土木工程材料原理与方法11-无损检测方法简介-表面硬度法-2010

土木工程材料试验原理与方法(设计)东南大学材料学院庞超明Email:pangchao@办公电话：52090638手机木工程材料试验原理与方法2土木工程材料试验原理与方法3内容回顾一元回归的预报与控制一元非线性回归：常用5种曲线、示例二元回归二元线性原理、计算、检验二元线性示例二元非线性多元线性回归正交设计中的回归及示例土木工程材料试验原理与方法45一元非线性回归非线形关系，曲线，转化为线性。首先确定曲线回归方程的类型抛物线、双曲线、对数、指数、幂函数、s形？方法1：理论推断方法2：大量的实践经验数据通过数学变换，转化为线性方程——本质仍求线形回归方程。土木工程材料试验原理与方法6二元线性回归

Y＝a＋b1x1＋b2x2＋ε，忽略ε，则二元线性回归方程：y＝a＋b1x1＋b2x2最小二乘法确定a、b1和b2：Se最小，即对a，b1和b2求偏导数＝0土木工程材料试验原理与方法二元非线性回归与一元非线性回归，先将其线性化，求a、b1、b2，建立回归方程，进行显著性R或F检验。正规方程组Ab＝B，通过克莱姆法则、矩阵求逆法、消元法，求解b＝A-1B。要求计算：B、A、A－1。7土木工程材料试验原理与方法正交设计中的回归分析正交设计多元线性,具有优势：选择因素、水平，多数保持等差级数，且水平数为奇数时，可以消除回归系数间的相关性。回归系数直观，可直接判断因素的显著性。正交表L9(34)8土木工程材料试验原理与方法土木工程材料试验原理与方法9序号X1X2X3yX12X22X32y2X1X2X2X3X3X1X1yX2yX3y1-5-1.5-3-6.6252.25943.567.54.51533.09.919.82-500-2.125004.4100010.5003-51.53-7.3252.25953.29-7.54.5-1536.5-10.95-21.940-1.502.602.2506.760000-3.9050035.900934.810000017.7601.5-3-6.602.25943.560-4.5009.919.875-1.537.6252.25957.76-7.5-4.51538.0-11.422.8850-33.6250912.9600-1518.00-10.8951.502.9252.2508.417.50014.54.350Σ000015013.554265.52000150.5-21.947.4L1y＝150.5-0＝150.5L11＝150-0＝150L12＝L21＝0-0＝0L2y＝-21.9-0＝-21.9L22＝13.5-0＝13.5L23＝L32＝0-0＝0L3y＝47.4-0＝47.4L33＝54-0＝54L31＝L13＝0-0＝010计算

＝265.52-0＝265.52b0＝83.1－1.0×15－1.62×3.5－0.88×6＝68.49y＝68.49＋x1-1.62x2＋0.88x3土木工程材料试验原理与方法11预测预测：矿渣掺量18%，石膏掺量2%，铁粉掺量5%，代入回归方程y＝68.49＋x1-1.62x2＋0.88x3，得y＝68.49＋18－1.62×2＋0.88×5＝87.65(MPa)保证率95%的t=2.00，波动值为：t×S＝2.00×2.75＝5.50MPa。土木工程材料试验原理与方法内容提要无损检测法——表面硬度法测试方法、体系无损检测原因、定义、特点表面硬度法回弹法——重点贯入阻力法拔出法土木工程材料试验原理与方法12土木工程材料试验原理与方法试验指标的测试测试方法：有损、无损检测有损：损坏测试试件无损：不破坏或少量破坏无损的优势13测试体系宏观、细观(介观)、微观、纳观

