混凝土强度无损检测技术研究
2011-11-25 来源：中国鸣网
混凝土是建筑工程中最主要的结构材料之一，无论是工业及民用建筑，还是公路、铁路、水利及水电工程等都广泛使用混凝土材料,混凝土的质量关系到整个工程的质量。因此，加强混凝土的质量监测与控制成为当今建筑工程技术中的重要课题。混凝土的主要质量指标历来是以标准试件的抗压强度为依据的，但由于试样的制作条件、养护环境及受力状态与原位混凝土均存在着明显的差异，试样的实验结果难以全面、准确地反映原位混凝土的质量状况，混凝土标准试件的抗压试验对结构混凝土来说是一种间接测定值。特别是当对结构混凝土强度出现怀疑；试件的取样、制作、养护等未按规定进行，对其可信度产生怀疑；结构混凝土受自然环境的侵蚀或受灾害性因素损害时更显突出。有些破损检测方法对混凝土结构有所损害，使得工程检测人员更倾向于用无损检测方法获得原位混凝土真实质量情况。早在20世纪30年代，人们就开始研究混凝土无损检测技术1948年，瑞士科学家施密特（E.Schmidt）研制成回弹仪；1949年莱斯利（Leslie）等人用超声脉冲成功检测混凝土；60年代费格瓦洛（I.Facaoaru）提出用声速、回弹综合法估算混凝土强度；80年代中期，美国的MarySansalone等用机械波反射法进行混凝土无损检测；90年代以来，随着科学技术的快速发展，涌现出一批新的测试方法，如微波吸收、雷达扫描、红外线谱、脉冲回波等方法。我国从50年代开始引进瑞士、英国、波兰等国的超声波仪器和回弹仪，并结合工程应用开展了一定的研究工作；60年代初我国研制成功多种型号的超声波仪器，随后广泛进行了混凝土无损检测技术的研究和应用；80年代混凝土无损检测技术在我国得到快速发展，并取得了一定的研究成果，除了超声、回弹等无损检测方法外，还进行了钻芯法、后装拔出法的研究；90年代以来，雷达技术、红外成像技术、冲击回波技术等进入实用阶段，同时超声波检测仪器也由模拟式发展为数字式，可将测试数据传入计算机进行各种数据处理，以进一步提高检测的可靠性。混凝土无损检测的方法主要有回弹法、超声法、超声回弹综合法、雷达法、冲击回波法、红外成像法、超声波CT法、拔出法、钻芯法等。
以下就混凝土无损检测的概念、分类和特点及主要几种检测方法的工作原理、特点及适用范围作以论述。
一、概述
结构混凝土无损检测技术工程应用的主要目的是对结构混凝土强度、内部缺陷及其它性能进行检测。这里我们主要讲的是无损检测技术检测结构混凝土强度的方法。其定义为在不影响结构或构件受力性能或其他使用功能的前提下，直接在结构或构件上通过测定某些适当的物理量，并通过这些物理量与混凝土强度的相关性，进而推定混凝土强度等性能的检测方法。
混凝土强度的无损检测方法按其原理可分为三类：1、半破损法，这类方法有钻芯法、拔出法、拔脱法、板折法、射击法、就地嵌注试件法等。特点是以局部破坏性试验获得结构混凝土的实际抵抗破坏的能，因而直观可靠，测试结果易为人们所接受。缺点是造成结构的局部破坏，需进行修补，不宜用于大面积的全面检测。2、非破损法，这类方法有回弹法、超声脉冲法、射线吸收与散射法、成熟度法等。特点是测试方便、费用低廉，但其测试结果的可靠性主要取决于被测物理量与强度之间的相关性。须建立相关公式或校准曲线。缺点是相关关系受过多因素的影响，当条件发生变化，应进行修改。3、综合法，这类方法有超声回弹综合法、超声钻芯综合法、声速衰减综合法等。特点是采用多项物理参数，能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素，比单一物理量的无损检测方法具有更高的准确性和可靠性。是混凝土强度无损检测技术的一个重要发展方向。
二、四种主要的无损检测混凝土强度方法的工作原理、特点、适用范围
（一） 回弹法
1、工作原理：
我国的回弹仪有N型、L型、NR型、M型等，其中N型应用最广泛，它是一种指针直读的直射锤击式仪器。主要由机壳、盖帽、尾盖、弹击锤、弹击杆、中心导杆、压簧、弹击后簧等23个零部件组成。回弹法是用弹簧驱动的重锤，通过弹击杆（传力杆），弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值（反弹距离与弹簧初始长度之比）作为与强度相关的指标来推定混凝土强度的一种方法。由于测试在混凝土表面进行，所以应属于表面硬度法的一种。
2、特点：仪器简单，操作方便、经济、迅速、具有相当的测试精度。
