建筑结构实验指导书

《建筑结构试验》实验指导书

2014.9

目录

1、学生实验守则

2、前言

3、试验一无损检测技术的参观与操作练习

4、试验二电阻应变计的粘贴

5、试验三静态电阻应变仪操作及桥路连接试验

6、试验四钢筋混凝土简支梁受弯试验

7、试验五结构馆MTS设备、振动台及大型试验参观

学生实睑守则

1.实验前应认真按教师布置进行预习，明确实验目的，要求，掌握实验内容，方法和

步骤。

2.实验前的准备工作，经指导教师或实验技术人员检查，合格后方可进行实验。实

验过程中认真观察各种现象，记录实验数据，不能马虎的抄袭。实验完毕必须整理好本组

实验仪器，并经指导教师或实验技术人员验收后，方可离开。实验后，认真分析实验结果,

正确处理数据，细心制作图表，做好实验报告。不符合要求者，应重做。

3.实验室内必须保持安静，不准高声喧哗打闹；不准抽烟，随地吐痰，乱抛纸悄杂

物，不准做与实验无关的事，不准穿背心，裤衩，拖鞋（除规定须换专业拖鞋外）或赤脚

进入实验室。

4.必须严格遵守实验制订的各项规章制度，认真招待操作规程。注意人身和设备安

全。

5.爱护国家财物。节约水电和药品器材，不得动用他组的仪器，工具材料。凡损坏

仪器，工具者应检查原因，填写报损单，并依照管理办法赔偿损失。

结构工程中心实验室

二零一四年九月

刖s

建筑结构试验是建筑结构专业的一门技术基础科学。做为一门课程其任务是通过介绍建筑结构试

验的基本测试技术和试验方法，使学生获得专业所必需的试验基本技能，具备解决一般建筑结构设计

和施工中所遇到的结构试验和检验总是的能力，并对学生进行科学研究试验能力的培养，是工业与民

用建筑专业高级技术人材所必需的基本训练的一部分。学科的特点是理论面广，住处量大，实践性强。

因此，除了课堂试验理论教学之外，试验课是重要教学五一节之一。通过实验，能更好地掌握试验理

论和方法，巩固和充实课堂教学效果，培养试验技能，为将来在实际工作中进行科学研究和结构检验

打下基础。

为了达到预期目的，试验课必须注意以下几方面问题：

一、试验前认真预习指导书和课本有关内容，同时应复习其它已学有关课程的有关章节，充分了

解各个试验的目的要求、试验原理、方法和步骤，并进行一些必要的理论计算。一些控制值的计算工

作，试验前必须做好。

二、较大的小组试验，应选出一名小组长，负责组织和指挥整个试验过程，直至全组试验报告都

上交后卸任，小组各成员必须服从小组长和指导教师的指挥，要明确分工，直辖市工作，不得撤离各

自的岗位。

三、试验开始前，必须仔细检查试件和各种仪器仪表是否安装稳妥，荷载是否为零，安全措施是

否有效，各项准备工作是否完成，准备工作完成，要经指导教师检查通过后，试验才能开始。

四、试验时应严肃认真，密切注意观察试验现象，及时加以分析和记录，要以严谨的科学态度对

待试验的每一步骤和每一个数据。

五、严格遵守实验室的规章制度，非试验中仪器设备不要乱动；试验用仪器、仪表、设备，要严

格按规程进行操作，遇有总是及时向指导教师报告。

六、试验中要小心谨慎，不要碰撞仪器、仪表、试件和仪表架等。

七、试验结束后，要及时卸下荷载，使仪器、设备恢复原始状态，以后小心卸下仪器仪表、擦净、

放妥、清点归还，经教师认可并把试验记录交教师签字后离开。

八、试验资料应及时整理，按时独立完成试验报告，除小组分工由别人记录的原始数据外，严禁

抄袭。

九、试验报告要求原始记录齐全、计算分析正确、数据图表清楚、心得体会深刻。

十、经教师认可，试验也允许采用另外方案进行。

试验一无损检测技术的参观与操作练习

一'目的要求：

通过本实验要求掌握：

1）钢筋混凝土结构中的材料强度检测（混凝土强度检测采用无损检测技术，钢筋强度检测同建材

实验中的钢筋强度检测没有无损检测方法）;

