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公路桥梁施工实验与检测公路桥梁施工实验与检测第五章 5.55.7小节第五章第五章 混凝土无损检测混凝土无损检测 l局部破损检方测法l超声法检测混凝土缺陷l混凝土内钢筋位置和钢筋锈蚀的检测5.5 局部破损检测方法局部破损检测方法l概论 局部破损检测方法，是以不影响构件的承载能力为前提，在构件上直接进行局部破坏性试验，或直接钻取芯样、拔出混凝土锥体等手段检测混凝土强度或缺陷的方法。属于这类方法的有钻芯法、拔出法、射击法、拔脱法、就地嵌注试件法等。这类方法的优点是以局部破坏性试验获取混凝土性能指标，因而较为可靠，缺点是造成结构物的局部破坏，需要进行修补，因而不宜用于大面积的检测。钻芯取样法检测混凝土强度指从混凝土结构物中钻取芯样和检查芯样，测定混凝土的劈裂抗拉强度或抗压强度，作为评定结构的主要品质指标。5.5 局部破损检测方法局部破损检测方法原理l钻芯法利用专用钻机和人造金刚石薄壁钻头从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝土强度和检查混凝土内部缺陷。钻芯前的准备（1）资料准备。（2）钻芯机具准备。在正常情况下，芯样直径应为混凝土所有骨料最大粒径的3倍，一般为150mm或100mm。任何情况下不小于骨料最大粒径的2倍。5.5 局部破损检测方法局部破损检测方法芯样钻取 钻出后的每个芯样应立即清楚地标上记号，并记录芯样在混凝土结构中钻取的位置。钻取的芯样数量应满足下列规定：l单个构件进行混凝土强度检验时，在构件上的取芯个数一般不少于3个，当构件的体积或截面积较小时可取2个。l当成批构件进行混凝土强度检验时，取芯个数应为2030个，当取芯直径小于标准尺寸100mm时，取芯数量应适当增加。每个构件上宜取一个芯样。l当取芯是为了修正回弹法或超声回弹综合法检测混凝土强度时，取芯数量应不少于6个。l对构件局部区域检验时，应由要求检验的单位确定取芯位置及数量。5.5 局部破损检测方法局部破损检测方法钻取芯样检查l每个芯样应详细描述有关裂缝、分层、麻面或离析等，并估计骨料的最大粒径、形状种类及粗细骨料的比例与级配，检查并记录存在的气孔的位置、尺寸与分布情况，必要时应进行拍照。l平均直径。l芯样高度。l垂直度。l平整度。（如有必要，应测定芯样的表观密度。）5.5 局部破损检测方法局部破损检测方法试件的制作l抗压试验用的试件长度（端部加工后）不应小于直径，也不应大于直径的2倍。l当锯切后芯样端面的不平整度在100mm长度内超过0.1mm，芯样端面与轴线的不垂直度超过2时，宜采用在磨平机上磨平或在专用补平装置上补平的方法进行端面加工，芯样尺寸测量：（1）硫磺胶泥（或硫磺）补平。（2）用水泥砂浆补平。5.5 局部破损检测方法局部破损检测方法抗压强度计算l 钻芯法规程中规定，以直径和高度均为100mm的圆柱体作为标准试件。试验证明，100mm100mm标准圆柱体与边长150mm标准立方体试块的抗压强度基本是一致的，由标准圆柱体试件强度换算成标准立方体试块强度时取修正系数为1。5.5 局部破损检测方法局部破损检测方法芯样抗压强度按式（5-23）计算：（5-23）系数回归公式如下：式中 a0.61749；b0.37967；xhd（h为高，d为直径）。第五章第五章 混凝土无损检测混凝土无损检测 l局部破损检方测法l超声法检测混凝土缺陷l混凝土内钢筋位置和钢筋锈蚀的检测5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷 概述l混凝土结构的缺陷，是指那些在宏观材质不连续、性能参数有明显变异，而且对结构的承载能力和使用性能产生影响的区域。造成混凝土缺陷和损伤的原因多种多样，一般而言，主要有四个方面：其一是施工原因；其二是由于混凝土非外力作用形成的裂缝；其三是长期在腐蚀介质或冻融作用下由表及里的层状疏松；其四是受外力作用所产生的裂缝。目前，在诸多混凝土缺陷的无损检测方法中，应用最广泛、最有效的是超声法检测 5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷 l超声法检测混凝土缺陷的基本原理。采用超声波检测混凝土缺陷的基本依据是：利用超声波在技术条件相同的混凝土中传播的时间、接收波的振幅和频率等声学参数的变化，来判定混凝土的缺陷。因为超声波传播速度的快慢，与混凝土的密实程度有直接关系，对于技术条件相同的混凝土来说，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。l超声波检测混凝土缺陷的方法。超声波检测混凝土缺陷技术一般根据被测结构的形状、尺寸及所处的环境，确定具体测试方法。常用的测试方法按照换能器的布置方式大致分为以下几种。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷（1）平面测试 l 对测法：一对发射（T）和接收（R）换能器，分别置于被测结构相互平行的两个表面，且两个换能器的轴线位于同一条直线上。