外结合，既减少了由于混凝土内外质量不一致引起的误差，也能在较低或较高强度区间相互弥补各自的不足；

提高测试精度。

9.4.2综合法测强曲线

综合法测强曲线也分为通用曲线、地区曲线和专用曲线。

应优先采用专用或地区测强曲线，若无该类测强曲线，经验证后也可采用通用测强曲线。

在这一点上，要求与回弹法一致。

9.4.2.1通用测强曲线：

用全国有代表性的材料，相同的成型、养护工艺配制的混凝土试件，通过大量的破损与非破损试验所建立的回弹值、声速值与混凝土强度的相关曲线。

该曲线平均相对误差不大于15.0%，适用于无地方或专用测强曲线、且通过验证、并符合下列条件的混凝土进行强度换算：

2）掺或不掺减水剂或早强剂；

5）自然养护；

6）龄期为7～730d，如超过此龄期，可钻取混凝土芯样进行修正；

7）抗压强度为10～50MPa。

通用测强曲线的方程如下：

卵石混凝土：

碎石混凝土：

9.4.2.2地区测强曲线：

由本地区常用的材料，常用的成型、养护工艺配制的混凝土试件，通过较多的破损与非破损试验所建立的回弹值、声速值与混凝土强度的相关曲线。

该曲线平均相对标准误差不大于14.0%，适用于与制定该类测强曲线条件相同的混凝土进行强度换算。

9.4.2.3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，通过一定数量的破损与非破损试验所建立的回弹值、声速值与混凝土强度的相关曲线。

该曲线相对标准误差不大于12.0%，适用于与制定该类测强曲线条件相同的混凝土进行强度换算。

地区和专用测强曲线制定并批准实施后,应注意其使用范围只能在制定该曲线时的试件条件范围内,例如混凝土龄期、原材料、外加剂、强度区间等，不允许超过该使用范围。

制定综合法专用测强曲线的方法与制定超声法专用曲线的方法类似。

所不同的是试件除了要测量声速外还要测量回弹值（最好还要测量混凝土碳化层厚度），以声速、回弹值（和碳化层厚度值）与混凝土强度值建立关系，进行回归分析。

具体制作方法可