2）钢筋混凝土结构中的材料质量检测。

二、钢筋混凝土结构无损检测的意义

钢筋混凝土结构由两种基本材料组成，即混凝土与钢筋，这两种材料的强度及质量直接影响钢筋

混凝土结构的承载能力及耐久性。钢筋混凝土结构在其建造及服务期间不可避免地要受到环境及有害

物质的浸浊，同时材料疲劳及老化，这些都会造成结构不同程度的损伤积累和抗力衰减，从而造成结

构抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降，极端情况下将引发灾害性的突发事件，造成巨大的

经济损失和人员伤亡。因此，在结构建造及服务期间，应定期检测材料的强度及质量，确保结构的安

全使用。

三、钢筋混凝土结构无损检测的内容

钢筋混凝土结构无损检测包含混凝土强度及钢筋混凝土质量检测两方面内容，其中质量检测又包

含3个方面的内容：混凝土质量检测（裂缝、空洞、不密实等检测）、钢筋质量检测（钢筋位置、数量

与直径，钢筋锈蚀状态检测）、以及影响钢筋锈蚀的四大状态参数检测）。

四、无损检测定义

这种检测方法不改变材料或结构物的原有性质，或不损害结构物继续使用的一种非破损检测方法。

五、混凝土材料强度检测

5.1检测方法

混凝土材料强度检测的方法有：破损法（如建材实验的混凝土抗压实验，适用于结构建造期间）、

无损法检测（又称非破损检测法，包含回弹法与超声回弹综合法，适用于结构服役期间）、半破损法（取

芯法，适用于结构服务期间、用于对回弹法进行修正），本实验要求掌握无损检测法检测混凝土强度。

5.2检测仪器

回弹仪、混凝土碳化深度测量仪、非金属超声波探伤仪。见图5-1。

图5-1(a)回弹仪

图5-1(b)1~2%的洒精酚献溶液及混凝土碳化深度测量仪

一

■

图5-1（c）非金属超声波探伤仪及一对探头

5.3回弹法检测混凝土强度

5.3.1依据

《回弹法检测混凝土强度技术规程》（JGJ/T23-2011）

5.3.2原理

从测碎表面硬度来检测碎强度，仪器为回弹仪，利用回弹仪的重锤冲击一个与碎表面接触的冲杆,

重锤在冲杆的反力作用下回弹一定距离，并带动指针在刻度盘上指出回弹值Ri,回弹值Ri是重锤回弹

距离与起跳点原始位置距离的百分比（见图5-2）：

&=Z//LxlOO%

5.3.3特点

优点：1）构造简单；2）使用方便；3）测试速度快；4）试验成本低；5）在一定条件下能满足碎

强度测试要求。

缺点：1）影响因素多；2）人为因素突出；3）测龄期长的碎强度不准。

5.3.4注意事项

1）检测面应为混凝土表面；

2）测点表面要处理，要求清洁、平整、干燥；

3）测区位置：

a）测区应优先选布置在碎浇筑的两侧面，只有当侧面无法布置测区时，可以选在浇筑的表面或底

面，回弹值按规范进行修正。

b）测区离构件端件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5米且不宜小于0.2米。

C）构件溥弱部位及重要部位必须布置测区，并应避开预埋件。

4）测区数量：

每一结构或构件测区数不应小于10个，对某一方向尺寸小于4.5米，且另一方向尺寸小于0.3米

的构件，其测区数量可适当减少，但不应小于5个。

5）测区面积：测区面积不宜大于0.04平方米；

6）测点数：一个测区内应布置16个测点；

7）对弹击时可能产生颤动的薄壁、小型构件应进行固定；

5.3.5碳化层深度测量

1）原因：随着役龄期的增长，混凝土表面的氢氧化碳与空气中的二氧化碳起化学作用形成碳酸钙结硬

层，这样，使用回弹仪测混凝土强度会偏高，应进行修正。

2）原理：混凝土中的氢氧化碳遇酒精浓液会变红色。

3）测量方法

用合适的工具在测区表面形成直径15公分的孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度，然后除净孔洞

