第二章 混凝土材料及结构课件讲解

第三章混凝土材料及结构主讲人:赵洪利路桥无损检测01混凝土强度检测02混凝土结构厚度检测03混凝土缺陷检测04混凝土裂缝检测05钢筋布置检测目录页CONTENTSPAGE01混凝土强度检测混凝土强度的概念和种类以水泥、砂、石、水、及外掺料、外抵抗力加剂组成的实体或试块受外力作用时，其本身会产生对外的抵抗力。这个单位面积上的抵抗力，称混凝土强度。抗压、抗弯（抗折）、抗拉、抗扭、抗劈裂等。其中以抗压与抗拉、抗弯为工程上最常用的强度。混凝土强度示意图混凝土标准试块图混凝土强度检测方法3超声波~回弹综合法4钻芯法1试件法2回弹法5其他：如拉拔法检测方法混凝土强度检测方法回弹仪测混凝土强度超声回弹法仪器图钻芯法取芯图拉拔法测强度混凝土强度代表值计算与评价（1）最大值、最小值与中间值之差都小于中间值差值的15%，以三个值的平均值为一组混凝土的代表值。（2）最大值、最小值与中间值之差仅一个值小于中间值差值的15%，以中间值为一组混凝土的代表值。（3）最大值、最小值与中间值之差都大于中间值差值的15%，该组试件无效。混凝土组代表值确定混凝土强度代表值计算与评价大批量（通常批量混凝土试块组数大于10）混凝土强度使用统计方法，以下述公式计算：（1）混凝土强度组平均值≥混凝土强度设计值+合格评定系数1×混凝土试块组标准差。（2）混凝土强度组最小值≥混凝土强度设计值×合格评定系数2×混凝土试块组标准差。（3）混凝土强度组合格系数1、2按下表选用。对大批量混凝土强度应按统计方法进行评定试件组数10-1415-19≥20合格系数11.151.050.95合格系数20.90.85统计方法评定混凝土强度合格系数表混凝土强度代表值计算与评价小批量(指批量混凝土试块组数小于10)或零星生产混凝土的强度使用非统计方法，以下述公式计算：（1）混凝土强度组平均值≥混凝土强度设计值×合格评定系数3。（2）混凝土强度组最小值≥混凝土强度设计值×合格评定系数4。（3）混凝土强度组合格系数1、2按下表选用。对小批量应按规非统计方法评定非统计方法评定混凝土强度合格系数表混凝土强度等级≤C60≥C60合格系数31.151.10合格系数40.9502混凝土结构厚度检测冲击弹性波法冲击弹性波：通过人工锤击、电磁激振等物理方式诱发弹性结构表面产生弹性变形所产生的弹性波。根据尺寸的大小、激振波长和能量的强弱，又可以分为单一反射法和重复反射法（冲击回波法）。冲击弹性波法激振信号底部反射信号单一反射法的测试概念①②③④频率冲击回波法（重复反射法）的测试概念冲击弹性波法主要特点测试稳定性较好易于获取波速参数测试范围广可单面测试冲击回波雷达法雷达由主机、天线和数据采集系统等几部分组成。相对介电常数的确定、传播速度的确定、数据采集及结果分析试件布置图试件雷达灰度剖面图电磁诱导法对于具有两个工作面的结构（如楼板等），且厚度不太厚、钢筋不太密集的板形构件，采用相关的楼板厚度仪检测比较理想。楼板厚度钻孔验证情景电磁诱导法楼板厚度仪测试原理及设备电磁诱导法楼板厚度检测概念及情景在楼板厚度测试中，应尽量避免箍筋对厚度测试的影响。当发现某测点值异常时，应将发射探头更换测点位置。03混凝土缺陷检测混凝土缺陷检测混凝土结构中，由于外部环境以及内部环境等多种原因，会出现各种缺陷，缺陷的主要表现形式如表面的蜂窝、龟裂、裂缝和脱空，内部的空洞、不密实等。蜂窝麻面裂缝混凝土的典型缺陷混凝土脱空检测

