关于混凝土结构质量检测的分析

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   【摘 要】:本文根据作者多年的工作积累介绍了混凝土结构强度和损伤检测的方式和方法,为工程质量检测提供借鉴。
   【关键词】:混凝土结构;强度;检测
  Abstract: According to眀漀爀欀,琀栀攀 author has椀渀琀爀漀搀甀挀攀搀 ways and methods琀栀攀 concrete structure strength and damage detection for engineering quality test for reference
  Key Words: concrete structure; strength; detection
   中图分类号:TU37文献标识码:A 文章编号:
  1 混凝土强度检测
  1. 1 混凝土强度等级评定
   试件制作成边长15cm 的立方体试件,3 件为一组。试件制作的频率视结构的重要程度有所不同,如,中小桥的基础、墩台等,每一单元制作2 组;上部构件长度16m 以下的制作1 组; 上部构件长度50m以上的至少制作5 组; 钻孔桩每桩制作2 组,桩长大于20m制作3 组。评定采用如下计算方法:
  当试件大于等于10 组时
  
  当试件少于10 组时
  
  式中:n—试件的组数;
  R—同批 n 组试件强度的平均值,MPa;
  Sn—同批 n 组试件强度的标准差,MPa;
  R—混凝土的设计强度等级,MPa;
  Rmin—n 组试件中强度最低的一组值,MPa;
  K1—合格判定系数,取值 1. 60 ~ 1. 70;
  K2—合格判定系数,取值 0. 85 ~ 0. 90。
  1. 2 钻芯取样法检测混凝土强度
   钻芯取样检测获得的检测数据比较可靠,但由于钻芯取样对结构有一定的损伤,试件通常比较少,检测数据的代表性并不高,适用于局部工程强度判断。钻芯取样的芯样直径应为混凝土骨料最大粒径的3 倍,不小于2 倍,一般为15cm 或10cm,加工后试件的长度不应小于直径,也不应大于直径的2 倍。芯样抗压强度计算:
  
  式中:Fc—芯样的抗压强度,MPa;
  P—极限荷载,N;
  d—芯样平均直径,mm;
  α—不同高径比芯样试件混凝土换算系数,取值0.89 ~1.0。
  圆柱体试件强度与立方体强度按一定的比例系数换算。
  1. 3 回弹法检测混凝土强度
   回弹法是利用回弹仪的弹簧驱动重锤弹击混凝土的表面,以重锤被反弹回来的距离作为强度相关指标推算混凝土强度的一种方法。基本原理是利用强度与表面硬度的关系,用表面硬度推算内部硬度。要求混凝土内外质量基本一致,当混凝土内外质量有较大差异是,则不能用这种方法。回弹法是对常规试验的一种补充,当对混凝土质量有怀疑时,可用此法检测并作为依据。回弹法测定混凝土确定的判断依据是测强曲线,测强曲线是回弹值与混凝土强度的经验关系公式。
  1. 3. 1 测强曲线的种类
   目前常用的测强曲线分为三类,即专用测强曲线、地区测强曲线和通用测强曲线。
   (1) 专用测强曲线是特定的混凝土生产单位,如商品混凝土厂、大型预制场、大型工程,根据原材料、生产工艺、龄期等而测定的基准曲线,由于专用测强曲线特定性强,曲线可靠性高,推算强度的精度也高。当结构混凝土的生产条件与专用测强曲线相一致时,应优先选用。
   (2) 地区测强曲线是针对某地区习惯使用的施工方法和材料特征测定的基准曲线,它较专用曲线适用范围广,但误差也比专用曲线大。
   (3) 通用测强曲线为了使回弹法测定混凝土强度的方法在全国范围内得到应用,在《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》中提出了通用的回归方程,由于该曲线是全国通用性的,对检测的混凝土要求是混凝土采用标准材料、标准工艺制作。如果混凝土不是标准制作的,则检测误差较高,不建议使用。
  1. 3. 2 专用测强曲线的定制方法
  (1) 试件的制作与养护
   制作边长15cm 立方体试件,一个强度等级制作6 个。如测试5 个强度等级,则要制作 30 个试件。试件的养护环境和拆模时间应同于或接近于被测混凝土结构。
  (2) 试件的测试
   将试件置于压力机上下承压板之间,保持30 ~80kN 的压力,在试件另外两个相对侧面分别选择 8个测点进行弹击,共得到16 个弹击值,继续加壓直至试件破坏。
  (3) 测强曲线计算
   将得到的16 个弹击值去掉3 个最大值和3 个最小值后,计算剩余10 个弹击值的平均值RM;根据试件破坏时的压力值计算试件抗压强度的换算值FC。采用测强曲线的回归方程式:
  