中的粉未和碎屑，不得用水冲洗，用浓度为1%~2%的酚酷酒精溶液滴在孔洞内壁边缘处，再用深度测

量工具测量出已碳化与未碳化混凝土交界面到砂表面的垂直距离多次，不少于3次，精确到0.25mm,

取平均值，精确到0.5mm,碳化层深度测点不少于构件测区数的30%。见图5-3。

H碳化层深度

图5-3碳化层深度测量

5.3.6混凝土强度计算

1）计算平均回弹值

10

工&

Z?--is]____

其中：Rm—去掉3个最大值及3个最小值后的平均回弹值，取整数即可；

Ri—第i个测点的回弹值

2）查规范附表得到测区混凝土强度换算值

a）根据测区回弹平均值和碳化层深度代表值，优先采用专用测强曲线或地区测强曲线换算得到结

构或构件中第i个测区的混凝土抗压强度换算值。

b）当无专用和地区测强曲线时，结构或构件第i个测区混凝土强度换算值居，由平均回弹值Rm

及平均碳化深度值，查《规程》（JGJ/T23-2011）附表得到。

3）混凝土抗压强度

a）当结构或构件测区数小于10个时，以测区混凝土换算值中的最小值作为该构件的混凝土强度

推定值。

力“.e=min4）

b）当测区数虽然大于10个，但结构或构件的测区强度换算值小于lOMPa时，该构件的混凝土强度

推定值取所有测区混凝土换算值中的最小值：

feU.e=min/Z

c）当结构或构件的测区数不少于10个或按批量检测时，则由各测区的混凝土强度换算值计算出

结构或构件的混凝土强度平均值及标准差后，按下式计算出混凝土强度推定值：

f.=m-1.6455

（ueJrcuJCU

其中：-n-,n-\。

5.3.7实验步骤

1）每位同学在事先准备好的混凝土梁浇筑测面用粉笔画出1个测区；

2）用磨石将测区表面磨平并去掉附在碎表面的杂质；

3）用回弹仪水平方向锤击测区表面并记录回弹值，每一测区锤击16个点，在测区中从上至下分4排,

每排4个测点。回弹记录表根据《规程》OGJ“23-2011）自行设计。

4）在测区中测量碳化层深度，并记录；

5）计算测区平均回弹值；

6）根据回弹值及碳化层深度（若没有测碳化层深度，则取0mm）,查表得到测区强度换算值；

7）自行找其他9位同学的测区强度换算值，计算混凝土强度。

5.4超声-回弹综合法检测混凝土强度

5.4.1依据

《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CECS02:2005）

5.4.2超声波原理

用发射仪器发射一定频率的弹性波——超声波并以各种波形在结构内部传播，由接收仪器接收，

对接收余波进行波速、波时，振幅、波形等分析来了解碎强度及其内部缺陷。

超声波测强的原理：超声波在混凝土内部传播，传播速度跟破强度有关，碎强度越高，波速越快,

因此可以通过测量超声波的传播速度来测量磴的强度，见下式：

R=Caehv

其中：R——验强度；C一一综合影响系数，与水泥品种、水泥用量、骨料性质、最大骨料粒径、细骨

料、混凝土龄期、混凝土温度等有关；V—超声波在混凝土中传播的速度；

a、b---常数；

因此，测试时测出超声波在介质中传播的时间，量出一对探头（又称换能器）的距离即声路长度,

可算出声速，进而算出碎强度。

5.4.3特点

混凝土龄期对回弹法检测强度有较大的影响：对于龄期长的表面被碳化，回弹值测出来偏高，造

成测出强度偏高；对于龄期短的碎因表面湿，回弹值测出来偏低，造成测出强度偏低；而超声波的影

响刚好相反，混凝土湿度越高则内部孔洞水份越多，超声波传播速度越快，反之，超声波传播速度越

慢。另外回弹仪是通过检测混凝土表面硬度来了解税强度，该方法反应了碎表面质量，而超声波测强

可以采用对测方法让超声波在混凝土内部传播，从而反映混凝土内部质量。故采用超声-回弹综合法可

以达到优缺互补、正负误差相消的效果，从而提高测试精度。一般情况下，当对回弹法检测碎强度或

超声-回弹测试结果有疑问时，应采用取芯法对检测结果进行修正。

5.4.4注意事项

1）测区布置同回弹法；

2）超声测点应布置在回弹测试的同一测区内，每一测区布置3个测点。超声测试宜优先采用对测或

角测，当被测构件不具备对测或角测条件时，可采用单面平测。见图5-4。

发射探头A

试件

接收探头

图54（a）声时测点布置（背面还有安全对称3个点）图5-4（b）对测

3）超声测试时，换能器辐射面应通过耦合剂（如黄油）与混凝土测试面良好耦合。

4）声时测量应精确至0.1us,超声测距测量应精确至1.0mm,且测量误差不应超过±1%,声速计算

应精确至0.01km/s。

5）当在混凝土浇筑方向的侧面对测时，测区混凝土中声速代表值应根据该测区中3个测点在混凝土中

声速值的平均值。

6）当在混凝土浇筑的顶面或底面测试时，测区声速代表值应按《规程》（CECS02:2005）修正。

5.4.5结构混凝土强度推定

1）根据测区回弹代表值和声速代表值，优先采用专用测强曲线或地区测强曲线换算得到结构或构件中

第i个测区的混凝土抗压强度换算值。

2）当无专用和地区测强曲线时，按《规程》（CECS02:2005）规定的全国统一测区混凝土抗压强度换算

表换算得到。

3）混凝土抗压强度

a）当结构或构件测区数小于10个时，以测区混凝土换算值中的最小值作为该构件的混凝土强度推定

值。

fcu.e=

b）当测区数虽然大于10个，但结构或构件的测区强度换算值小于lOMPa时，该构件的混凝土强度推定

值取所有测区混凝土换算值中的最小值：

fcu,e=min4%

c）当结构或构件的测区数不少于10个或按批量检测时，则由各测区的混凝土强度换算值计算出结构

或构件的混凝土强度平均值及标准差后，按下式计算出混凝土强度推定值：

fcu.e=%-1.645S,,

JeuJeu

ZC-Z"：J-"（%，,）2

m------

其中：rcc""n—\

5.4.6实验步骤

1）每位同学在事先准备好的混凝土梁浇筑测面用粉笔画出1个测区;

