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摘要:混凝土无损检测方法是指利用声、光、热、电、磁和射线等技术,在不破坏混凝土内部结构的前提下,测定有关混凝土性能等方面的物理量,从而推定混凝土强度、缺陷。本文论述的主要是利用无破损技术,对水电工程混凝土质量检测的方法。
关键词:水电工程;混凝土;无损检测
Abstract: the concrete nondestructive testing method is the use of sound, light, heat, electricity, magnetic, and radiation technology, under the premise of without destroying the concrete structure, determine the concrete performance of physical quantities, thus presumption of concrete strength, the defects. This paper discusses the main is to use technology, without damage of concrete of hydroelectric project quality detection method.
Key words: water and electricity engineering; Concrete; Nondestructive testing
中图分类号:TV331文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
混凝土是当今水电工程中最主要的结构材料之一,由于混凝土通常在工地进行配料、搅拌、成型、养护,每一个环节稍有不慎都将影响质量,危及整个结构的安全,因此,加强混凝土的质量控制和检测成为当前水电工程技术中的重要课题。
一、混凝土无损检测技术的特点检
混凝土材料在建筑工程中得到了广泛应用,尤以水电工程用量巨大。由于其抗拉强度相对较小,可能会产生裂缝;或因施工时振捣不足,内部易存在蜂窝洞;或因建筑物使用期限过长而碳化、或预留试件不足与代表性不强、或施工期混凝土强度增长与建筑物的长期跟踪管理等,都需要对结构物进行检测。无损检测对混凝土结构不造成破坏,它是利用声、光、电、磁和射线等方法,对有关混凝土性能方面的物理量进行测定,从而推定混凝土强度、密实性和均匀性,以及存在的缺陷等。无损检测仪器简单、操作方便、费用较低并可进行重复测试,它既适用于水电工程施工过程中混凝土质量的监测,又适用于水电工程的竣工验收的检定。上述优点及大量的工程需求,使得混凝土无损检测技术得到了较快的发展和广泛的应用。
常用的混凝土无损检测方法
1.钻芯法
钻芯法是一种简便、直观、检测精度较高的局部破损的检测方法。该法是利用钻芯机直接在结构混凝土上钻取芯样,然后进行抗压试验,以芯样强度评定结构混凝土强度。由于钻芯法的测定值就是圆柱状芯样的抗压强度,即参考强度或现场强度。它与立方体试件抗压强度之间,除了进行必要的形状修正外,无需进行某种物理量与强度之间的换算。因此,普遍认为这是一种较为直观、可靠、精度高的检测手段,已为较多的国家所采用。
在实际工程中,钻芯时会对结构混凝土造成局部损伤,因此在选取芯样部位时,首先应选择受力较小的构件钻取芯样,其次,由于混凝土浇筑过程中受施工现场的施工条件、养护等条件的影响,各部位混凝土强度不一致,因而,钻芯取样部位应选择混凝土强度有代表性的部位;再次,应根据结构设计图、设备图选择钢筋较少的部位,或先用钢筋检测仪检查混凝土中钢筋所在的具体位置后,再避开钢筋及其它预埋件,确定钻芯位置。
在正常生产情况下,应制作立方体标准试块,按《混凝土结构工程施工及验收规范》的要求对混凝土强度进行评定和验收。但以下情况,一般可以进行钻取芯样检测其强度:
(1)受多种因素影响,混凝土试块试压强度可能与实际结构混凝土不一致,这时可能怀疑该混凝土试块不能代表实际结构混凝土的强度。
(2)混凝土表层与内部质量有明显差异,或者遭受化学腐蚀、火灾、硬化期间遭受侵害的混凝土。
(3)混凝土结构因原材料、水泥、砂石料质量差及外加剂掺量控制差,或因施工现场计量、养护不良等情况发生的质量事故。