l 斜测法：一对发射和接收换能器，分别置于被测结构相互平行的两个表面，且两个换能器的轴线不在同一条直线上。l 单面平测法：一对发射和接收换能器，分别置于被测结构同一表面上进行测试。（1）测试孔测试l孔中对测；孔中斜测；孔中平测。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷 混凝土浅裂缝检测l所谓浅裂缝，是指局部于结构表层，开裂深度不大于500mm的裂缝。（1）单面平测法。当结构的裂缝部位只具有一个表面可供检测时，可采用平测法进行裂缝深度检测。平测时应在裂缝的被测部位以不同的测距同时按跨缝和不跨缝布置测点进行声时测量。其测量步骤应为:5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷 1)不跨缝声时测量：将T和R换能器置于裂缝同一侧，并将T耦合好保持不动，以两个换能器内边缘间距（）等于100、150、200式、250mm分别读取声时值（），绘制时一距坐标图。或者用统计的方法求出两者的关系。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷 l每测点超声波实际传播距离 为：（5-25）式中 第i点的超声波实际传播距离（mm）；第i点的R、T换能器内边缘间距（mm）；a“时-距”图中轴的截距或回归直线方程的常数项（mm）。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷 不跨缝平测得混凝土声速值为：（kms）（5-26）或 v=b （kms）（5-27）2）跨缝声时测量5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷 3）平测法检测，裂缝深度按式（5-28）、式（5-29）计算：（5-28）（5-29）式中 不跨缝平测时第i点的超声波实际传播距离（mm）；第i点计算裂缝深度值（mm）；第i点跨缝平测的声时值（）。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷（2）斜测法。当结构物的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时，可采用斜测法检测。可按图5-15所示方法布置换能器，保持T、R换能器的连线通过裂缝和不通过裂缝的测试距离相等、倾斜角一致的条件下，读取相应的声时、波幅和频率值。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷混凝土深裂缝检测 所谓深裂缝，是指混凝土结构表面开裂深度在500mm以上的裂缝。l测试方法。深裂缝的检测一般是在裂缝两侧钻测试孔，用径向振动式换能器置于测试孔中进行测试。l裂缝深度判定。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷混凝土不密实区和空间检测（1）测试方法。1）平面对测。当结构被测部位具有两相互平行的表面时，可采用对测法。2）平面斜测。结构中只有一对相互平行的测试面或被测部位处于结构的特殊位置，可采用对测和斜测相结合的方法进行检测，即在测区的两个相互平行的测试面上，分别画出交叉测试的两组测点位置。3）测试孔检测。当结构的测试距离较大时，为了提高测试灵敏度，可在测区适当位置钻一个或多个平行于侧面的测试孔。测试孔的直径一般为4550mm，测试孔深度视检测需要而定。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷(2)数据处理。由于混凝土本身的不均匀性，即使是没有缺陷的混凝土，测得的声时、波幅和频率等参数值也在一定范围内波动。1）混凝土声学参数的统计计算。测区混凝土声时（或声速）、波幅、频率测量值的平均值（）和标准差（）应按式（5-30）、式（5-31）计算：（5-30）（5-31）5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷l如果测得测区各测点的波幅、频率或声速值（由声时计算的），则将它们由大到小按顺序排列，将排在后面明显小的数据视为可疑值，再将这些可疑值中最大的一个连同其前面的数据按式（5-30）和式（5-31）计算出 及 值，计算出异常情况的判断值（）。（5-32）式中 异常值判定系数，应按超声法检测混凝土缺陷技术规程（CECS21:2000）取值。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷 当测区中出现异常测点时，可根据异常测点的分布情况，按式（5-33）进一步判别其相邻测点是否异常：（5-33）5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷l不密实区和空洞范围的判定。当一个构件或一个测区中，某些测点的声时值（或声速值）、波幅值（或频率值）被判为异常时，可结合异常测点的分布及波形状况确定混凝土内部存在不密实区和空洞的范围。