3、适用范围：回弹法适用于工程结构普通混凝土抗压强度的检测。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结构或构件的检测。
回弹仪使用时的环境温度应为-4~40℃。
符合下列条件的混凝土可采用JGJ/T23-2001规程附录A进行测区混凝土强度换算：
a、普通混凝土采用的材料、拌和用水符合现行国家有关标准；
b、不掺外加剂或仅掺非引气型外加剂；
c、采用普通成型工艺；
d、采用符合现行国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》规定的钢模、木模及其他材料制作的模板；
e、自然养护或蒸气养护出池后经自然养护7d以上，且混凝土表层为干燥状态；
f、龄期为14~1000d；
g、抗压强度为10~60MPa。
当构件混凝土抗压强度大于60MPa时，可采用标准能量大于2.207J的混凝土回弹仪，并应另行制订检测方法及专用测强曲线进行检测。
（二）超声回弹综合法
1、工作原理：通过超声仪测量在测距内超声传播的平均声速来推定混凝土的强度，并结合回弹法进行检测。
2、特点：检测过程无损于材料、结构的组织和使用性能；直接在在构筑物上检测试验并推定其实际的强度；重复或复核检测方便，重复性良好；有利于测强测缺的结合，保证检测混凝土强度建立在无缺陷、均匀的基础上合理地评定混凝土的强度；在某些无法测量回弹值及其它参数的结构或构件中，超声法有其特殊的适应性。
3、适用范围：不适用于检测因冻害、化学侵蚀、火灾、高温等已造成表面疏松、剥落的混凝土。
《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CECS02：2005）规定的强度换算方法适用于符合下列条件的普通混凝土：混凝土用水泥应符合现行国家标准的要求；混凝土用砂、石骨料符合现行行业标准的要求；可掺或不掺矿物掺合料、外加剂、粉煤灰、泵送剂；人工或一般机械搅拌的混凝土或泵送混凝土；自然养护；龄期7~2000d；混凝土强度10~70Mpa。
（三）后装拔出法（微破损试验方法）
1、工作原理：在已硬化的混凝土表面钻孔、磨槽、嵌入锚固件并安装拔出仪进行拔出试验，测定极限拔出力，根据预先建立的拔出力与混凝土强度之间的相关关系检测混凝土强度。
2、特点：只要避开钢筋或铁件位置，在已硬化的新旧混凝土的各种构件上都可以使用，特别是当现场结构缺少混凝土强度的有关试验资料时，是非常有价值的一种检验评定手段。具有检测精度高、破损程度小、使用方便、适用范围广等特点。
3、适用范围：被检测混凝土的强度不应低于10.0Mpa。检测部位混凝土表层与内部质量应一致。当混凝土表层与内部质量有明显差异时，应将薄弱表层清除干净后方可进行检测。
（四）、钻芯法（半破损试验方法）
1、工作原理：利用专用钻机、从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝土强度的方法。
2、特点：具有直观、可靠、精度高、应用广的优点，也有一定的局限性：1）钻芯机对工程结构局部有损伤，因而对于钻芯位置的选择及钻芯数量等均受到一定限制，而且它所代表的区域也是有限的；2）钻芯机及芯样加工配套机具与非破损测试仪器相比，比较笨重，移动不够方便，测试成本也较高；3）钻芯后的孔洞需要修补，尤其当钻断钢筋时更增加了修补工作的困难。
3、适用范围：适用于强度不大于80Mpa的普通混凝土强度，当钻芯法与回弹法、超声-回弹法综合法、后装拔出法等混凝土强度间接测试方法配合使用时，可用芯样抗压强度值对其他间接方法的结果进行修正。
三、四种无检测方法的异同处
种类 测定内容 适用范围 特点 缺点
回弹法 混凝土表面硬度值 混凝土抗压强度、匀质性 测试简单、快速、被测物的尺寸一般不受限制` 测定部位仅限于混凝土表面，同一处不能再次使用
超声回弹综合法 混凝土表面硬度值和超声波传播速度 混凝土抗压强度 测试也比较简单，精度比单一方法高 比单一法费事
后装拔出法 后装于混凝土中锚固件，测定拔出力 混凝土抗压强度 测强精度较高 对混凝土有一定损伤，检测后需进行修补
钻芯法 从混凝土中钻取一定直径的芯样 混凝土抗压强度，抗劈强度，内部缺陷 测强精度高 设备笨重，成本较高，对混凝土有损伤，需修补
四、结束语
我相信随着科学技术的进步，会有更多的检测工程实体结构混凝土强度的检测技术、检测方法、检测设备问世，而且现有的检测混凝土强度的检测技术也会日趋完善，检测精度也会进一步得到提高，我国的建筑工程质量将会有更强的技术后盾做为保障。