2）用磨石将测区表面磨平并去掉附在碎表面的杂质；

3）用回弹仪水平方向锤击测区表面并记录回弹值，每一测区锤击16个点，在测区中从上至下分4排,

每排4个测点。回弹记录表根据《规程》（JGJ/T23-2011）自行设计。

4）计算测区平均回弹值；

5）在测区的对角线上用粉笔均匀画出三个圆圈（混凝土梁另外一侧面对称画出三个圆圈），作为对测

时的声时测点；

6）将一对探头分别连接在仪器的发射探头与接收探头上，在探头上涂上黄油，打开仪器，设置好参数,

将两探头紧密地靠在一起，测出此时的声时并记录，做为初读数，或参数设置中将此读数清零。

7）依次将探头安放在一对测点上，测出声时并记录；

8）声时测量如图5-5,将显示屏上时间光标（图中与横坐标垂直的黑色线）移动波形最右端，此时显

示屏左上角显示出首波声时大小。

10）分别计算测区3个测点的声速，并计算平均值；

11）根据测区的平均回弹值与平均声时，查《规程》（JGJ/T23-2011）得到测区强度换算值；

12）自行找其他9位同学的测区强度换算值，计算混凝土强度。

六、钢筋混凝土材料质量检测

质量检测包含3个方面的内容：混凝土质量检测（裂缝、空洞与不密实）、钢筋质量检测（钢筋位

置、数量，钢筋锈蚀状态）、以及影响钢筋锈蚀的四大状态参数检测。

6.1混凝土质量检测

混凝土质量检测包含混凝土裂缝、空洞与不密实检测，裂缝包含裂缝的长度、宽度、深度及裂缝

走向。本实验要求掌握裂缝宽度测量、深度测量、以及空洞与不密实检测。

6.1.1裂缝宽度检测

6.1.1.1仪器

裂缝测宽仪，最小刻度0.02mm。

图6-1裂缝测宽仪

6.1.1.2原理

通过探头将裂缝放大并显示在带有刻度的裂缝测宽仪的显示屏上，直接读出裂缝宽度，读数保留

两位有效数据。

6.1.13试验步骤

1）仪器校验：校验标准刻度板上分别有宽度为0。2、0.10、0.20和1.00mm的刻度线。分别把摄

像测量头支脚放在不同宽度的刻度线上，屏幕上读取相应的刻度线宽度。当误差小于0.02mm时，仪

器方可正常使用。

2）预先准备好的一条裂缝；

3）肉眼找出裂缝最宽部位；

4）将探头接连到仪器上，打开仪器电源，探头中部红色指示灯及仪器显示屏处于亮起状态；

5）将探头的一个支点（与探头连接线处于同一条直线上的支点）靠在裂缝上，探头另外两个支点

（位于探头连续线的左右两侧）靠在裂缝两侧，尽可能与裂缝等距离；

6）此时在显示屏上可以看到一条被放大的裂缝，上下移动探头，找到裂缝最宽部位，保持探头上

面一个支点不动，左右转动另外两个支点，让裂缝与屏幕的横坐标垂直，左右稍微移动探头让显示屏

上某一刻度线与裂缝的左边界重合，读出裂缝宽度，并记录。

7）重复第6）步三次，取平均值。

6.1.2裂缝深度检测

混凝土裂缝深度检测，一般有三种方法:取芯法（半破损法）、红墨水法及超声波法，前两种方法

比较直观、准确，本实验介绍超声波法。

6.1.2.1仪器

非金属超声波探伤仪，见图5-1（c）。

6.1.2.2原理

超声波在同一介质内传播速度是一样的,根据测到的传播时间（声时）可以算出传播距离，进而

可以算出裂缝深度。见图6-2。

d

补二八接收探头

发射探头

试件j

图6-2裂缝深度测量示意图

h=J（Q2*d〃l）/2）2-（d/2）2

6.1.2.3影响因素

当裂缝内有杂质或水份，用该方法测量深度不准。因此，测试前应用电吹风吹净及吹干裂缝内部

的粉尘及水份。有疑问时，可采用取芯法校核。

6.1.2.4实验步骤

1）预先准备好带裂缝的混凝土试件；

2）在裂缝两侧画出两个圆圈，作为探头安装位置，量出两个圆圈中到中的距离并记录％；

3）在没有裂缝的区域画出两个圆圈，作为探头安装位置，量出两个圆圈中到中的距离并记录ho；

4）将一对探头分别连接在仪器的发射探头与接收探头上，在探头上涂上黄油，打开仪器，设置好参数,

将两探头紧密地靠在一起，测出此时的声时并记录，做为初读数，或参数设置中将此读数清零。

5）将探头安放在没有裂缝区域的一对测点上，测出声时并记录如

6）将探头安放在裂缝两侧的一对测点上，测出声时并记录t“

7）根据超声波在同一介质内传播速度是一样的原理，利用ho、to,hi、ti，算出裂缝深度。

6.1.2.5思考题

1）一般情况裂缝深度是与碎表面成垂直，在特殊情况时，如果裂缝深度不与彼表面成垂直，如何

利用非金属超声波探伤仪检测裂缝的朝向与深度？如图6-3o

发射探头A8肯接收探头%.A接收探头

试件

图6-3斜裂缝深度测量示意图

6.1.3混凝土空洞及不密实检测

混凝土结构在施工过程中，因漏振、漏浆或因石子架空在钢筋骨架上，会导致混凝土内部形成蜂

窝状不密实或空洞等隐蔽缺陷。目前混凝土缺陷无损检测技术大体可分为两大类，一类是机械波法，

其中包括超声脉冲波、冲击脉冲波和声发射等。另一类是穿透辐射法其中包括Z射线、Y射线和中子

流等。由于射线的穿透能力有限，尤其对于非匀质的混凝土，其穿透深度受到很大限制，而且产生射

线的设备相当复杂，又需要严格的防护措施，现场应用很不方便。超声脉冲波的穿透能力较强，尤其

是用于检测混凝土，这一特点更为突出，而且超声检测设备较简单，操作较方便，所以被广泛应用于

混凝土结构缺陷检测。

6.1.3.1仪器

非金属超声波探伤仪，见图5-1（c）。

6.1.3.2原理

超声波在同一介质内传播速度是一样的，根据测到的传播时间（即声时）的改变，进而判断空洞

或不密实的位置及大小，见图61,一对探头从左向右缓慢移动，同时观察声时的变化，若混凝土比较

均匀，则声时基本上没有变化，当遇到空洞时声时会发生变化（可能会增加也可能减少，就看空洞中

是否有水份），根据声时的变化来判断空洞的位置及大小。

时间A

发射探头BA

:♦试件||

丫接收探头xlx2位置一

图6-4超声波检测砂内部空洞的原理

6.1.33注意事项

1）检测不密实区和空洞时，构件的被测部位应具有一对或两对相互平行的测试面，测试范围原则上应

大于有怀疑的区域，同时应在同条件的正常混凝土区域进行对比测试。一般地对比测点数不宜少于20

个。

2）当结构被测部位具有两对平行表面时，可采用一对换能器，分别在两对互相平等的表面上进行对测。

先在测区的两对平行表面上，分别画出间距为200-300mm的网格，并逐点编号，定出对应立测点的

位置，然后将换能器经耦合剂分别置于对应测点上，逐点读取相应的声时、波幅和频率，并量取测试

距离。

3）当结构物的被测部位只有一对平行表面可供测试，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，换能器在对测的基础上进行交叉斜测。

