建筑超声回弹综合法检测混凝土强度 培训资料.docx

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建筑超声回弹综合法检测混凝土强度培训资料

超声回弹综合法检测混凝土强度

1概述

1.1基本概念

1.2原理

1.3规程标准

1.4特点

1.5适用范围

2测量仪器的技术要求

3测强的主要影响因素

3.1原材料

3.2外加剂

3.3碳化深度

3.4混凝土含水率

3.5测试面

3.6钢筋影响

4测强曲线

4.1测强曲线意义

4.2测强曲线分类

4.3测强曲线建立方法

5检测技术及数据处理

5.1检测准备

5.2测区布置要求

5.3回弹值测量与计算

5.4超声声速测量与计算

6混凝土强度的推定

6.1混凝土抗压强度换算值计算

6.2混凝土抗压强度换算值修正

6.3构件混凝土抗压强度推定值

7工程应用实例

一概述

1.1基本概念

综合法：

采用两种（或两种以上）的测试方法同混凝土强度建立关系。

“超声波脉冲速度—回弹值”综合法在国内外研究最多、应用最广的一种方法。

超声回弹综合法：

采用低频超声波检测仪和标准动能为2.207J的回弹仪，在结构或构件混凝土同一测区分别测量声时（t）及回弹值（R），利用已建立的测强公式，推算测区混凝土强度值（fccu）的一种方法。

1966年罗马尼亚建筑及建筑经济科学研究院首先提出，并编制了有关技术规程，受到各国混凝土无损检测技术研究者重视。

1976年我国引进，结合我国具体情况，许多科研单位进行了大量的试验，完成了多项科研成果，在结构混凝工程的质量检测中已获得了广泛的应用。

1988年中国工程标准化协会批准发布我国第一本《超声回弹综合法检测砼强度技术规程》》（CECS02：

88），2005年修订（CECS02：

2005）。

1.2原理

混凝土波速v、混凝土回弹值R与强度之间有较好的相关性，强度越高，波速越快，回弹值越高，当率定出关系曲线后，在同一测区分别测声时和回弹值，然后用已建立的测强曲线推算测区强度：

其中：

a—常数项系数；b、c—回归常数；fcu,e—抗压强度换算值；

V—测区修正后的超声声速值R—测区修正后的回弹值平均值。

1.3规程标准

《超声回弹综合法检测砼强度技术规程》（CECS02：

2005）

1.4特点

（1）减少龄期和含水率的影响

混凝土含水率大：

超声波声速偏高，推算强度提高；回弹值偏低，推算强度下降。

混凝土的龄期长：

超声波声速的增长率下降，推算强度下降。

而回弹值则因混凝土碳化程度增大而提高，推算强度提高；因此，二者综合起来测定混凝土强度就可以部分减少龄期和含水率的影响。

（2）弥补相互不足

回弹值主要以表面砂浆的弹性性能来反映混凝土中强度，当构件截面尺寸较大或内外质量差异较大时，回弹值很难反映结构的实际强度，超声波声速是以整个断面的动弹性来反映混凝土强度；混凝土强度较低、塑性变形较大时，回弹法反映不太敏感，超声法测量强度较高的混凝土，相应其声速随强度变化的幅度不大；综合测定，内外结合，在较低或较高的强度区间相互弥补，较全面地反映结构混凝土的实际质量。

（3）提高测试精度

由于综合法测试能减少一些因素的影响程度，较全面的反映整体混凝土质量，所以对提高无损检测混凝土强度的精度具有明显的效果，通过大量试验所证明。

1.5适用范围

（1）采用材料、拌和用水符合现行国家有关标准；

（2）人工或一般机械搅拌的混凝土或泵送混凝土；

（3）自然养护；

（4）龄期为7-2000d；

（5）混凝土强度为10-70MPa。

二测量仪器的技术要求

超声波检测仪和回弹仪，技术性能、仪器的检验、检定必须满足、符合有关规程要求。

回弹仪——中型回弹仪，冲击能量2.207J，《混凝土回弹仪》（JJG817--93）;

