第10章 工程结构物的现场非破损检测技术

第10章

工程结构物的现场非破损检测技术

结构检测是为评定建设工程的质量或鉴定既有结构的性能等所实施的检测工作。结构检测的含义应是广义的，不应单纯局限于仪器量测的数据，检测包括检查和测试。本章从结构检测的方法入手，重点阐述了混凝土结构、砌体结构、钢结构的现场检测的内容、一般要求及相应的检测技术。

（1）我国地域辽阔，是一个自然灾害频发的国家，每年都不同程度地发生大的地震灾害、风灾、水灾、火灾等突发性灾害作用，对在用的各类构筑物造成了严重的损伤。建筑物在使用中还会遇到各种偶发事件而遭受损伤，如地基的不均匀沉降、结构的温度变形、长期超载使用和疲劳作用、工业事故等。（2）工程结构的设计与建造应遵循国家法规和科学规律，一旦违背，将殃及建筑物的使用寿命和结构安全。根据大量事故隐患调查表明。不同历史时期的建筑物都与当时的社会经济环境、政策法规、建筑造价和科技水平等因素有直接关系。我国在二十世纪五十年代的建筑高潮中建造的大量建筑物不仅设计施工水平低，而且经过50余年的使用，已经大量出现老化与严重的损伤；八、九十年代建设高潮中建造的大批建筑物，由于当时建筑市场的不规范，如工程不合理转包等原因，也出现了不少工程质量低劣的现象，造成了工程隐患。（3）目前在设计、施工管理和日常使用中存在的各类问题也给建筑物的质量带来了一定隐患，影响工程结构的使用寿命。2011年4月12日，位于新疆库尔勒市的314国道孔雀河大桥部分垮塌，桥面塌落宽度约25米，断裂长度约15米。桥跨150米，宽24.5米，1998年建成通车，是西北地区最大跨径钢筋混凝土拱桥。2011年4月9日晚，郑州市中州大道跨京广铁路大桥南端两个承重梁被两辆超载货车轧断，危及京广铁路上下行安全。九江长江大桥是我国铁路南北通道京九线和公路干线105国道上的重要桥梁，是九江市连接湖北、安徽的重要通道。近年来，通过九江长江大桥的超限超载车辆明显增多，对大桥造成严重危害，公路桥横梁腹板竖向加劲肋端部出现了48条裂缝等“病害”。

公路桥已发生了3次大面积脱落，最多的一次混凝土破碎脱落物达1吨。

超载严重的货车通过大桥时，尽管大桥总体承重能力没有问题，但超载严重的货车车轮对大桥桥面各个支点的挤压强度大大增加，严重损坏了大桥的桥面。如果继续让超载严重的大货车在大桥上通行，可能会引发大桥桥面部分塌陷。

管理上只对超载货车进行罚款，而不要求超载货车卸货，超载货车仍超载行驶。实行计重收费，只是增加了超载货车的运输成本，但无法杜绝货车严重超载。

2011年4月7日，山西绵山在建的公交换乘中心外部网架坍塌，造成7人死亡。现场检测主要特点：非破坏性的常用检测方法：回弹法、超声法、取芯法、拔出法、射线法、雷达法……检测部位选择：避开构件顶部的弱区混凝土测点数量：保证可靠性为前提，结合尺寸、数量等因素综合考虑。10.2回弹法检测结构混凝土强度10.3超声法检测结构混凝土强度10.4超声回弹综合法检测结构混凝土强度10.5钻芯法检测结构混凝土强度10.6超声法检测混凝土缺陷10.7混凝土结构内部钢筋检测混凝土强度检测回弹原理示意图10.2回弹法检测混凝土强度（一）回弹法的基本原理回弹法：根据混凝土的表面硬度与抗压强度之间存在着一定的相关性而发展起来的一种混凝土强度测试方法。测试时，用具有规定动能的重锤弹击混凝土表面，弹击后，初始动能发生再分配，一部分能量被混凝土吸收，剩余的能量则回传给重锤。被混凝土吸收的能量取决于混凝土表面的硬度，混凝土表面硬度低，受弹击后表面塑性变形和残余变形大，被混凝土吸收的能量就多，回传给重锤的能量就少；相反，混凝土表面硬度高，受弹击后的塑性变形小，吸收的能量少，而传给重锤的能量多，因而回弹值就高，从而间接反映了混凝土的抗压强度。利用回弹仪测量弹击锤的回弹值，再利用回弹值与混凝土表面硬度(强度)的关系，就可以推断混凝土的强度。回弹法原理重锤弹击混凝土表面反弹距离回弹值R强度（1）回弹值（2）回弹值与强度值的关系。直线方程幂函数方程抛物线方程