4）对于大体积混凝土结构，由于其断面尺寸较大，如直接进行平面对测，接收到的脉冲信号微弱，甚

至无法识别首波的起始位置，不利于声学参数的读取和分析。为了缩短测试距离，提高检测灵敏度，

可采用钻孔或预埋管测法。在测位预埋声测管或钻出竖向测试孔，预埋管内径或钻孔直径宜比换能器

直径大5-10mm,预埋管或钻孔间距宜为2-3m,其深度可根据测试需要确定。检测时可用两个径向

振动式换能器分别置于两测孔中进行测试，或用一个径向振动式与一个厚度振动式换能器，分别置于

测孔中和平行于测孔的侧面进行测试。根据需要，可以将两个换能器置于同一高度，也可以将二者保

持一定的高度差，同步上下移动，逐点读取声时、波幅和频率值，并记下孔中换能器的位置。

6.1.3.4实验步骤

1）预先准备好带空洞的混凝土试件；

2）在试件一对相互平行的侧面作为检测面，画出间距为200-300mm的网格，并逐点编号，定出对应

测点的位置，网格交叉点，作为探头安装位置即测点；

3）将一对探头分别连接在仪器的发射探头与接收探头上，在探头上涂上黄油，打开仪器，设置好参数,

将两探头紧密地靠在一起，测出此时的声时并记录，做为初读数，或参数设置中将此读数清零。

4）将探头安放在一对测点上，测出声时并记录出

5）依次测出网格上n个测点的声时，并记录t2、t3、…、t”