(Macro,mesoandmicro、nano)：无清晰界限宏观：试件或构件（总体表观性能）细观：几十毫米到几十微米间微观：微米到几十个纳米量级纳观：纳米及原子尺度土木工程材料试验原理与方法14土木工程材料试验原理与方法15无损检测主要内容：宏观的砼强度、内部缺陷无损测试现场砼质量差异大，存在缺陷，如空洞、不密实区、裂缝等，影响使用功能、安全性长期采用同条件试块试压的方法来确定构件的抗压强度。同条件试块在取样、成型、养护及受力状态等方面与工程结构不一致。土木工程材料试验原理与方法16土木工程材料试验原理与方法定义、特点定义：不影响结构或构件使用功能，以电子学、物理学为基础，直接在结构上通过测定某些适当的物理量，并通过预先建立的相关性，推定砼强度、均匀性、连续性、密实度、缺陷、裂缝或其它性能和性能变化过程测试方法。优点：直接、灵活、重复、可靠、快速、经济特点：需预先建立所测物理量与所求指标的相关关系（基础仍然是破损试验）。所建立曲线范围即为测强曲线的适用范围，不得外推。17标准规定标准：砼强度检验评定标准(GBJ107-87)规定：当对强度的代表性有怀疑时，可从结构中钻取试样或无损方法，按有关标准规定对强度进行推定土木工程材料试验原理与方法18土木工程材料试验原理与方法砼无损检测方法简介表面硬度法：表面硬度与砼强度有关；相同内部条件下，表面硬度高，则砼强度也高。表面硬度：采用一定重量的重物在一定的动力作用下，击在砼表面。早期，由一个固定在摆锤上的钢球或用一支标准的专用手枪射出钢球，撞击砼表面，然后量测在砼表面形成的印痕大小来确定砼的硬度或强度，如砼强度高，则在砼表面留下的印痕很浅，反之亦然。19土木工程材料试验原理与方法目前常用－回弹法常用：瑞士E.Schmid于1948年发明回弹仪。测试原理：借助于已获得一定拉力的拉簧所连接的弹击杆弹击砼表面，其弹回距离与原始距离之比即回弹值，得到回弹值后，查回弹值强度关系表或以一定的关系计算公式计算得砼强度。回弹值的大小，主要取决于被测砼的弹塑性性能，也与碳化深度有关，一般而言回弹值越大，碳化深度越小，其强度越高，但回弹法测试结果仅代表一定深度范围砼的强度，即表层深度的砼强度。20回弹测试原理一定拉力的拉簧：提供初始冲击能量：E=EsL2/2，刚度系数Es＝784.532N/mL型(小型)为0.735J：小型或刚度差构件N型(中型)

L=75mm，为2.207J：广泛M型(大型)冲击能量为29.42：大型实心块体，机场跑道、公路路面土木工程材料试验原理与方法21弹簧受拉，冲击前起始状态的重锤势能E=EsL2/2。受冲击后产生瞬间弹性变形，重锤回弹，x时势能Ex＝Esx2/2能量消耗：Δe＝E－Ex＝EsL2/2－Esx2/2＝EsL2[1-(x/L)2]/2=E(1-(x/L)2)R＝x/L＝弹回距离/冲击前长度L定值，回弹值R与x成正比，等于冲击后剩余的势能与原有势能之比的平方根，是重锤冲击过程中能量损失的反映。土木工程材料试验原理与方法22能量损失主要三方面：砼受冲击后产生塑性变形所吸收的能量主要的能量损失，可反映砼的弹塑性性能砼受冲击后产生振动所消耗的能量固定构件来降低回弹仪各机构之间的摩擦所消耗的能量固定的能量损耗，定值。土木工程材料试验原理与方法23土木工程材料试验原理与方法影响砼强度的主要因素原材料的影响养护方法和湿度的影响碳化和龄期的影响其他浇注时的分层泌水泵送与否模板、钢筋、约束力等24土木工程材料试验原理与方法原材料的影响表面硬度主要与水泥砂浆的强度有关——所有决定砂浆性能的影响因素其他如水泥品种，细骨料的影响，外加剂的品种，粗骨料和水泥砂浆之间的粘结力等，影响不明显。但：回弹在外露的石子上，由于石子的强度明显高于水泥砂浆，可使回弹值明显偏高。间接说明：回弹主要反映表面硬度，不能全面反映砼的强度。25土木工程材料试验原理与方法养护方法和湿度的影响养护方法潮湿或水环境中养护时，有利于水化，强度提高砼的表面硬度由于水的软化作用而会使回弹值偏低。当砼强度越低时，湿度对砼的影响也越大。随着砼强度的增长，湿度的影响逐渐减少。成型方法的影响对砼回弹的影响不明显。26土木工程材料试验原理与方法碳化和龄期的影响水泥水化后约产生20～30％的氢氧化钙，CO2与氢氧化钙逐渐氧化形成碳酸钙，表面硬度增加，回弹值偏高。实际上，碳化对砼的强度影响并不大。27土木工程材料试验原理与方法其他砼的浇注时的分层泌水一般而言，沿砼浇注方向，构件底部的石子较多，回弹值读数偏高。表层因为泌水，水灰比略大，结构较为疏松，回弹值偏低；国外有资料介绍，试件表面通常较两侧的回弹值低5％～10％，而底部较两侧高10％～20％。因此测试时要尽量选择构件浇注的侧面。泵送与否：对泵送砼，砂率增加，粗骨料粒径减小，砼流动性大，砼的砂浆包裹层偏厚，表面硬度偏低。但是表面硬度并不会对砼的本身的强度产生影响。而回弹法主要仅能反应砼的表面硬度，所以对泵送砼应进行修正。28土木工程材料试验原理与方法模板、钢筋、约束等模板:吸水性不同，可能对回弹有影响。钢筋，约束力等对回弹也有一定影响。试验表明：当钢筋的保护层厚度大于20㎜或钢筋直径在4～6㎜时，可不考虑影响。在目前尚无确切的影响系数的情况下，测试时应该尽量避开钢筋。研究表明，约束力为15％的极限荷载时最为有效，约束力太低或太高，都会使回弹值偏低。回弹法测试小试件时，如果约束不够，造成回弹值不准且分散性较大--必须加固定约束。29土木工程材料试验原理与方法回弹测强曲线的形式建立在砼的抗压强度与回弹值之间的关系具有一定规律性的基础上。要求：满足测定精度，简单方便，应用范围广。相关关系可用回归方程式来表示：无碳化砼：fcu＝f(R)已碳化砼或龄期较长的砼：fcu＝f(R，d)或fcu＝f(R，d，H)如何确定回弹值R与强度fcu的关系，归纳为三种型式：直线式：fcu＝A＋B·R幂函数式：fcu＝A·RB抛物线式：fcu＝A＋B·R＋C·R2fcu为砼强度，R—平均回弹值，A、B、C—系数。30土木工程材料试验原理与方法回弹值与强度关系384组试验共6912个数据的回归公式：砌体工程现场检测GB/T50315-2000中规定，砌体砂浆强度，根据平均碳化深度d和回弹值R确定，得到回弹值R与砌体砂浆f的强度关系为：碳化深度d≤1.0㎜时，f＝13.97×10-5R3.571.0㎜<d<3.0㎜时，f＝4.85×10-4R3.04d≥3.0㎜时，f＝6.34×10-5R3.6031土木工程材料试验原理与方法回弹测强曲线的建立1．