型号：回弹仪有不同的型号，按冲击动能的大小分为重型、中型、轻型、特轻型四种。在进行建筑结构检测时一般使用中型回弹仪。中型回弹仪的代号为HT225，其冲击动能为2.21J。适用范围：回弹法只适用于龄期为14天～1000天范围内自然养护、评定强度在10~50MPa的普通混凝土；不适用于内部有缺陷或遭化学腐蚀、火灾、冰冻的混凝土和其他品种混凝土。图7.2.1回弹仪构造图1-试验构件表面；2-弹击杆；3-拉力弹簧；4-套筒；5-重锤；6-指针；7-刻度尺；8-导杆；9-压力弹簧；10-调整螺丝；11-按钮；12-挂钩(二)技术规程：回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-2001

L≥3m≤2m20cm≥20mm1.测区及测点要求：尽量选择混凝土浇注侧面进行水平方向的回弹测试。2.碳化深度的测量：

用酚酞酒精遇到碱性物质变色的化学原理检测混凝土碳化深度。dm碳化：混凝土表面在空气中的二氧化碳和水分的作用下，表层的氢氧化钙转化成碳酸钙硬壳。

碳化的影响：混凝土强度等级相同时，回弹值随碳化深度的增大而增大。

4.回弹值的修正：(1)非水平方向弹击——角度修正(修正表)

(2)浇注表面和底面弹击——浇注面修正(修正表)

3.回弹值计算：

将每个测区16个测点中的三个最大值和三个最小值剔除，余下的10个回弹值取平均值作为该测区的平均回弹值。5.混凝土强度的推定：修正后的回弹值及碳化深度根据统计学原理推定混凝土构件强度

(平均值、方差、最小值)查国家统一或地区测强曲线表

(优先选择地区测强曲线)各测区的混凝土强度换算值 10.3超声法检测混凝土强度(一)测量原理：混凝土的抗压强度与超声波在混凝土中的传播速度之间的相关关系。

抗压强度超声波传播速度

高快

低慢混凝土超声波检测系统指数函数方程幂函数方程抛物线方程测区声波传播速度，其中，(二)技术规程：1.测区及测点要求(10对测区)：≤2m20cm2.声速计算:

当在混凝土的浇注表面及底面测试时，应进行修正。3.测量方法:电源开关精调细调扫描宽度粗调微调调零手动自动收发增益发射电压0123456789010203040506070衰减dB0.5发射波数码显示(传输时间s)计数s0.5接收波光标10.4超声回弹综合法检测混凝土强度

超声回弹综合法是建立在超声传播速度和回弹值与混凝土抗压强度之间相互关系的基础上，以声速和回弹值综合反映混凝土抗压强度的一种非破损检测方法。(一)测量原理

超声波弹性性质(内部构造)

回弹值塑性性质(表面3cm厚度状态)碳化深度超声波

碳化深度回弹值综合法检测混凝土强度时不须测量碳化深度。超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程CECS0288(二)技术规程1.测区及测点要求：10对测区2.计算与修正：同回弹法及超声脉冲法。3.混凝土强度推定：查表(国家统一或地区测强曲线)得，再按单个或批量构件推定混凝土抗压强度值。

