第七节混凝土桥梁无损检测技术

第七节混凝土桥梁无损检测技术第一页，共62页。无损检测的方法回弹法超声法超声回弹综合法射线吸收与散射法成熟度法拔出法钻芯法射击法混凝土强度混凝土缺陷超声法脉冲回波法雷达扫描法红外热谱法声发射法非破损半破损第二页，共62页。无损检测的技术标准《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-2001）《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CECS02:2005）《后装拔出法检测混凝土强度技术规程》（CECS69:94）《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS21:2000）第三页，共62页。无损检测技术的特点不破坏被检查构件，不影响其使用性能，简便快速。可在构件上直接进行表层或内部的全面检测。能获得破坏试验不能获得的信息。可在同一构件上进行连续和重复测试。测试快速方便，费用低。检测结果受许多因素的影响，精度低。第四页，共62页。无损检测技术的使用条件由于施工工艺或意外事故影响了混凝土质量，或预留试块不能代表混凝土实际强度时，可通过检测作为混凝土合格性评定及验收的依据。为后道工序（如拆模、吊装、预应力筋张拉等）的施工提供强度依据。当既有桥梁受到设计、施工、自然因素等的影响而产生各种缺陷时，为桥梁结构的维修、加固、改建等提供基本强度参数。第五页，共62页。混凝土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。即使整个结构的混凝土普遍强度已经达到设计要求，这些缺陷也会使结构整体承载能力严重下降，或影响结构的耐久性。缺陷有：内部空洞、蜂窝麻面、疏松、断层（桩）、接合面不密实、裂缝、碳化、冻融、化学腐蚀等。第六页，共62页。

回弹法检测混凝土强度1、基本原理使用回弹仪的弹击拉簧驱动仪器内的弹击重锤，通过中心导杆，弹击混凝土的表面，并测得重锤反弹的距离，以反弹距离与弹簧初始长度之比为回弹值R，由它与混凝土强度的相关关系来推定混凝土强度。回弹仪的种类如表6-1所示，最常用的是N型。第七页，共62页。第八页，共62页。第九页，共62页。第十页，共62页。设重锤质量为m，则在起始状态，重锤具有的势能：

重锤被回弹到x位置时所具有的势能：则：

回弹值R是重锤冲击过程中能量损失的反映。能量损失越小，说明混凝土表面硬度越大，回弹值也就越高。由于混凝土表面硬度与其抗压强度有一致性的变化关系，因此可用回弹值反映混凝土抗压强度。第十一页，共62页。2回弹仪的率定

回弹仪的质量及测试性能直接影响混凝土强度推定的准确性,只有性能良好的回弹仪才能保证测试结果的可靠性。回弹仪的标准状态应是在洛氏硬度HRC为60±2的标准钢砧上,垂直向下弹击三次,其平均率定值应为80±2，否则回弹仪必须进行调整或校验。

第十二页，共62页。3检测方法结构或构件混凝土强度检测可采用下列两种方式，其适用范围及结构或构件数量应符合下列规定：

单个检测：适用于单个结构或构件的检测。

批量检测：适用于在相同的生产工艺条件下，混凝土强度等级相同，原材料、配合比、成型工艺、养护条件基本一致，且龄期相近的同类结构或构件。按批进行检测的构件抽检数量不得少于同批构件总数的30%，且构件数量不得少于10件。抽检构件时应随机抽取并使所选构件具有代表性。第十三页，共62页。4测区的要求和布置

测区应布置在主要受力部位、薄弱部位以及易产生缺陷的部位，并应避开预埋件。测区表面应清洁、平整、干燥、结实。不存在蜂窝和麻面，也没有裂缝、裂纹、剥落，层裂等现象。

一个构件不少于10个测区，测区面积不宜大于0.04m2，16个测点/区，测区间距<2m。每一测点读数都精确到1。测点间距不小于20mm。在检测时，回弹仪的轴线始终垂直于被检测区的测点所在面。第十四页，共62页。5回弹值和碳化深度回弹值测量回弹值量测时，回弹仪应始终垂直于结构或构件的检测面，测点不应在气孔或外露石子上，共测16个值。碳化深度测量选择不少于构件的30％测区进行。在直径约为15mm并有一定深度的孔洞，清除孔中粉末后滴入浓度为1％的酚酞酒精溶液，测试表面至变色处的深度，即碳化深度。第十五页，共62页。5回弹值和碳化深度