脱空，一般是指在结构中或者结构面间产生了缝隙。产生缝隙后，使得结构受力时中断应力传递，降低了结构的承载力，从而可能给结构带来严重的危害。检测方法同种材质脱空异质材质脱空表层浅层深层表层浅层深层振动法◎△╱○注-2╳╱△注-2◎△╱○注-2╳╱△注-2IE/EWR○◎◎╱○○╱╳◎╱╳○╱╳CT注-1○╱╳○╱╳○╱╳△╱╳△╱╳△╱╳注-1：CT检测条件：至少具有两个可测面，且测点间最小距离需大于0.8m。注-2：激振锤重量越重，检测深度越大。注-3：◎：表示非常适合

○：表示适合

△：表示基本适合

╳：表示不适合结构脱空检测方法一览混凝土脱空检测剥离/脱空时振动参数的变化特点振动法混凝土脱空检测剥离/脱空测试各参数的比较项目持续时间卓越周期最大加速度有剥离时增大增大增大特征对边界条件敏感对厚度敏感优点与激振力度基本无关对表层剥离敏感缺点受材质、边界条件影响较大需要进行归一化处理适用结构四周剥离大范围剥离四周剥离周围剥离大范围剥离振动法混凝土脱空检测脱空的圆板模型振动法混凝土脱空检测冲击回波法与弹性波雷达与振动法的测试过程基本相同，沿测试结构对象表面测线方向依次激发弹性波信号，当遇到内部缺陷（空洞、脱空面等）时会产生反射。通过分析处理抽取到的反射信号，即得到脱空的有无及深度位置。反射率：弹性波雷达（EWR）测试的概念混凝土脱空检测冲击回波法与弹性波雷达为了提高对反射信号及反射变化的识别能力，可通过频谱处理、图像的方法进行处理。EWR波形（单一反射、彩色等值线图/浓淡图）

EWR频谱分析（某一剖面）混凝土脱空检测弹性波计算机断层扫描（CT）钢管混凝土脱空CT测试概念一般情况下，测线采用平行布线时，测试效率高；由于交叉测线的数目大于平行布线，因此交叉布线定位的精度更高。混凝土脱空检测应用实例对中铁某局在广珠铁路的某桥梁的钢管混凝土结构进行脱空检测。测试对象及试验情景疏松、脱空区域脱空区域弹性波CT测试结果（蓝色部分表示低速区）

振动法脱空检测结果（红色部分表示脱空可能性大）混凝土内部缺陷检测010203该方法能够准确分析缺陷处的反射信号，对于出现厚度连续变化的板式构件，还可以利用板底部反射时间的变化状况来测试混凝土结构内部的各种缺陷。冲击回波法基于相阵列的超声波检测方法，该方法通过多点激发及多点接收的方式，并结合数字成像的方法对信号进行处理，大幅提高了对缺陷的分辨力。超声波法一般频率的微波对于混凝土缺陷比较钝感，但可采用超高频的天线以提高对缺陷的识别能力。雷达法单面反射法混凝土内部缺陷检测现场测试场景缺陷位置缺陷位置信息