6）以测点的位置作为横坐标，以声时作为纵坐标，画出声时与位置的关系曲线，从曲线的变化情况，

判断空洞的位置。

6.2钢筋质量检测

钢筋质量检测包含两方面内容：1）钢筋数量、位置与直径检测；2）钢筋锈蚀状态检测。本实验

要求掌握这两方面的检测方法。

6.2.1钢筋数量位置与直径检测

6.2.1.1仪器

HC-GY6钢筋位置扫描仪，见图6-5o

图6-5钢筋位置扫描仪

HC-GY6一体式钢筋扫描仪，是一种便携式智能无损检测设备，用于检测钢筋混凝土结构施工质

量，能够检测钢筋保护层厚度，钢筋位置、走向及分布情况，同时可以估读钢筋直径。

6.2.2.2原理

仪器探头（在钢筋扫描仪底板中线上，测面“向下箭头”的下方）发射出一定频率的弹性波，在

碎内部传播，在钢筋表面反射回来，探头接收到反射波并自动计算钢筋表面至探头的距离h或记忆或

显示在显示屏上。对于HC-GY6一体式钢筋扫描仪，当扫描仪从一侧往另一侧移动时，刚开始假设探

头远离钢筋，那么h较大，在移动探头的过程中，h逐浙减小，当探头达到钢筋正上方时，h达到最小

值，此时仪器将hmin显示在屏幕上，同时hmin即为保护层厚度，见图6-6。（注，部分型号仪器，将h

适时显示出来，在屏幕上可以看到h的变化过程）

钢筋正上方

图6-6钢筋位置扫描过程

6.2.2.3注意事项

1）箍筋间距对测试结果的影响。

箍筋间距较小时会影响检测结果，严重时造成测试错误，HC-GY6一体式钢筋扫描仪可以进行修

正补偿。扫描主筋时，应首先扫描出箍筋的位置并做出记号，若箍筋间距小于125mm,则需要将参数

设置成［＜I25J,此时仪器会进行相应的补偿修正。若箍筋间距大于125mm,则需要将参数设置成

［＞125］。若箍筋间距＞125mm时，测试主筋时需要将仪器两侧的“向下箭头”放置到2根箍筋之间

的正中间位置进行测量。若箍筋间距＜125mm时，测试主筋时需要将仪器两侧的“向下箭头”放置到

其中1根箍筋的正上方，也就是仪器的箭头骑到箍筋的正上方进行测量。

2）主筋间距对测试结果的影响。

主筋间距较小，会影响保护层厚度检测的精度，HC-GY6可以进行修正。现场测量时，若主筋比

较密集，则需要设置［主筋间距］参数进行测量值补偿。一般情况下主筋间距大于70mm以上就不需要

补偿了。若间距在30-50mm之间，则要设置［主筋间距］参数。

3）仪器对钢筋保护层厚度的测试结果，在现场应随机抽取3点敲开保护层露出钢筋，用合适的长度测

量工具量取保护层厚度，精确到mm,以校准测试结果；

4）仪器对钢筋直径的测试结果，仅仅是估测，因此在现场应随机抽取3点敲开保护层露出钢筋，用游

标卡尺测量钢筋直径，以校准测试结果；

5）仪器标定

当检测值和实际值不符或者检测环境改变时，需要对仪器重新进行标定。开机，仪器启动后进入

功能界面，选择“仪器标定”，进入标定界面，将仪器拿到空中，远离金属等导磁介质区域，按（ok）键

等待标定完成，标定完成后，标定信息自动存储到仪器内，按任意键退出。

6.2.2.4实验步骤（以HC-GY6钢筋位置扫描仪为列）

1）预先准备好钢筋混凝土板，在板的两端露出钢筋位置，用于校核仪器判定的钢筋位置、直径及保护

层厚度；

2）清理碎板表面粉尘、砂粒等杂质；

3）开机，仪器启动后进入功能界面，选择“开始检测”，进入检测设置界面，选择“厚度检测”。

4）在厚度检测界面，向右缓慢匀速移动小车开始测量，当小车靠近钢筋时出现绿色瞄准框，此时需要

缓慢移动小车，当瞄准框和中心线重合，中心线会变成红色，瞄准框变为黄色，红色指示灯变亮，并

有蜂鸣提示，表示检测到钢筋，小车的中心线正下方有一根钢筋。瞄准框的右下角显示保护层厚度。

5）继续向右移动小车，检测到下一根钢筋后，还会有红色灯亮及蜂鸣提示，同时会显示钢保厚度以及

钢筋间距，如上图6-6所示，当前保护层厚度为35mm,上一根钢筋的保护层厚度为43,2根钢筋的

间距为133mm。

6）在厚度检测界面，移动小车，当瞄准镜变成高亮，表示仪器正下方有钢筋时，执行“估测直径”操

作，等待约4秒钟，完成估径操作，结果显示约3秒后自动退出估径界面，此时可以继续进行厚度检

测操作。只有被估测钢筋间距较大，附近没有箍筋等其他金属干扰时，预估的直径才相对准确。而且

被估测钢筋的保护层厚度也不能太薄或者太厚，建议厚度范围15mm〜50mm之内。

7）仪器另外一个较常用的功能，即使用“波形扫描”功能来检测钢筋位置，该功能比“厚度检测”功

能来得直观，同时当箍筋间距较密时，采用此功能可以得到较理想的结果。

在检测方式选择界面选择“波形扫描”，进入“波形扫描”界面，将仪器放置待测物体表面向右匀

速移动开始测量，屏幕会显示信号波形，钢筋离仪器越近信号强度越大，波形曲线显示越高，在最高

峰值处会显示一条绿线，表示此处有一根钢筋。当完成一次扫描，仪器离开被测物时，程序会根据波

形分布情况自动计算钢筋位置，保护层厚度以及相邻钢筋的间距，单位是mm。如图6-7,表示本次扫

描共发现3根钢筋，保护层厚度分别为31mm、41mm>35mm,间距分别为121mm,141mm。

向上键壬动修正波形

波形扫描确定提存储波形280mm

6.2.2钢筋锈蚀状态检测

钢筋混凝土受弯、受拉、受剪等构件中主要利用钢筋的抗拉强度高，一旦钢筋锈蚀，其抗拉强度

下降甚至抗拉能力，造成构件破坏；而受压构件中，若钢筋锈蚀，则钢筋体积膨胀，使混凝土胀裂，

造成混凝土抗压能力下降。因此掌握钢筋的锈蚀状态对保证结构安全使用及耐久性有重要意义。

6.2.2.1仪器

钢筋锈蚀电位测定仪（简称钢筋锈蚀仪），见图6-8o包含主机、延长线、金属电极（图中黑色夹

子，测电位时，将黑色夹子连到钢筋上）、电位电极（又称参考电极或参比电极，图中有两个一模一样

的黑色圆柱形的铜/硫酸铜参考电极（测电位时只需其中一个，测电位梯度时需两个，用连接杆连接该

两个参考电极）、接红色夹子）、连接杆等。

图6-8HC-X5钢筋锈蚀仪

6.2.2.2原理

钢筋锈蚀电位测量采用半电池法测量原理：钢筋锈蚀是钢筋氧化过程，铁失去电子，产生电势，

铁（金属电极）与混凝土（电解质）组成半电池（负极）。利用已知电势的参比电极（正极、已知电位

的电极如硫酸铜电位电极，在一定条件下是个常数），与其组成一个全电池，利用电压表测量，得到钢

筋锈蚀电位。显然，钢筋锈蚀程度越严重则失去电子数就越多，负电势就越高。因此可以通过测量测

定钢筋/混凝土半电池电极与在混凝土表面的铜/硫酸铜参比电极之间电位差的大小，可以评定混凝土中

锈蚀活化程度，见图6-9。

电位计

图6-9电位测量示意图

单个电极的电位是无法测量的，因此，由待测电极与参比电级组成电池用电位计测量该电池的电

动势，即可得到电极的相对电位，故这种方法称之为半电池法测量。

6.2.23注意事项

1）测区的选择与测点布置：主要承重构件或承重构件的主要受力部位；

2）在测区上布置测试网格，网格节点为测点。间距可选20cmX20cm、30cmX30cm>20cmX10cm。

测点位置距构件边缘应大于5cm,一般不宜少于20个测点。一般网格的纵线布置在主筋上方，网格的

竖线布置在箍筋的上方，主筋与箍筋交点即为测点；

3）当一个测区内存在相邻点的读数超过150mV时，通常应减小测点的间距；

4）测区应统一编号；

5）混凝土表面处理：用钢丝刷、砂纸打磨测区混凝土表面，去除涂料、浮浆、污迹、尘土等，并用接

触液（一般用洗洁精加水）将表面润湿。

6）铜/硫酸铜电极的准备，HC-X5钢筋锈蚀仪提供两个参比电极，可永欠使用，无需另外制作铜/硫酸

铜电极。

7）测量值的采集测点读数变动不超过2mV,可视为稳定。重复测读的差异不超过10mV。

8）仪器避免进水，避免高温（＞50℃）»