从每一个测区所得的16个回弹值中，剔除3个最大值和3个最小值后，将余下的回弹值按下列公式计算平均值：式中，Rm

为测区平均回弹仪水平方向的回弹值，精确至0.1；Ri为第i个测点的回弹值。

平均碳化深度：当dm≤0.4mm时，取dm=0；当dm≥6mm时，取dm=6mm。第十六页，共62页。6混凝土强度的换算值

由实测回弹和碳化深度值，按测区混凝土强度换算表求得测区混凝土强度的换算值，由此评定检测结构构件的混凝土强度。即：测区混凝土强度的换算值由《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-2001）（本书附录三）或当地专用测强曲线查的。第十七页，共62页。7回弹法测强曲线回弹法测定混凝土的抗压强度是建立在混凝土的抗压强度与回弹值之间具有一定的相关性的基础上的，这种相关性可用“”相关曲线（或公式）来表示，通常称之为测强曲线。测强公式：对于未碳化混凝土或在一定条件下成型养护的混凝土，回归方程为：对于已经碳化的混凝土或龄期较长的混凝土，回归方程为：第十八页，共62页。测强曲线分为全国统一测强曲线、地区曲线和专用曲线。

统一测强曲线：由全国有代表性的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件，通过试验所建立的曲线。

地区测强曲线：由本地区常用的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件，通过试验所建立的曲线。专用测强曲线：由与结构或构件混凝土相同的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件，通过试验所建立的曲线。各检测单位应按专用测强曲线、地区测强曲线、统一测强曲线的次序选用测强曲线第十九页，共62页。8混凝土强度的推定值结构或构件的混凝土强度推定值是指相应于强度换算值总体分布中，保证率不低于95%的结构或构件中的混凝土抗压强度值。当该构件测区数量小于10个时：

当构件测区混凝土强度值中出现小于10MP时：当该构件测区数不少于10个或按批量检测时：第二十页，共62页。第二十一页，共62页。对按批量检测的构件，当该批构件混凝土强度标准差出现下列情况之一时，则该批构件应全部按单个构件检测:

当该批构件混凝土强度平均值小于25MPa时：当该批构件混凝土强度平均值不小于25MPa时：第二十二页，共62页。例：利用回弹法检测混凝土结构第4测区的混凝土强度时，该测区16个测点的回弹值分别为38、39、37、37、38、43、39、38、37、41、42、39、35、38、36、35。该测区平均碳化深度dm=7mm。求该测区混凝土强度的换算值（，其中A=0.0250,B=2.0108,C=－0.0358,Rm为该测区平均回弹值）。第二十三页，共62页。

超声脉冲法、超声-回弹综合法测混凝土强度一、超声脉冲法：1原理在混凝土中传播的超声波的波速、振幅、频率和波形等参数与混凝土的力学参数如弹性模量、泊松比、剪切模量及内部应力分布状态有直接关系，同时也与混凝土内部缺陷，如断裂面、孔洞大小及形状的分布有关。准确测定这些声学参数的大小及变化，可以推断混凝土的强度和内部缺陷等情况。超声波（20000Hz以上的波）在混凝土中衰减较大，为了使其传播距离较远，常用200kHz以下的低频超声波。第二十四页，共62页。2超声仪由脉冲发生器、发射换能器、接收换能器以及扫描和显示装置等组成。有金属超声检测仪和非金属超声检测仪。其主要作用除了产生、接收、显示超声波外，还具有量测超声波有关参数如声时、接收波振幅、频率等功能。第二十五页，共62页。换能器有纵波换能器和横波换能器，常用纵波换能器。纵波换能器又分为平面换能器（用于平面的对测和平测）、径向换能器（用于钻孔检测和桩的检测以及水下检测）和一发多收换能器。为了消除由换能器与被测对象之间的空气夹层所产生的对超声能量的反射和阻抗作用，常在换能器和构件之间涂抹耦合剂，如黄油、凡士林或水等。第二十六页，共62页。3混凝土的声学参数声速声速与混凝土的弹性性质有关，也与混凝土内部结构（孔隙、材料组成等）有关。一般弹性模量越高，密实性越好，声速就越高。而混凝土的强度与弹性模量和孔隙率（密实性）有密切关系。因此对于同种材料和配合比的混凝土，强度越高，声速也越高。混凝土内部有缺陷和裂缝时，其声速要有所降低。第二十七页，共62页。波形由于绕射、反射和传播途径的变化，直达波、反射波和绕射波的频率和相位各不相同，当它们相继到达接收换能器时，叠加形成复杂波形。因此应对接收波波形进行分析研究，来判断混凝土质量和缺陷。频率和振幅由脉冲发射器激发的电脉冲是复频超声脉冲波，它包含了一系列成分不同的余弦波分量。这种波在混凝土中传播时，高频成分首先衰减，从而使主频率下降。主频率下降的量值与传播距离、混凝土本身的性质、内部的缺陷等有关。第二十八页，共62页。接收波振幅通常指首波，即第一个波前半周的幅值。当混凝土内部有缺陷和裂缝时，会使超声波产生反射和绕射，振幅将会明显减小。主频率和振幅的大小不仅与混凝土的性质和内部情况有关，同时还受仪器设备、耦合剂、测试距离等有关，影响因素较多，不易用来直接测量混凝土的强度和缺陷。第二十九页，共62页。4超声脉冲法测混凝土强度推定