l如被测部位只有一对可供测试表面，空洞尺寸可用式（5-34）计算：5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷式中 r空洞半径（mm）；lT、R换能器之间的距离（mm）；缺陷处的最大声时值（）；无缺陷区的平均声时值（）。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷混凝土结合面质量检测l 对于一些重要的混凝土和钢筋混凝土结构物，为保证其整体性，应该连续不间断地一次浇筑完混凝土。（1）适用情况。（2）检测要求。l测试前应查明结合面的位置及走向，以正确确定被测部位及布置测点；l结构的被测部位应具有使声波垂直或斜穿结合面的一对平行测试面；l所布置的测点应避开平行声波传播方向的主筋和预埋铁件。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷（3）检测方法。混凝土结合面质量检测采用对测法和斜测法，按布置好的测点分别测出各点的声时、波幅和频率值。布置测点时应注意以下几点：1）使测试范围覆盖全部结合面或有怀疑的部位。2）各对T、R换能器连线的倾角及测距应相等。3）测点的间距视结构尺寸和结合面外观质量情况而定，一般控制在100mm300mm。（4）数据处理及评定。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷混凝土匀质性检测l所谓混凝土匀质性检测是对整个结构物或同一批构件的混凝土质量均匀性的检测。l测试方法。一般采用厚度振动式换能器进行穿透对测法检测结构混凝土的匀质性。要求被测结构应具备一对相互平行的测试表面，并保持平整、干净。先在两个测试面上分别画出等间距的网络，并编上对应的测点序号。l数据处理及判定。混凝土的声速值、混凝土声速平均值、混凝土声速标准差及混凝土声速离差系数分别按式（5-35）式（5-38）计算 5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷 （5-36）（5-37）（5-38）（5-35）5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷式中 第i点混凝土声速值（kms）；第i点测距值（mm）；第i点混凝土声时值（）；n测点数。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷混凝土表面损伤层检测 混凝土和钢筋混凝土结构物，在施工和使用过程中，其表面层会在物理和化学因素的作用下受到损害，如火灾，冻害和化学侵蚀等。（1）测试方法。超声法检测混凝土表面层厚度宜选用频率低的厚度振动式换能器，采用平测法检测，如图5-25所示。检测时测区测点的布置应满足以下要求：1）根据结构的损伤情况和外观质量选取有代表性的部位布置测区；2）结构被测表面应平整并处于自然干燥状态，且无接缝和饰面层；3）测点布置时应避免T、R换能器的连线方向与附近主钢筋的轴线平行。5.6 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷（2）数据处理及判定（损伤层厚度判定）。（5-39）（5-40）损伤层厚度计算公式为 （5-41）式中 d损伤层厚度（mm）；声速产生突变时的测距（mm）；损伤层混凝土的声速（kms）；未损伤层混凝土的声速（kms）。第五章第五章 混凝土无损检测混凝土无损检测 l局部破损检方测法l超声法检测混凝土缺陷l混凝土内钢筋位置和钢筋锈蚀的检测5.7 混凝土内钢筋位置和钢筋锈蚀的检测混凝土内钢筋位置和钢筋锈蚀的检测1.钢筋位置检测l对已建混凝土结构作可靠性诊断和对新建混凝土结构施工质量进行鉴定时，要求确定钢筋位置、布筋情况，正确测量混凝土保护层厚度和估测钢筋的直径。当采用钻芯法检测混凝土强度时，为了在取芯部位避开钢筋，也需要作钢筋位置的检测。l钢筋位置检测仪是利用电磁感应原理制成的。l钢筋位置和保护层厚度的测定可采用磁感仪。5.7 混凝土内钢筋位置和钢筋锈蚀的检测混凝土内钢筋位置和钢筋锈蚀的检测2.钢筋锈蚀的检测l钢筋锈蚀状况的检测可根据测试条件和测试要求选择剔凿检测方法、电化学测定方法或综合分析判定方法。l电化学测定方法的测区及测点布置应根据构件的环境差异及外观检查的结果来确定测区，测区应能代表不同环境条件和不同的锈蚀外观表征，每种条件的测区数量不宜少于3个。在测区上布置测试网络，网络节点为测点，网络间距可为200mm200mm、300mm300mm或200mm100mm等，根据尺寸和仪器功能而定。测区中的测点数不宜少于20个。测点与构件边缘的距离应大于50mm。5.7 混凝土内钢筋位置和钢筋锈蚀的检测混凝土内钢筋位置和钢筋锈蚀的检测l电化学检测操作应遵循所使用检测仪器的操作规定，并应注意电极铜棒应清洁、无明显缺陷。l钢筋锈蚀测试仪工作原理如图5-28所示。它是利用钢筋锈蚀将引起腐蚀电流，使电位发生变化。l钢筋电位与钢筋锈蚀状况的判定见表5-8.钢筋锈蚀电流与钢筋锈蚀速率及构件损伤年限的判别见表5-9.混凝土电阻率与钢筋锈蚀状况判别见表5-10.