2.回弹法
回弹法是以在混凝土结构或构件上测得的回弹值和碳化深度来评定混凝土结构或构件强度的一种方法,它不会对结构或构件的力学性质和承载能力产生不利影响,在水电工程上已得到广泛应用。回弹法使用的仪器为回弹仪,它是一种直射锤击式仪器,是用一弹击锤来冲击与混凝土表面接触的弹击杆,然后弹击锤向后弹回,并在回弹仪的刻度标尺上指示出回弹数值。回弹值的大小取决于与冲击能量有关的回弹能量,而回弹能量则反映了混凝土表层硬度与混凝土抗压强度之间的函数关系,即可以在混凝土的抗压强度与回弹值之间建立起一种函数关系,以回弹值来表示混凝土的抗压强度。
回弹法的基本原理是利用混凝土强度与表面硬度之间的关系,通过一定动能的钢杆件弹击混凝土表面,并测得杆件回弹的距离(回弹值),利用回弹值与强度之间的相关关系来推定混凝土强度。通常采用试验的方法得到回弹值与强度之间的相关关系,即建立混凝土强度与回弹值R之间的一元回归公式,或混凝土强度与回弹值R及主要影响因素(如碳化深度)之间的二元回归公式。回归的公式可采用各种不同的函数方程形式,根据大量试验数据进行回归拟合,择其相关系数较大者作为实用经验公式。回弹法适用于水电工程结构普通混凝土抗压强度的检测,检测结果可作为处理混凝土质量问题的依据之一。回弹法不适用于表层与内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土结构或构件的检测。
3.超声波法
超声波法检测混凝土常用的频率为20~250kHz,它既可用于检测混凝土强度,也可用于检测混凝土缺陷。超声波在混凝土中的传播速度与混凝土的弹性性质密切相关,而混凝土的弹性性质又可以反映其强度大小,从而可以在混凝土超声波传播速度与其强度之间建立起一种相关关系,这种关系通常为非线性关系,可用经验公式或专用测强曲线来表示。由于混凝土本身是一种复合材料,其内部超声波传播速度受许多因素影响,如钢筋的配置方向、不同骨料及粒径的大小、各组分的比例变化、龄期、养护条件及混凝土的强度等级等,这些影响因素在建立测强关系时均应进行修正,顯然这种修正是一项很复杂而又烦琐的工作。
超声波法检测混凝土缺陷是根据超声波在混凝土中传播的速度、振幅、相位及主频的变化来判断混凝土内部的缺陷情况。混凝土内部常见的缺陷有:蜂窝状或松散状的不密实区、空洞、杂物或受意外损伤而形成的酥松区等。当超声波遇到以上缺陷时,其速度、振幅等常会发生一定程度的异常变化,分析这种异常变化可推知混凝土内部的缺陷状况。超声波法检测混凝土内部缺陷时常需要进行一定的数据处理及统计计算,且需要测试人员具有一定的检测经验。
4.综合法
所谓综合法就是采用两种或两种以上的无损检测方法,获取多种物理参量,并建立强度与多项参量的综合相关关系,以便从不同角度综合评价混凝土的强度。由于综合法采用多项物理参量,能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素,并且还能抵消部分影响强度与物理量相关关系的因素,因而是混凝土强度无损检测技术的一个重要发展方向。
例如超声回弹综合法就是采用超声仪和回弹仪,在混凝土结构上同一测区分别测量声速值和回弹值,然后利用已建立起来的测强公式推算该测区混凝土的强度。与单一的回弹法或超声法相比,综合法最明显的优点是减小龄期和含水量对混凝土强度检测的影响。另外,采用回弹综合法测定混凝土强度,既可以内外结合,又能在较低和较高的强度区间内,相互弥补各自的不足,能够较全面的反映混凝土的实际质量,且对提高测试精度,具有明显的效果。目前已被采用的综合法除超声回弹综合法还有回弹钻芯综合法和超声钻芯综合法等。
三、混凝土无损检测新技术
随着科学技术的发展,混凝土无损检测技术也突破了原有的范畴,涌现了一系列新的检测方法和手段。测试内容也由强度推测、内部缺陷的探测到更广泛的范畴,其功能由事后的质量检测,到事前的质量反馈控制。
1.雷达法
鋼筋混凝土雷达多采用1GHz 及以上的电磁波,可探测结构及构件混凝土中钢筋的位置、保护层的厚度以及孔洞、酥松层、裂缝等缺陷。它首先向混凝土发射电磁波,当遇到电磁性质不同的缺陷或钢筋时,将产生反射电磁波,接收此反射电磁波可得到一波形图,据此波形图可得知混凝土内部缺陷的状况及钢筋的位置等。雷达法主要是根据混凝土内部介质之间电磁性质的差异来工作的,差异越大,反射波信号越强。雷达法检测混凝土其探测深度较浅,一般为20 cm 以内,探地雷达使用较低频率电磁波,探测深度可稍大些。此外,该法受钢筋低阻屏蔽作用影响较大,且仪器本身价格昂贵,故实际工程上应用的并不多。