先进行回弹测试，再进行超声测试。

平面型方程曲面型方程

其中：卵石：A=0.0038，B=1.23，C=1.95

碎石：A=0.008，B=1.72，C=1.5710.5钻芯法检测混凝土强度(一)测量原理用钻芯机钻取圆柱形芯样，对芯样进行抗压试验。

优点：直观缺点：半破损(二)技术规程钻芯法检测混凝土强度技术规程CECS03881.芯样：直径Φ100(150)高径比1~2数量3个2.取样部位：非主要受力部位，混凝土强度具有代表性，避开主筋，芯样内钢筋直径小于10mm。3.计算：α-高径比换算系数

Ｆ-芯样抗压值4.修补芯样试件混凝土强度的换算系数图7.2.3钻芯机

1─电动机；2─变速箱；3─钻头；4─膨胀螺栓；5─支撑螺丝；

6─底座；7─行走轮；8─主柱；9─升降齿轮；10─进钻手柄；11─堵盖

方法测试内容优点缺点备注回弹法测定混凝土表面硬度测试方法简单、快速，测试费用低，对结构无损伤，对构件尺寸无要求。要求混凝土内部无缺陷，同一测点不能重复测试，相对与其它方法，测试精确度偏低。(1000天以内的混凝土)在一定程度上能检测混凝土的匀质性。超声回弹综合法测定混凝土表面硬度及超声波在混凝土中的传播速度测试方法也较为简单，对结构无损伤，测试精度较单一法精。试件尺寸受超声波穿透距离的限制。在一定程度上能检测混凝土的匀质性和内部缺陷。钻芯法测定芯样的抗压强度精确度最高。仪器笨重，操作复杂，对结构的损伤程度较大，检测后需进行修补。可以测定混凝土的劈裂强度和内部缺陷。10.6超声法检测混凝土缺陷一、缺陷类型及成因裂缝孔洞

不密实

蜂窝非外力作用水泥水化热——不均匀收缩外力作用——碰撞、堆放重物温度——不均匀收缩地基不均匀沉降设计振捣不足钢筋间距与骨料直径不匹配表面损伤——腐蚀、烧伤、冻融、老化保护层不够导致漏浆S19-S20(4-6)跨，离S19－4约6m处，距外环侧底板边缘20

m处，混凝土不密实、空洞、钢筋锈蚀情况严重S2-S4(4-5)跨，离S4－4约3m处，外环侧底板边缘混凝土不密实、空洞情况S2（4－5）墩顶腹板侧未打开前，表观渗水，已有白色碳酸钙形成

孔道内有积水，从钢绞线中渗出，且混凝土中含有胶布，无封锚钢筋二、超声波法测量原理超声波通过缺陷时产生绕射超声法检测混凝土缺陷技术规程CECS212001测量超声波在混凝土中的传播速度，接受波形信号的振幅和频率等声学参数的相对变化，判定混凝土的缺陷。超声波缺陷界面上产生反射声时波速波幅频率

波形畸变二、裂缝检测(一)浅裂缝(dc<500mm)检测：1.平测法——测量声时：tt0hcl’(mm)l1t4l4’t(s)l2t3t2t1l3’l2’l1’l’

—10，15，20，25cm……lll’l’1、5测点未通过裂缝，2、3、4测点通过裂缝，

t1,5<t2,3,4，

A1,5>A2,3,4，

f1,5>f2,3,4。2134521345213452.斜测法：二、裂缝检测：(一)浅裂缝(dc<500mm)检测：平测法检测裂缝深度、走向对于倾斜裂缝，应先确定其走向。方法是在测试面上画一条与裂缝交叉并相垂直的直线，然后如图所示，将一探头固定放置在直线上某一测点A，另一探头置于裂缝的另一边靠近裂缝的B1点，测得声时t1后再向右侧稍许移动，此时声时若减小，则裂缝走向右边，反之则向左边。