9）仪器避免靠近非常强的磁场，如大型电磁铁、大型变压器等。

6.2.23实验步骤

1）预先准备好钢筋混凝土板，其中主筋端部混凝土保护层已凿开；

2）先用钢筋位置扫描仪找到主筋及箍筋，并用粉笔标出位置与走向，钢筋的交叉点即为测点，如图6-10；

图6-10钢筋锈蚀电位测区及测点布置

3）为了加强润湿剂的渗透效果，缩短润湿结构所需要的时间，采用少量家用液体清洁剂加纯净水的混

合液润湿被测结构；

4）凿开一处混凝土露出钢筋（本实验事先已凿开），并用砂纸除去钢筋锈蚀层，把连接黑色信号线的

金属电极夹到钢筋上，黑色信号线的另一端接锈蚀仪“黑色”插座，红色信号线一端连电位电极，另

一端接锈蚀仪“红色”插座，如图6-11所示。

图6/1电极连接

5）按下仪器面板的开机键，仪器上电，开始工作，进入启动界面；

6）在启动界面按任意键，进入功能选择界面，选择“锈蚀测试”；

7）“锈蚀测试模块”完成参数的设置（如测区号、测点间距、测试类型如电位测试或电位梯度测试,

建议选择电位测试）；

8）按“确定”键，进入测试状态，此时夹住钢筋的黑色电极始终保持不动，将参比电极放在测点上,

屏幕显示当前电位值，依次将参比电极放在其他测点，直至所有测点测试完毕，如图6-12。

当前方向

•<O

X50

«一

当It,□10

电位、«一

□15、图示

<一

2良

回-0

-25

£01-30

口35

<一

・

二40

v-

一

“-b

17

图6-12电位测试示意图

6.2.2.4钢筋锈蚀判别参考标准

钢筋电位与钢筋锈蚀状态判别，依据GB/T50344-2004《建筑结构检测技术标准》。

表6-1钢筋锈蚀电位评定标准

电位水平（mV）混凝土内钢筋状态评定标度

>-200无锈蚀活动性或锈蚀活动性不确定1

[-200,-300)有锈蚀活动性，但锈蚀状态不确定，可能坑蚀2

[-300,-400)有锈蚀活动性，发生锈蚀概率大于90%3

1-400,-500)有锈蚀活动性，严重锈蚀可能性极大4

<-500构件存在锈蚀开裂区域5

表中，评定标度为1表示良好、2表示较好，3表示较差，4表示坏的，5表示危险。

6.3影响钢筋锈蚀的4大状态参数检测

影响钢筋锈蚀的4大状态参数包含：保护层厚度、碳化层深度、混凝土电阻率及混凝土氯离子含

量。本实验要求掌握这4个状态参数的检测。

6.3.1钢筋保护层厚度检测

6.3.1.1保护层厚度的定义

保护层是指混凝土构件中，起到保护钢筋避免钢筋直接裸露的那一部分混凝土，从混凝土表面到

最外层钢筋公称直径外边缘之间的最小距离，对后张法预应力筋，为套管或孔道外边缘到混凝土表面

的距离。

6.3.1.2最小保护层厚度的规定

保护层最小厚度及其均匀性的规定是为了使混凝土结构构件满足的耐久性要求和对受力钢筋有效

锚固的要求，钢筋保护层厚度对避免钢筋锈蚀起到重要的作用。混凝土对钢筋的保护作用包括两个方

面：一是混凝土的高碱性使钢筋表面形成钝化膜；二是保护层对外界腐蚀介质、氧气及水分等渗入的

阻止作用。后一种作用主要取决于混凝土的密实度及保护层厚度。

构件的类型及其所处于不同的环境，对保护层厚度最小值有不同的要求（见表6-2）,但保护层又

不能太厚，太厚的话容易开裂，一旦混凝土表面开裂，空气中的水分会随着裂缝来腐蚀钢筋，反而不

利于保护钢筋，对于保护层过厚的应增加钢筋网或采用钢纤维混凝土。

表6-2保护J县厚度的最小值要求（mm）

环境类别板、墙、壳梁、柱、杆

—•1520

二a2025

二b2535

三a3040

三b4050

6.3.13测量仪器

HC-GY6钢筋位置扫描仪。

6.3.1.4原理

同6.2.2.2

6.3.1.5注意事项

同6.2.2.3

6.3.1.6实验步骤（以HC-GY6钢筋位置扫描仪为列）

同6.224,另增加以下3条：

1）测试前应了解有关图纸资料，以确定钢筋的种类和直径。

2）确定钢筋的位置与走向

3）保护层厚度的测读：将传感器置于钢筋所在位置正上方，并左右稍稍移动，读取仪器显示最小值即

为该处保护层厚度。每一测点宜读取2〜3次稳定读数，取其平均值，精确至1mm。

63.1.7保护层厚度评定标准

混凝土保护层厚度对结构钢筋耐久性的影响按表6-3进行评判。

表6-3钢筋保护层厚度评定标准

Dr\e/Dnd对结构钢筋耐久性的影响评定标度

20.95影响不显著1

[0.85,0.95)有轻度影响2

[0.70,0.85)有影响3

[0.55,0.70)有较大影响4

<0.55钢筋易失去碱性保护，发生锈蚀5

注：a为测量部位实测保护层厚度特征值；加为保护层厚度设计值。

表中，评定标度为1表示良好、2表示较好，3表示较差，4表示坏的，5表示危险。

保护层厚度特征值D“e按下式计算：

Dne=Dn-KpSp

其中，＞为平均值，按下式计算：

n

Di—钢筋保护层厚度实测值，精确至0.1mm；

n—测点数；

其中，SD一钢筋保护层厚度实测值标准差，精确至0.1mm,按下式计算：

c归匕①炉…①J