2.冲击回波法
冲击回波法是用一钢珠冲击结构混凝土的表面,从而在混凝土内产生一应力波,当该应力波在混凝土内遇到波阻抗差异界面即混凝土内部缺陷或混凝土底面时,将产生反射波,接收这种反射波并进行快速傅里叶变换(FFT)可得到其频谱图,频谱图上突出的峰值就是应力波在混凝土内部缺陷或混凝土底面的反射形成的,根据其峰值频率可计算出混凝土缺陷的位置或混凝土的厚度。由于该法采用单面测试,特别适合于只有一个测试面如护坡、底板、等混凝土的检测。
3.红外成像法
自然界中任何高于绝对零度的物体都是红外线的辐射源,它们都向外界不断地辐射出红外线。红外线是介于可见光与微波之间的电磁波,其波长为0.76-1000μm,频率为4×1014-3×1011 Hz。混凝土红外线无损检测是通过测量混凝土的热量及热流来判断其质量的一种方法。当混凝土内部存在某种缺陷时,将改变混凝土的热传导,使混凝土表面的温度场分布产生异常,用红外成像仪测出表示这种异常的热像图,由热像图中异常的特征可判断出混凝土缺陷的类型及位置特征等。这种方法属非接触无损检测方法,可对检测物进行上下、左右的连续扫测,且白天、黑夜均可进行,可检测的温度为-50-2000℃,分辨率可达0.1-0.02℃,是一种检测精度较高、使用较方便的无损检测方法,并具有快速、直观、适合大面积扫测的特点,可用于检测混凝土遭受冻害或火灾等损伤的程度以及建筑物墙体的剥离、渗漏等。
结语
无损检测技术以其快速、适应性强、不破坏自身结构等优点可广泛应用于水电工程质量鉴定检测中。根据混凝土结构的实际情况,选用适当的无损检测方法,可检测混凝土结构的强度和混凝土结构中的缺陷等,认真分析检测数据,得出实事求是的检测结论,更好地为水电工程质量的鉴定、验收及工程质量事故的处理提供依据。
参考文献
[1]孙礼文.结构混凝土强度无损检测在工程质量验收中的应用.甘肃水利水电技术,2003,39(3):200.
[2]姚锋,廖烈奎.无损检测技术在混凝土工程中的应用.铁道技术监督.2002,1:34.
[3]朱永涛,徐阳.混凝土强度无损检测技术.南水北调与水利科技.2002,23(2):37.
关键词:水电工程;混凝土;无损检测
Abstract: the concrete nondestructive testing method is the use of sound, light, heat, electricity, magnetic, and radiation technology, under the premise of without destroying the concrete structure, determine the concrete performance of physical quantities, thus presumption of concrete strength, the defects. This paper discusses the main is to use technology, without damage of concrete of hydroelectric project quality detection method.
Key words: water and electricity engineering; Concrete; Nondestructive testing
中图分类号:TV331文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
混凝土是当今水电工程中最主要的结构材料之一,由于混凝土通常在工地进行配料、搅拌、成型、养护,每一个环节稍有不慎都将影响质量,危及整个结构的安全,因此,加强混凝土的质量控制和检测成为当前水电工程技术中的重要课题。
一、混凝土无损检测技术的特点检