混凝土超声波检测仪，《混凝土超声波检测仪》JG／T5004。

数字式：

接收信号转化为离散数字量，具有采集、储存数字信号、测读声学参数和对数字信号处理的智能化功能。

超声波换能器采用厚度振动方式，频率为50～100kHz的换能器，实测主频与标称频率相差不超过±10％。

根据测试需要，配置合适的换能器和高频电缆线，检测前，测定声时初读数t0。

检测过程中如更换换能器或高频电缆线，应重新测定t0。

超声波检测仪应满足下列要求：

具有波形清晰、显示稳定的示波装置；

声时最小分度值为0.1μs；

具有最小分度值为ldB的信号幅度调整系统；

接收放大器频响范围10～500kHz，总增益不小于80dB，

接收灵敏度（信噪比3：

1时）不大于50μV；

电源电压波动范围在标称值±10％情况下能正常工作；

连续正常工作时间不少于4h。

生产厂家：

北京康科瑞汕头超声仪器瑞士PROCEQ等

三测强的主要影响因素

3.1原材料

水泥：

无显著影响，可以不予修正；

细骨料：

混凝土中常用砂率的波动范围有限，同时砂的粒度远小于超声波长，对超声波的传播不会造成很大影响；当砂率小于28％或大于44％，明显超出混凝土常用砂率范围，影响也不可忽视，应另外建立测强曲线。