利用混凝土的抗压强度fcu与超声波在混凝土中的传播速度v之间的关系来检测混凝土的强度。混凝土强度愈高，相应超声波波速愈大。通过试验可建立混凝土强度与声速的关系曲线或经验公式。目前常用的相关关系表达式有幂函数方程:第三十页，共62页。5超声法的测区数量和布置

按单个构件检测：一个构件均匀布置不少于10个测区。按批量抽检时：不得少于同批构件总数的30%，且构件数量不得少于4件，每个构件测区数不少于10个。对长度小于或等于2m的构件，不少于3个测区。按批量检测的条件：适用于在相同的生产工艺条件下，混凝土强度等级相同；原材料、配合比、成型工艺、养护条件基本一致，且龄期相近的同类结构或构件；在施工阶段所处状态相同。抽检构件时应随机抽取并使所选构件具有代表性。第三十一页，共62页。6声速的测定

每区选3个测点，根据测得的声时和两相对探头的距离计算波速，取各测点的平均值作为该区的波速。式中：超声测距；测区平均声时值;t1、t2、t3：分别为测区3个测点声时值。当在试件混凝土的浇筑顶面或底面测试时，由于上表面砂浆多，强度低，下表面粗骨料多，强度高，但总体使声速偏低，因此声速值应乘以1.034修正。第三十二页，共62页。1超声回弹综合法的特点：（1）减少混凝土龄期和含水率的影响。含水率越大，超声声速偏高回弹值偏低；混凝土龄期越长，超声声速降低，而回弹值因碳化程度的增大而提高。因此综合法可抵销部分影响。（2）提高测试精度。由于综合法能减少一些因素的影响程度，故可提高测试精度。二、超声回弹综合法超声回弹综合法实质上就是超声法和回弹法两种单一测强方法的综合测试。第三十三页，共62页。（3）可以弥补相互间的不足。超声法主要反映材料的弹性性质和内部的有关构造信息，回弹法可反映材料的弹性性质和部分塑性性质，但只能确切反映表层约3cm的状态。而超声回弹综合法既能反映材料的弹性性质，又能反映塑性性质，既能反映表层状态，又能反映内部状态。第三十四页，共62页。测区测点超声的测点和回弹的测点布置在同一测试面上。宜先进行超声测试，然后进行回弹测试。同时注意，只有同一个测区内所测得的回弹值和声速值才能作为推算该测区混凝土强度的综合参数，不同测区的测量值不能混用。测区测点的布置要求与两种单一方法相同。第三十五页，共62页。3超声-回弹综合法的强度推定超声回弹综合法测量时，应严格遵照《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》。每一测区的混凝土强度是根据该区实测的波速及回弹平均值，经过相应的修正后，按事先建立的fcu—V—Rm关系曲线推定的。其中：混凝土强度换算值超声波在混凝土中的传播速度测区平均回弹值A、B、C：为常数项第三十六页，共62页。四、钻芯法测混凝土强度*钻芯法试验是使用专用的取芯钻机，从被检测的结构或构件上直接钻取圆柱形的混凝土芯样，并根据芯样的抗压试验由抗压强度推定混凝土的立方抗压强度，准确性较高。第三十七页，共62页。1取样位置：钻取芯样应在结构或构件受力较小的部位和强度质量具有代表性的部位。芯样试件内不应含有钢筋。如不能满足，每个芯样内最多只允许含有二根直径小于10mm的钢筋，且钢筋应与芯样轴线基本垂直。大小与数量：钻芯数量不应少于3个，小构件可取2个。芯样直径不宜小于骨料最大粒径的3倍，一般为100mm或150mm，芯样高度为直径的1～2倍。芯样端面必须进行加工磨平。也可用水泥砂浆或硫磺胶泥在专用补平装置上补平。第三十八页，共62页。2、芯样抗压试验和混凝土强度推定1）抗压试验芯样试件宜在与被检测结构或构件混凝土的干湿度基本一致的条件下进行抗压试验。芯样试件的混凝土强度换算值为：第三十九页，共62页。芯样试件混凝土换算强度的修正系数高径比h/d1.01.11.21.31.41.5系数α1.001.041.071.101.131.15高径比h/d1.61.71.81.92.0----系数α1.171.191.201.221.24----2）强度推定对于单个构件或单个构件的局部区域，取芯样试件混凝土换算强度中的最小值作为代表值推定结构的混凝土强度。第四十页，共62页。五拔出法检测混凝土强度*1、原理用一金属锚固件预埋入凝土内（预装法）或在构件上钻孔埋人一金属锚固件（后装法），然后测试锚固件从混凝土中被拔出时的拉力，并由此推算混凝土的抗压强度。属于半破损试验。第四十一页，共62页。2、后装拔出法第四十二页，共62页。