混凝土材料在建筑工程中得到了广泛应用,尤以水电工程用量巨大。由于其抗拉强度相对较小,可能会产生裂缝;或因施工时振捣不足,内部易存在蜂窝洞;或因建筑物使用期限过长而碳化、或预留试件不足与代表性不强、或施工期混凝土强度增长与建筑物的长期跟踪管理等,都需要对结构物进行检测。无损检测对混凝土结构不造成破坏,它是利用声、光、电、磁和射线等方法,对有关混凝土性能方面的物理量进行测定,从而推定混凝土强度、密实性和均匀性,以及存在的缺陷等。无损检测仪器简单、操作方便、费用较低并可进行重复测试,它既适用于水电工程施工过程中混凝土质量的监测,又适用于水电工程的竣工验收的检定。上述优点及大量的工程需求,使得混凝土无损检测技术得到了较快的发展和广泛的应用。
常用的混凝土无损检测方法
1.钻芯法
钻芯法是一种简便、直观、检测精度较高的局部破损的检测方法。该法是利用钻芯机直接在结构混凝土上钻取芯样,然后进行抗压试验,以芯样强度评定结构混凝土强度。由于钻芯法的测定值就是圆柱状芯样的抗压强度,即参考强度或现场强度。它与立方体试件抗压强度之间,除了进行必要的形状修正外,无需进行某种物理量与强度之间的换算。因此,普遍认为这是一种较为直观、可靠、精度高的检测手段,已为较多的国家所采用。
在实际工程中,钻芯时会对结构混凝土造成局部损伤,因此在选取芯样部位时,首先应选择受力较小的构件钻取芯样,其次,由于混凝土浇筑过程中受施工现场的施工条件、养护等条件的影响,各部位混凝土强度不一致,因而,钻芯取样部位应选择混凝土强度有代表性的部位;再次,应根据结构设计图、设备图选择钢筋较少的部位,或先用钢筋检测仪检查混凝土中钢筋所在的具体位置后,再避开钢筋及其它预埋件,确定钻芯位置。
在正常生产情况下,应制作立方体标准试块,按《混凝土结构工程施工及验收规范》的要求对混凝土强度进行评定和验收。但以下情况,一般可以进行钻取芯样检测其强度:
(1)受多种因素影响,混凝土试块试压强度可能与实际结构混凝土不一致,这时可能怀疑该混凝土试块不能代表实际结构混凝土的强度。
(2)混凝土表层与内部质量有明显差异,或者遭受化学腐蚀、火灾、硬化期间遭受侵害的混凝土。
(3)混凝土结构因原材料、水泥、砂石料质量差及外加剂掺量控制差,或因施工现场计量、养护不良等情况发生的质量事故。
2.回弹法
回弹法是以在混凝土结构或构件上测得的回弹值和碳化深度来评定混凝土结构或构件强度的一种方法,它不会对结构或构件的力学性质和承载能力产生不利影响,在水电工程上已得到广泛应用。回弹法使用的仪器为回弹仪,它是一种直射锤击式仪器,是用一弹击锤来冲击与混凝土表面接触的弹击杆,然后弹击锤向后弹回,并在回弹仪的刻度标尺上指示出回弹数值。回弹值的大小取决于与冲击能量有关的回弹能量,而回弹能量则反映了混凝土表层硬度与混凝土抗压强度之间的函数关系,即可以在混凝土的抗压强度与回弹值之间建立起一种函数关系,以回弹值来表示混凝土的抗压强度。
回弹法的基本原理是利用混凝土强度与表面硬度之间的关系,通过一定动能的钢杆件弹击混凝土表面,并测得杆件回弹的距离(回弹值),利用回弹值与强度之间的相关关系来推定混凝土强度。通常采用试验的方法得到回弹值与强度之间的相关关系,即建立混凝土强度与回弹值R之间的一元回归公式,或混凝土强度与回弹值R及主要影响因素(如碳化深度)之间的二元回归公式。回归的公式可采用各种不同的函数方程形式,根据大量试验数据进行回归拟合,择其相关系数较大者作为实用经验公式。回弹法适用于水电工程结构普通混凝土抗压强度的检测,检测结果可作为处理混凝土质量问题的依据之一。回弹法不适用于表层与内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土结构或构件的检测。
3.超声波法
超声波法检测混凝土常用的频率为20~250kHz,它既可用于检测混凝土强度,也可用于检测混凝土缺陷。超声波在混凝土中的传播速度与混凝土的弹性性质密切相关,而混凝土的弹性性质又可以反映其强度大小,从而可以在混凝土超声波传播速度与其强度之间建立起一种相关关系,这种关系通常为非线性关系,可用经验公式或专用测强曲线来表示。由于混凝土本身是一种复合材料,其内部超声波传播速度受许多因素影响,如钢筋的配置方向、不同骨料及粒径的大小、各组分的比例变化、龄期、养护条件及混凝土的强度等级等,这些影响因素在建立测强关系时均应进行修正,顯然这种修正是一项很复杂而又烦琐的工作。