裂缝末端的确定，如图，在B探头由B1到B2的移动过程中，记下声时值最小的测点B3，从B3引测试面的垂直线，该直线必与裂缝末端O相交。从直角三角形AOB3与B1OB3可得：

二、裂缝检测：(二)深裂缝(dc>500mm)检测：LLLL一般为2000mm。

探头以相同高程自上而下同步移动，读取接收波首波波幅及声时值，当波幅达到最大并基本稳定时对应的深度即为裂缝深度。孔深波幅dc3.钻孔对测法：三、混凝土内部缺陷检测内部缺陷：空洞、不密实区、内部微裂缝等观测数据：声时值、首波波幅、频率ltmaxth两对平行测试面一对平行测试面10.7混凝土结构内部钢筋检测一、钢筋位置检测目的：确定钢筋位置、布筋情况、保护层厚度，

估计钢筋直径原理：利用电磁感应原理测定钢筋混凝土内的

磁场分布情况，确定钢筋位置及尺寸。混凝土—弱磁场钢筋—强磁场

钢筋距探头越近，钢筋直径越粗，磁感应强度越大，相位差也越大。测试试件要求：配筋稀疏，保护层较薄，钢筋布置在同一平面或在不同平面内距离较大。二、钢筋锈蚀检测混凝土—碱性材料—钢筋不锈蚀混凝土开裂、碳化—钢筋锈蚀钢筋锈蚀—电化学过程—腐蚀电流—电位变化钢筋锈蚀—钢筋有效截面积减小，混凝土剥落mv+-钢筋硫酸铜饱和溶液铜极电棒多孔接头毫伏表钢筋锈蚀状况的判别标准S9-S10(2－3)跨钢筋锈断情况S9-S10(2－3)跨钢筋锈断情况

S1－S2(4-5)跨，外环侧底板边缘处，预应力孔道打开后水流情况（1）直接截取标准试样法

按标准试件尺寸，直接从墙上取样，一般不少于3~6个。抗压强度：若非标准式样，则乘以换算系数ψ。10.8砌体结构的现场检测1.扁顶法

2.原位轴压法

3.原位单剪法

4.原位单砖双剪法（2）砌体强度的直接测定法图4.39砌体扁顶法的试验装置

图4.40原位轴压法的试验装置图4.42原位单砖双面剪切装置示意图1.试件2.掏空的灰缝原位单面剪切装置示意图

1.现浇混凝土传力件

2.槽3.试件1.推出法2.筒压法3.砂浆片剪切法4.回弹法5.点荷法6.射钉法（3）砌体强度的间接测定法

推出法:该法采用推出仪从墙体上水平推出单块丁砖，测得水平推力及推出砖下的砂浆饱满度，以此推定砌筑砂浆抗压强度的方法。（a）试件加工步骤示意（b）平剖面（c）纵剖面图7.3.1推出仪及测试安装1—被推出丁砖；2－支架；3－前梁；4－后梁；5－传感器；6－垫片；7－调平螺丝8－传力螺杆；9－推出力峰值测定仪

筒压法:将取样砂浆破碎、烘干并筛分成符合一定级配要求的颗粒，装入承压筒并施加筒压荷载后，检测其破损程度，用筒压比表示，以此推定其抗压强度的方法。图7.3.2承压筒构造（a）承压筒剖面；（b）承压盖剖面

砂浆片剪切法:采用砂浆测强仪检测砂浆片的抗剪强度，以此推定砌筑砂浆抗压强度的方法。图7.3.3砂浆测强仪工作原理回弹法:采用砂浆回弹仪检测墙体中砂浆的表面硬度，根据回弹值和碳化深度推定其强度的方法。每个测位内均匀布置12个弹击点,在每个弹击点上，使用回弹仪连续弹击3次，第1、2次不读数，仅记读第3