  计算回归系数A、B值得到回归方程,并计算强度的平均相对误差δ和强度相对标准差 e。当 δ 和e 均符合规定时,专用测强曲线测试完成。
  1. 3. 3 回弹法测定混凝土强度的方法
  (1) 测区的选择
   测区是指完成一组16 个回弹值数据采集的区域,对于长度大于3m的构件,测区不宜少于10 个,对于长度小于3m的构件,测区数量不应少于5 个,测区的面积宜控制在0.04m2,相邻两个测区的间距应控制在2m 以内,测区选择宜使回弹仪处于水平方向上。测区应尽量均匀布置,并避开预埋件。测区选择完成后应编号并绘制示意图。
  (2) 回弹值检测
   检测点在测区内应均匀分布,相邻测点的净距一般不小于2cm,距构件边缘不小于3cm。每一测区记录16 个回弹值。
  (3) 回弹值计算
   将每个测区得到的16 个弹击值去掉3 个最大值和3 个最小值后,计算剩余10 个弹击值的平均值RM。如果回弹仪不是水平方向检测,则应进行非水平方向修正。
  (4) 混凝土强度的推算
   每一个测区的混凝土强度推算值 fci的计算,按修正后的RM,利用专用测强曲线或地区测强曲线或通用测强曲线计算。构件混凝土强度平均值计算
  
  
  构件混凝土强度标准差计算
  
  构件混凝土强度推定值确定
  
  式中: —利用测强曲线推定的各测区混凝土
  强度值,MPa;
  —构件混凝土强度的平均值,MPa;
  —构件混凝土强度的标准差,MPa;
  —构件混凝土强度的推定值,MPa。
  1. 4 超声回弹综合法测定混凝土强度
   超声回弹综合法测定混凝土强度是我国目前使用较为广泛的一种方法。它较单纯的回弹法具有精度高、适用范围广等优点。当对混凝土质量有怀疑时,可用此法检测并作为依据。
  使用超声回弹综合测定法时,同样要优先使用专用或地区测强曲线,缺少这类资料时,可采用通用测强曲线。采用通用测强曲线,同样对检测的混凝土要求是混凝土采用标准材料、标准工艺制作。
  1. 4. 1 专用或地区测强曲线的定制方法
  (1) 试件的制作与养护
   选用本地区通常使用的水泥、砂石料,按不同的强度等级制作边长15cm 立方体试件,每个强度等级按龄期7d、14d、28d、60d、90d、180d和365d制作,每一个龄期组制作不少于3 个试块,这样,如果测试7 个强度等级的混凝土试件,则至少要制作 147 个试件。
  (2) 试块回弹值测试
   将试块置于压力机上下承压板之间,保持30 ~50kN 的压力,在试件另外两个相对侧面分别选择 8个测点进行弹击,共得到16 个弹击值。回弹值测定完毕后,将回弹面置于压力机承压板之间,继续均匀加压直至试件破坏,记录破坏时的压力值。
  (3) 试块声时值测试
   声时测量采用对测法,在一个相对面上测3 点,3 点在对角线上均匀布置,发射和接受换能器在相对面位于一条直线上,取3 点的平均值作为声时测量值tm,试块的声速值如下计算:
  V = L/tm
  式中:L—超声测距,即试块边长。
  (4) 测强曲线计算
   将得到的16 个弹击值去掉3 个最大值和3 个最小值后,计算剩余10 个弹击值的平均值 Ra;根据试件破坏时的压力值计算试件抗压强度的换算值Fc。将测试得到的声速值 V、回弹值 Ra、试件抗压强度的换算值Fc 汇总,回归分析采用的方程式:
  