成型试件用不同标号水泥设计每种水泥至少五个等级的砼配合比如C10、C20、C30、C40、C50，随着使用强度的提高，可继续C60、C70……同配合比成型150×150×150mm立方体试块在每一测试龄期至少两组，其中一组为砼的前限试压，一组供砼的后限试压。一般前、后限规定为龄期的10％左右。如28d龄期的前限为25d，后限为31d。此外龄期的前限不宜早于结构构件的成型后的14d。32土木工程材料试验原理与方法试块测试和数据处理测试：加30～50kN固定试件。两相对侧面进行回弹各8次，要求回弹的点与点之间的距离不小于30mm，并不得弹击在外露的石子或气孔上。回弹完毕后测试抗压荷载。

数据处理：16个回弹值去掉三最大，三最小值，取10个平均，精确至0.1，得平均回弹值Rm，计算出试件抗压强度fcu，精确至0.1MPa。根据fcu和Rm，采用回归分析方法，按回归方程式的形式，推出其回归方程式，并计算平均相对误差δ和相对标准差SR；33土木工程材料试验原理与方法回弹测强曲线的分类全国统一曲线：全国有代表性材料、成型方法、养护工艺等相同的制备方法配制砼，建立测强相关曲线。并通过回归分析所得的标准差和离散系数作为测量误差。其平均相对误差为δ≤±15.0％，相对标准差SR≤18.0％。如原JGJ23-92标准中回弹测强方程：地区曲线：由本地区常用材料、成型方法、养护工艺配制砼而建立的测强相关曲线。δ≤±14.0％，SR≤17.0％。如DB32/P(JG)002-92中回归方程：34土木工程材料试验原理与方法专用曲线：针对某一结构或构件，用与之相同的材料、成型方法和养护工艺等相同的制备方法制备砼建立的测强曲线。δ≤±12.0％，SR≤14.0％。如企标Q/JY17-2000《回弹法检测高强砼强度技术规程》中采用GHT450型回弹仪建立的测强公式为：其适用范围为抗压强度为50～80MPa的砼。35土木工程材料试验原理与方法JGJ/T23-2001砼强度评定适用范围：砼采用普通成型工艺，不掺外加剂或仅掺非引气性外加剂；自然养护或蒸气养护出池后经自然养护7d以上，且砼表层为干燥状态，其龄期在14d～1000d内；砼的抗压强度为10～60MPa之间。测试步骤为：1.确定测区和测点：每一构件的测区数不应少于10个，对某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的构件，其测区数量可适当减小，但不应小于5个；相邻两侧区的间距不大于2m，测区离构件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5m，且不宜小于0.2m；测区面积200×200mm2；检测面应清洁平整，不得有疏松层、浮浆、蜂窝麻面、油垢涂层等，必要时可用砂轮清除表面的浮浆和杂物。36土木工程材料试验原理与方法2．回弹每一测区回弹16次，即取16个测点，测点分布示意图如右，相邻两测点的净据不宜小于20㎜，测点距外露钢筋、预埋件的距离不宜小于30㎜，测定应避开外露的石子和气孔，同一测点只应弹击一次，每一测点的回弹值估读至1。················37土木工程材料试验原理与方法3．测出该构件碳化深度H代表性的位置，测定不应少于构件测区数的30％，取其平均值作为该构件每测区的碳化深度值当碳化深度极差大于2.0㎜时，应在每一测区测量碳化深度值。测量方法：1％酚酞酒精溶液及深度尺。测区表面凿一15㎜左右，且深度大于碳化深度的孔洞，清楚杂质，滴入酚酞酒精溶液，确定已碳化和未碳化界线，并测量交界面到表面的垂直距离，测量不应少于3次，取其平均值。每次读数精确至0.5㎜。38土木工程材料试验原理与方法4．计算①16个测点，去掉3个最大、3个最小值，取10个平均值；②非水平方向的检测，应对测区的平均回弹值先进行角度修正，后进行浇注面的修正，修正回弹值。③