粗骨料：

石子品种对测强有十分明显的影响，试验表明，若以卵石混凝土为基础，碎石混凝土所推定的强度平均偏高约25％左右。

骨料粒径大，声速增高。

3.2外加剂的主要效应在早期，即混凝土塑化作用和3～5d早期强度增高，而超声回弹综合法测强规定14d后进行，所以外加剂的影响可以不予修正。

3.3碳化深度：

试验证明，在综合法中碳化深度没增加1mm，推算混凝土强度比实际强度高0.6%左右。

碳化深度较大的混凝土含水量相应降低，回弹值高，声速稍有下降，可部分抵消；碳化因素可不予考虑。

3.4混凝土含水率

试验证明，混凝土表面的湿度对回弹值有显著影响。

湿度越大，回弹值越低，而对超声来说，声波在水中的传播要比在空气中传播速度快，可部分抵消影响，但这种影响随混凝土强度的提高而变小。

由于混凝土的湿度与气候条件、龄期等均有关系，各地所测得的影响程度区别较大，因此在现场测试中尽可能采用干燥状态条件进行测试。

3.5测试面

当测试在混凝土浇筑上表面或下底面时，由于石子离析下沉及表面水、浮浆等因素的影响，回弹值与声速值均与浇筑侧面测量时不同。

若以侧面测量为准，上表面或下底面测量时对回弹值与声速值均应分别乘以修正系数。

3.6钢筋影响

钢传播速度：

5900m/s混凝土传播速度：

4000~5000m/s穿钢筋而过，波速略有提高

换能器移开钢筋3~5cm；

四、超声回弹综合法测强曲线

4.1测强曲线意义

超声回弹综合法测强曲线，是以混凝土试块的抗压强度（f）与超声声速值（v）、回弹值（R），选择相应的数学模型来拟合它们之间的相关关系。

4.2测强曲线分类

测强曲线分为：

统一测强曲线：

统一的技术规程，范围广，精度低；

地区测强曲线：

区域性技术条件；

专用测强曲线：

基本技术条件一致，针对性强，精度高；

按专用测强曲线、地区测强曲线、统一测强曲线的次序选用测强曲线。

4.3测强曲线的建立

（1）试件制作

（2）试件测试（3）回归分析（4）误差分析

确定幂函数形势为最佳曲线形式

五检测技术及数据处理

5.1检测准备

（1）测试资料准备

工程名称、设计、施工、建设和委托单位名称；

施工图纸，结构或构件名称及混凝土设计强度等级；

水泥的品种、用量，石子、砂品种规格、粒径，外加剂或掺合料品种、掺量等、混凝土配合比；

模板类型，混凝土成型日期，以及浇筑和养护情况；

结构或构件检测原因说明。

（2）被测结构或构件准备

按单个构件检测，构件上均匀布置测区，每个构件上测区数不少于10个；如某一方向尺寸＜4.5m，且另一方向尺寸≤0.3m构件，其测区数不少于5个。

按批构件抽样检测，构件抽样数量不少于同批构件30％，且不少于10个构件，同批构件要符合下列条件：

混凝土强度等级相同；混凝土原材料、配合比、成型工艺、养护条件及龄期基本相同；构件种类相同；施工阶段所处状态相同。

5.2测区布置要求

（1）条件允许，测区优先布置在构件混凝土浇筑方向的侧面，测区可在构件的两个对应面、相邻面（角测）或同一面上（平测）布置；

（2）均匀分布，相邻两测区间距不宜大于2m；

（3）避开钢筋密集区和预埋件；

（4）测区尺寸宜为200mm×200mm；平测时宜为400mm×400mm；

（5）测试面应清洁、平整、干燥，不应有接缝、施工缝、饰面层、浮浆和油垢，并避开蜂窝、麻面部位，必要时可用砂轮片清除杂物和打磨不平处，并擦净残留粉尘；

（6）结构或构件上的测区注明编号，记录测区位置和外观质量情况。

5.3回弹值测量与计算

（1）测区内应先回弹测试，后进行超声测试。

（2）回弹值测量及回弹值计算同《回弹法检测混凝土强度》要求，角度修正、浇筑面修正（碳化不需要考虑）、平均值计算。

5.4超声声速测量与计算

（1）超声测点布置在回弹测试的同一测区内，每个测区布置3个测点；

（2）优先采用对测或角测，无条件时，采用单面平测；

（3）换能器与混凝土耦合良好；

（4）测试的声时值应精确至0.1μs。

超声测距的测量精确到1.0mm，误差不大于±1％，声速计算精确到0.01km/s。

混凝土浇筑方向侧面对测，测区砼中声速代表值计算）

式中：

v—测区砼中声速代表值声速值（km/s）;

li—第i个测点的超声测距（mm）;

ti—第i个测点的声时读数（μs）;

t0—声时初读值。

测试面修正:

在混凝土浇筑顶面或底面测试时，测区声速代表值修正：

由于粗骨料的离析下沉以及表水浮浆等原因，声速在上下侧面测得的声速较侧面测得的声速低。

回弹值也由于使用方向造成误差。

式中：

va——修正后的测区混凝土中声速代表值，km/s；

β——超声测试面修正系数。

在混凝土浇筑顶面、底面对测或斜测时,β=1.034。

角测方法

每个测区布置3个测点，换能器布置如下：

L1、L2不宜小于200mm

超声测距应按下列公式计算：

li—角测第i个测点换能器的超声测距（mm）；

l1i,l2i—角测第i个测点换能器与构件边缘的距离（mm）。

角测混凝土中声速代表值计算公式同对测凝土中声速代表值计算公式

平测方法（一个表面可供测量）

每个测区布置3个测点，换能器布置如下：

F一发射换能器，S—接收换能器；G一钢筋轴线

布置超声平测点时，宜使发射和接收换能器的连线与附近钢筋轴线成400～500，超声测距l宜采用350～450mm。

平测方法—声速修正

采用同一构件的对测声速Vd与平测声速Vp之比求得修正系数λ（λ＝Vd／Vp），对平测声速进行修正。

不具备对测与平测的对比条件时，选取代表性部位，以测距l＝200、250、300、350、400、450、500mm，逐点测读相应声时值t，用回归分析方法求出直线方程l＝a+bt。

以回归系数b代替对测声速vd，求出修正系数λ，进行修正。

平测方法—浇筑面修正

平测声速可采用直线方程l=a+bt，根据混凝土浇筑的顶面或底面平测数据求得，修正后混凝土中声速代表值计算公式：

式中β超声测试面的声速修正系数，顶面平测β＝1.05，底面平测β＝0.95。

六混凝土强度的推定

6.1混凝土抗压强度换算值计算

统一测区混凝土抗压强度换算值计算：

当粗骨料为卵石时：

当粗骨料为碎石时：

式中

—结构或构件第i个测区混凝土抗压强度换算值（MPa），精确至0.1MPa。

统一测区混凝土抗压强度换算值计算：

当结构或构件中的测区数不少于10个时，各测区混凝土抗压强度换算值的平均值和标准差

结构或构件测区混凝土抗压强度换算值标准差（MPa），精确至0.01MPa；

当结构或构件所采用的材料及其龄期与测强曲线有较大差异时，采用同条件立方体试件或从结构或构件测区中钻取的混凝土芯样试件（数量不应少于4个）的抗压强度进行修正。

采用同条件立方体试件修正时：

采用混凝土芯样试件修正时：

—修正系数，精确至小数点后两位；

—对应于第个立方体试件或芯样试件的混凝土抗压强度换算值（MPa），精确至0.1MPa；

—第个混凝土立方体（边长150mm）试件的抗压强度实测值（MPa），精确至0.1MPa；

—第个混凝土芯样（φl00×lOOmm）试件的抗压强度实测值（MPa），精确至0.1MPa；

n—试件数。

6.3构件混凝土抗压强度推定值

构件混凝土强度推定值fcu,e公式确定：

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时，则该批构件应全部按单个构件检测：

当该批构件混凝土强度平均值小于25MPa时：

标准差＞4.5

当该批构件混凝土强度平均值等于25~50MPa时：

标准差＞5.5

当该批构件混凝土强度平均值大于50MPa时：

标准差＞6.5

七实例

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350mm×350mm混凝土柱。

混凝土试块受冻，28d龄期抗压强度未达到设计要求，现场已无试块。

天气回暖后采用综合法对柱子进行检测。

（测试角度为0°；测试面为侧面），计算推定3-D柱混凝土强度。

构件名称及编号：

3-D柱构件混凝土强度计算表

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.OMPa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。