  式中:A—常项系数;
  b、c—回归系数。
  进行多元回归分析和误差分析,经计算,如果误差符合《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》时,可以作为专用或地区测强曲线。
  1. 4. 2 超声回弹综合测定混凝土强度的方法
   (1) 测区的选择、回弹值检测、回弹值计算均与回弹法相同。超声声速测量时,每个测区相对面上布置3 个测点,且发射和接受换能器在同一条轴线上。
   (2) 混凝土强度的推算,根据修正后的测区回弹值Rai和测区声速值 Vi,优先利用专用或地区测强曲线计算测区混凝土强度的换算值 fci,若没有专用或地区测强曲线,则按相关条件采用通用曲线计算。
   (3) 构件混凝土强度推定值确定,与回弹法一样,计算构件混凝土强度的平均值和标准差,再计算构件混凝土强度推定值。
  2 结构混凝土缺陷检测
   混凝土结构在施工和使用过程中,会产生一些损伤和缺陷,如内部孔洞、裂缝、混凝土不密实、表面疏松、钢筋外露、钢筋保护层厚度不足等。目前混凝土无损伤检测技术有超声法和射线法两种。射线法因穿透能力不强,对人体有一定的损伤,因而较少采用;超声法穿透能力较强,对人体无损伤,操作比较简单,因而目前使用广泛。
  2. 1 超声脉冲检测方法及声学参数测量
   超声法检测混凝土损伤的基本原理,是利用脉冲波在混凝土中的传播时间,接受波的振幅、频率和波形等参数的相对变化,来判断混凝土的内部缺陷。超声法检测损伤的判断依据有四个方面: 声时和声程变化,低频超声在有缺陷混凝土中传播会产生绕射现象,以声时和声程变化判断和计算损伤的大小;振幅变化,超声在通过混凝土内部缺陷时,会发生吸收和散射,使接受波波幅明显降低,通过测量降低的波幅判断混凝土缺陷;波形的变化,超声在通过混凝土内部缺陷时,会发生波形畸变;接受频率的变化,根据超声各频率成分遇到缺陷时的衰减程度,可以判断混凝土内部缺陷。
   超声脉冲检测是利用一对超声发射装置( 发射换能器) 和接受装置( 接受换能器) ,通过发射和接受,对接受超声脉冲进行测量实现的。检测通常采用平面测试和钻孔测试两种方法。平面测试根据发射换能器和接受换能器的相对位置分为直穿法、斜穿法和单面平测法,直穿法发射换能器和接受换能器置于两个相互平行的表面,且两个换能器的轴线位于同一直线上; 斜穿法两个换能器置于相互平行的表面,但两个换能器的轴线不在同一直线上;单面平测法是将两个换能器置于同一平面上的测试方法。
   钻孔测试是在被测结构表面钻孔,将发射换能器和接受换能器置于孔中进行测试的方法,分为孔中对测、孔中斜测和孔中平测三种方式,孔中对测是将一对换能器置于两个对应的孔中,位于同一高度进行测试; 孔中斜测是将一对换能器置于两个对应的孔中,位于不同高度进行测试;孔中平测是将一对换能器置于同一孔中,进行同步移动进行测试的方式。声学参数测量四个参数,即声时、振幅、频率和波形。
  2. 2 混凝土缺陷检测
  (1) 混凝土均匀性检测
   利用超声脉冲在不均匀混凝土中的速度差异进行检测,在选定区域均匀布置若干测点,测点间距一般20 ~50cm,测定每一测点的声速 Vi,计算各测点声速的平均值、标准差和偏差系数。根据声速的标准差和偏差系数,可以比较判断同类混凝土各部位均匀性的优劣。
  (2) 混凝土结合面质量检测
   结合面是指前后两次浇注时间差3h 以上的混凝土之间形成接触面,检测时应首先确定检测部位和测点位置,采用平面测试斜穿法布置测点,测点间距在10 ~30cm,检测各测点的声时、波幅和频率,对各测点的声时、波幅和频率进行统计分析和异常值判断,当某些测点数值异常且无其他原因时,可判断结合面该部位异常。
  (3) 混凝土内部孔洞检测
   混凝土内部孔洞检测要求被测区有一对或两对相互平行的测试面,测区范围要大于有怀疑的区域。按覆盖怀疑的孔洞布置换能器,检测每一点的声时、波幅、频率,分别计算它们的平均值和标准差,根据平均值和标准差判断异常检测值,当某些检测点的声时、波幅、频率被判断异常时,可判断混凝土内部不密实区和孔洞的存在。当缺陷被判断为孔洞时,可根据检测尺寸和时声值估算孔洞的尺寸。
  (4) 混凝土裂缝检测
   浅裂缝检测。裂缝深度小于50cm 的裂缝为浅裂缝,浅裂缝检测采用跨缝布置测点和不跨缝布置测点同时检测的方式,利用跨缝测点时声值和不跨缝测点时声值的差异计算浅裂缝的深度。深裂缝检测。裂缝深度大于50cm 的裂缝为深裂缝,深裂缝采用钻孔平测法检测在裂缝两侧钻孔,孔深不小于预计裂缝深度70cm,将换能器从两个钻孔同步同高程向空中移动,逐点读取声时值、波幅和换能器深度,當换能器达到某一深度后,其声时值和波幅基本稳定,则该位置即为裂缝深度。
  3 结语
   成品混凝土强度和质量缺陷检测是结构物安全使用状态和质量评价必要的手段,要根据不同的评价目的选择合适的检测方式,一般应优先选择技术手段可靠、检测结果可信度高的方式,无损伤检测是检测技术的发展方向,需要不断积累数据,总结经验,以提高检测的精度。
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