根据修正后的回弹值和测得的碳化深度，查表或计算测区强度值；④计算每个构件的平均强度mfu和强度标准差sfcu；39土木工程材料试验原理与方法⑤泵送砼，且碳化H≤2.0㎜时，还应进行泵送修正；⑥推定所测构件的砼强度fcu,e。构件测区数<10，强度推定值fcu,e＝构件中的最小强度值fcu，min；构件测区的强度值中出现<10.0MPa的值时，则推定值fcu,e<10.0MPa；构件测区数不少于10个或按批量检测时，该构件强度推定值fcu,e40土木工程材料试验原理与方法表面硬度法2－贯入阻力法采用钢钉式螺栓，用枪射入砼内，根据射入深度与砼强度的相关关系来确定砼的强度。仅代表一定深度的砼强度，但所代表深度大于回弹法。代表性方法：射击法采用一定探针的射击装置，将一硬质合金棒打入砼，用砼外露长度作为阻力的度量。用于砼早期强度发展的测定和强度比较，结果受骨料影响较大。射钉法：f=aL-b（a,b为射钉常数）41气压射钉枪检测喷射砼强度，应用于公路隧道初衬喷射砼强度在恒定空气压力下将经过特殊标定的射钉打入检测砼之内，由射入深度推算其强度。强度推算公式(标定压力(1.50±0.01)MPa)射钉A

F=-0.000246X3+0.0514X2-3.66X+92.4

(10～30MPa)射钉B

F=-0.000255X3+0.0399X2-2.21X+45.7

(<10MPa)式中:F—推定压缩强度/MPa；X—射钉贯入深度/mm。土木工程材料试验原理与方法42土木工程材料试验原理与方法表面硬度法3－拔出法一种微破损方法。将安装在砼中的螺栓或类似锚固件拔出，测定拔出力，利用事先建立的极限拔出力和砼强度间的相关关系，推定砼强度。国际上已有50余年的历史，成熟，检测精度高，破损程度小，使用方便，适用范围广；前提条件：内外质量必须一致。主要用于砼发展强度的检测，用以确定合适的脱模、起吊、预应力张拉、装配等时间，可作为施工控制的手段。43土木工程材料试验原理与方法有两种方法：①预埋拔出法，浇注砼同时，在测试部位预先埋入锚固件，待砼硬化后做拔出试验，该方法适于推定砼的早期强度，如确定脱模时间、热养护时间，预应力张拉等。②后装拔出法，在硬化砼的测试部位上钻孔，磨槽，嵌入锚固件后做拔出试验。44土木工程材料试验原理与方法45一女大学生用2元进著名外企在一次招聘会上，某著名外企人事经理说，他们本想招一个有丰富工作经验的资深会计人员，结果却破例招了一位刚毕业的女大学生，让他们改变主意的起因只是一个小小的细节：这个学生当场拿出了两块钱。土木工程材料试验原理与方法46人事经理说，当时，