测点布置：数量：单个构件3点；批量抽检30%但不少于10件，每个构件3点。位置：成型侧面，受力较大及薄弱部位，相邻两测点的间距不应小于10h(h锚固件的锚固深度)测点应避开接缝、蜂窝、麻面部位和混凝土表层的钢筋、预埋件。

强度推定：按已经建立的拔出力与立方抗压强度之间的相关关系曲线，由拔出力确定混凝土的抗压强度，如下式。第四十三页，共62页。砼内部缺陷的检测技术一、超声波检测混凝土缺陷的基本原理采用低频超声波检测仪，测量超声脉冲的纵波在结构混凝土中的传播速度，接收波形信号的振幅和频率等声学参数的相对变化，来判定混凝土的缺陷。超声波通过缺陷会产生绕射、反射，绕射使传播速度变小，声时偏长；反射使能量显著衰减，波幅和频率明显降低，接收波形平缓甚至发生畸变。据此，判断和评定混凝土的缺陷和损伤情况。

第四十四页，共62页。

超声波检测混凝土缺陷的方法：单面平测法：只有一个表面可供检测平测法双面对测法：有两对相互平行的测试面双面斜测法：只有一对相互平行的测试面孔中对测测试孔法测试深度较大孔中斜测第四十五页，共62页。二、混凝土浅裂缝检测裂缝深度≤500mm时，采用平测法或斜测法进行检测。1单面平测法裂缝所在部位只有一个表面可供超声检测时（如混凝土路面、飞机跑道和大体积结构等）采用。裂缝中不允许有积水或泥浆，并且大致垂直换能器连线，并穿越裂缝的钢筋与换能器连线的水平距离不小于裂缝预计深度的1.5倍。L/2L/2第四十六页，共62页。发射换能器和接收换能器对称地布置在裂缝的两侧，两换能器之间的净距离为L′，则每个测点超声实际的传播距离为L。跨越裂缝并相距L时，测得声时t0；不跨越裂缝并相距L时测得声时t。裂缝深度计算公式：第四十七页，共62页。例：利用超声法检测某结构混凝土表面裂缝深度，两测点间距为L=800mm，由A点向B点检测时测得的声时为100μs。又测得不跨裂缝混凝土测点距离为800mm时的声时为80μs。求裂缝深度。第四十八页，共62页。2双面斜测法钢筋混凝土的梁、板、柱等构件都有两个相互平行的测试表面，可采用双面斜测法进行裂缝深度的检测。将两个换能器分别置于对应测点1，2，3……的位置，读取相应的声时值t、波幅值A、频率值f。由波幅和频率的突变，可以判定裂缝的深度以及是否在平面方向贯通。第四十九页，共62页。2、深裂缝检测深度在500mm以上的裂缝，常采用钻孔法探测。孔的间距宜为2000mm，孔径应比换能器的直径大5～10mm，孔中粉末碎屑应清理干净。测试前测孔中灌注清水，将两个换能器分别置于裂缝两侧的对应孔中，以相同高程等距由上至下同步移动，在不同深度上进行对测逐点读取声时