SD=、一E—

Kp一判定系数，按表6-4取用：

表6-4钢筋保护层厚度判定系数

n10-1516〜24225

%1.6951.6451.595

63.1.8保护层厚度仪标定

1)钢筋保护层测试仪使用期间的标定校准应使用专用的标定块。

2)标定块由一根616的普通碳素钢筋垂直浇铸在长方体无磁性的塑料块内,

使钢筋距四个侧面分别为15mm、30mm、60mm＞90mm«

6.3.2混凝土碳化深度检测

6.3.2.1混凝土碳化的原因

当混凝土置于空气中或CO2环境中时，由于CO2的侵入，混凝土中的Ca(OH)2与空气中的CO2在

一定湿度的范围内发生化学反应，生成CaCCh等物质，这种化学反应称为混凝土的碳化。

63.2.2混凝土碳化的危害

硬化的混凝土，由于水泥水化生成Ca(OH)2,故显碱性，PH值＞12,此时混凝土里的钢筋表面生

成一层稳定、致密、钝化的保护膜，使钢筋不生锈。混凝土碳化会使得混凝土的PH值降低，当PH值

小于11时，这时混凝土中钢筋表面的致密钝化膜就被破坏，造成钢筋脱钝而锈蚀。不仅如此，CaSCh、

CaSCU还会与水尼水化产物中的铝酸三钙反应，生成物体积增大，从而使混凝土胀裂，这就是硫酸盐

侵蚀破坏。当环境处于50-70%的湿度时碳化速度最快。

碳化过程是由表及里、由浅入深，逐渐向混凝土内部扩散。表层的混凝土碳化后，侵入的CO2将

继续沿着混凝土中的空隙通道向混凝土的深处扩展，直至到达混凝土里钢筋的表面。导致其体积膨胀

至约为基体的2-4倍，所产生的膨胀力将使混凝土保护层开裂。开裂的混凝土由于CO2不断的侵入，

碳化更加严重，钢筋锈蚀更加厉害，直至使混凝土剥落，严重的影响了结构的耐久性。

632.3测量仪器

混凝土碳化深度测量仪

632.3原理

混凝土中的氢氧化碳遇酒精浓液会变红色。

63.2.4测量方法

同5.3.5

63.2.5碳化深度度评定标准

混凝土碳化层深度对钢筋锈蚀影响程度的评定标准见表6-5

表6-5混凝土碳化深度对钢筋锈蚀影响程度评定标准

碳化深度/保护层厚度混凝土碳化影响程度评定标度

<0.5轻微1

[0.5,1.0)较小2

[1.0,1.5)有影响3

[1.5,2.0)大4

>2.0很大5

表中，评定标度为1表示良好、2表示较好，3表示较差，4表示坏的，5表示危险。

6.3.3混凝土电阻率检测

电阻及电阻率是材料本身的属性，电阻与材料的电阻率、截面积、长度有关，与电阻率成正比的,

电阻率越低，电阻就越低。因此混凝土电阻率反映了混凝土的导电性能，可间接评判钢筋的可能锈蚀

速率。通常混凝土电阻率越小，混凝土导电的能力越强，钢筋锈蚀发展速度越快。通过测量混凝土电

阻率的大小来评定钢筋锈蚀的速率。

6.3.3.1原理

由电阻的表达式：

R=pL/A

得到电阻率的表达式：

P==A/L*%

电阻率单位：[kQ*cm],因此对介质施加电流并感知电位，即可知道介质的电阻率。

6.3.3.1检测仪器

混凝土电阻率测定仪，见图6-13。

图6-13resipod电阻率测定仪

63.3.2测试方法

混凝土电阻率测量方法：四电极法检测。

见图6-14,将resipod电阻率测定仪靠在待测电阻率的混凝土表面，对两个外部探头施加电流，并

测量两个内部探头之间的潜在电位差异，电流通过孔液中的离子承载。计算出的电阻率取决于探头的

间距。

图6-14四极法检测砂电阻率原理

电阻率：

p=2na/[kQ*cm]

a—取50cmo

633.3注意事项

1）测试面应为混凝土面，混凝土表面不能涂有任何电绝缘涂料，应保持洁净。重要构件及主要受力部

位应布置测区，一个构件测区数不少于30个；

2）表面下方的钢筋网格应利用钢筋位置扫描仪标记出来；

3）钢筋不应位于探头正下方，且不应与探头保持平行；

4）最佳方向是与钢筋成对角线进行测量；

5）如果钢筋间距太过接近，无法避开，则可以与钢筋成直角进行测量；

6）仪器与混凝土表面之间连接良好是获取可靠的测量最重要的因素。测量之前先将接触点浸入水中多

次一一使用浅的容器，以便可以向底部按压一一这样做将填满蓄水池。测量时，牢牢向下按压Resipod,

直至两个外部橡皮帽置于要测试的表面；

7）混凝土的温度应与电阻率测量一起进行测量并记录下来。电阻率随着温度升高而降低（温度测量可

用实验室的万用表）；电阻率测量的参考值通常基于20°C»实验表明，温度每增加一度，饱和混凝土

的电阻率会降低3%,而干混凝土的电阻率会降低5%；

8）电流穿过混凝土的孔液流动。探头间距应大于最大聚体粒径，因为聚体材料通常是不导电的；

9）含水量越高，电阻率越低；

10）碳化混凝土比没有碳化的混凝土的电阻率要高，但是，如果碳化层远远小于探头间距，则影响很

小；

63.3.4实验步骤

1）预先准备好一钢筋混凝土板；

2）清除混凝土表面涂料、粉尘等，应保持洁净；

2）用钢筋扫描仪扫出主筋与分布筋位置，并用粉笔画出；

3）根据主筋与分布筋的位置，确定电阻率测试方向；

钢筋会妨碍电阻率测量，因为它们的导电效果优于周围的混凝土。覆