EWR分析图（标准模式）混凝土内部缺陷检测

双面透射法（也称对测法），顾名思义，要求被测结构至少具有两个可测试面，测试媒介可以穿透结构内部，因此可有效测试结构的内部缺陷。其分类可以按照检测媒质、检测面的位置和测线的分布等方面进行划分：①媒介：冲击弹性波、超声波等；②测试面：自然外露面、孔内；③测线：平行测线、交叉测线。混凝土内部缺陷检测双面透过法测试混凝土内部缺陷检测方法比较项目参数超声波冲击弹性波激振信号激励方式电气振动打击等能量相对较小相对较大频率短（频率高）长（频率低）分辨能力微小缺陷识别能力强识别能力弱受钢筋、骨料影响较大小检测项目检测距离0.1～1m0.5～100m左右耦合外露面黄油、凡士林人工压着孔内水气囊等机械式压着混凝土内部缺陷检测冲击弹性波双面透射测试示意图04混凝土裂缝检测结构性裂缝010203设计原因引起的裂缝施工原因引起的裂缝使用原因引起的裂缝院墙不均匀沉降裂缝公路桥梁底板裂缝房间设计承载力不足裂缝非结构性裂缝非结构性裂缝在混凝土实体裂缝中占了绝大多数，约为80%，主要种类有：不规则裂缝横向裂缝纵向裂缝X形裂缝非结构性裂缝010203收缩裂缝是由湿度变化引起的，收缩裂缝主要有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝和干燥收缩裂缝三类。混凝土受温度变化产生热胀冷缩，材料内部应力分布不均匀、温度应力超过混凝土的抗拉强度时而产生的裂缝。地基基础承载力不均匀或地基承载力均匀但建筑物建成后各不同部位荷载差异较大，导致地基产生不均匀沉降产生裂缝。收缩裂缝温度裂缝沉降裂缝裂缝危害裂缝危害一大坝裂缝。影响结构承载力和使用安全性裂缝危害二房屋裂缝。影响结构的防水性裂缝危害三化学侵蚀、冻融循环、碳化、钢筋锈蚀、碱集料反应等都会对混凝土结构产生破坏功能，缩短混凝土寿命。影响结构的耐久性和使用寿命裂缝检测方法-裂缝宽度读数显微镜塞尺裂缝宽度的量测常用读数显微镜，它是由光学透镜与游标刻度等组成的复合仪器。其最小刻度值要求不大于0.05mm。用印刷有不同宽度线条的裂缝标准宽度板（裂缝卡）与裂缝对比测量；或用一组具有不同标准厚度的塞尺进行试插对比，刚好插入裂缝的塞尺厚度，即裂缝宽度。裂缝检测方法-裂缝方向、应力光纤裂缝传感器斜交光纤传感网络图碳纤维智能层传感器导电漆膜法光弹贴片法脆漆涂层法裂缝检测方法-裂缝方向、应力光纤传感器示意裂缝检测方法-裂缝深度相位反转法正是根据衍射角与裂缝深度的几何关系，来对裂缝深度进行快速测试。该方法只须移动冲击锤或换能器，确定首波相位反转临界点，就可确定混凝土的裂缝深度。相位反转法裂缝检测方法-裂缝深度传播时间差法通过测试波在有裂缝位置和没有裂缝健全部位传播的时间差来推定裂缝深度。裂缝深度越大，传播时间差也越长。传播时间差法又可以分为平测法和斜测法。传播时间差法超声波平测法示意图超声波斜测法示意图裂缝检测方法-裂缝深度面波法采用瑞利波（面波的一种）的衰减特性，来测试混凝土构造物中的裂缝深度。该方法测试范围大，受充填物、钢筋、水分的影响小，特别适合测试较深的裂缝。瑞利波是由于P波和S波在媒体边界面上相互作用而形成。12面波法测试裂缝深度示意图面波在混凝土中传播特性计算公式裂缝检测方法-裂缝深度1、面波法测试裂缝的范围很大，可达几米，受充填物、水分的影响较小，测试精度高。2、该方法适合表面波法测试，但不适合狭窄结构，因为表面波受边界条件（侧壁、边角等）的影响较大。3、有剥离的场合，会引起板波和振动，导致测试误差大。面波法的优缺点裂缝检测方法-裂缝深度方法传播时间差法相位反转法表面波法使用弹性波的种类P/S波P波R（瑞利）波使用弹性波的成分初始成分卓越成分基本测试原理传播时间的迟延初始相位的反转瑞利波的衰减测试原理的严密性比较严密半理论半经验弹性波波速必要不必需要裂缝填充物的影响大小钢筋的影响大小（可修正）裂缝面压力的影响大有测试对象厚度的影响小有测试对象背面状况的影响小有适用裂缝浅、开口裂缝深裂缝测试面的形状灵活平坦、规则裂缝深度测试方法比较05钢筋布置检测钢筋布置检测混凝土钢筋检测电磁法原理钢筋的感应电流重新向外界辐射出电磁场(即二次场)，使原激励线圈产生感生电动势，从而使传