超声波法检测混凝土缺陷是根据超声波在混凝土中传播的速度、振幅、相位及主频的变化来判断混凝土内部的缺陷情况。混凝土内部常见的缺陷有:蜂窝状或松散状的不密实区、空洞、杂物或受意外损伤而形成的酥松区等。当超声波遇到以上缺陷时,其速度、振幅等常会发生一定程度的异常变化,分析这种异常变化可推知混凝土内部的缺陷状况。超声波法检测混凝土内部缺陷时常需要进行一定的数据处理及统计计算,且需要测试人员具有一定的检测经验。
4.综合法
所谓综合法就是采用两种或两种以上的无损检测方法,获取多种物理参量,并建立强度与多项参量的综合相关关系,以便从不同角度综合评价混凝土的强度。由于综合法采用多项物理参量,能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素,并且还能抵消部分影响强度与物理量相关关系的因素,因而是混凝土强度无损检测技术的一个重要发展方向。
例如超声回弹综合法就是采用超声仪和回弹仪,在混凝土结构上同一测区分别测量声速值和回弹值,然后利用已建立起来的测强公式推算该测区混凝土的强度。与单一的回弹法或超声法相比,综合法最明显的优点是减小龄期和含水量对混凝土强度检测的影响。另外,采用回弹综合法测定混凝土强度,既可以内外结合,又能在较低和较高的强度区间内,相互弥补各自的不足,能够较全面的反映混凝土的实际质量,且对提高测试精度,具有明显的效果。目前已被采用的综合法除超声回弹综合法还有回弹钻芯综合法和超声钻芯综合法等。
三、混凝土无损检测新技术
随着科学技术的发展,混凝土无损检测技术也突破了原有的范畴,涌现了一系列新的检测方法和手段。测试内容也由强度推测、内部缺陷的探测到更广泛的范畴,其功能由事后的质量检测,到事前的质量反馈控制。
1.雷达法
鋼筋混凝土雷达多采用1GHz 及以上的电磁波,可探测结构及构件混凝土中钢筋的位置、保护层的厚度以及孔洞、酥松层、裂缝等缺陷。它首先向混凝土发射电磁波,当遇到电磁性质不同的缺陷或钢筋时,将产生反射电磁波,接收此反射电磁波可得到一波形图,据此波形图可得知混凝土内部缺陷的状况及钢筋的位置等。雷达法主要是根据混凝土内部介质之间电磁性质的差异来工作的,差异越大,反射波信号越强。雷达法检测混凝土其探测深度较浅,一般为20 cm 以内,探地雷达使用较低频率电磁波,探测深度可稍大些。此外,该法受钢筋低阻屏蔽作用影响较大,且仪器本身价格昂贵,故实际工程上应用的并不多。
2.冲击回波法
冲击回波法是用一钢珠冲击结构混凝土的表面,从而在混凝土内产生一应力波,当该应力波在混凝土内遇到波阻抗差异界面即混凝土内部缺陷或混凝土底面时,将产生反射波,接收这种反射波并进行快速傅里叶变换(FFT)可得到其频谱图,频谱图上突出的峰值就是应力波在混凝土内部缺陷或混凝土底面的反射形成的,根据其峰值频率可计算出混凝土缺陷的位置或混凝土的厚度。由于该法采用单面测试,特别适合于只有一个测试面如护坡、底板、等混凝土的检测。
3.红外成像法
自然界中任何高于绝对零度的物体都是红外线的辐射源,它们都向外界不断地辐射出红外线。红外线是介于可见光与微波之间的电磁波,其波长为0.76-1000μm,频率为4×1014-3×1011 Hz。混凝土红外线无损检测是通过测量混凝土的热量及热流来判断其质量的一种方法。当混凝土内部存在某种缺陷时,将改变混凝土的热传导,使混凝土表面的温度场分布产生异常,用红外成像仪测出表示这种异常的热像图,由热像图中异常的特征可判断出混凝土缺陷的类型及位置特征等。这种方法属非接触无损检测方法,可对检测物进行上下、左右的连续扫测,且白天、黑夜均可进行,可检测的温度为-50-2000℃,分辨率可达0.1-0.02℃,是一种检测精度较高、使用较方便的无损检测方法,并具有快速、直观、适合大面积扫测的特点,可用于检测混凝土遭受冻害或火灾等损伤的程度以及建筑物墙体的剥离、渗漏等。
结语
无损检测技术以其快速、适应性强、不破坏自身结构等优点可广泛应用于水电工程质量鉴定检测中。根据混凝土结构的实际情况,选用适当的无损检测方法,可检测混凝土结构的强度和混凝土结构中的缺陷等,认真分析检测数据,得出实事求是的检测结论,更好地为水电工程质量的鉴定、验收及工程质量事故的处理提供依据。
参考文献
[1]孙礼文.结构混凝土强度无损检测在工程质量验收中的应用.甘肃水利水电技术,2003,39(3):200.
[2]姚锋,廖烈奎.无损检测技术在混凝土工程中的应用.铁道技术监督.2002,1:34.
[3]朱永涛,徐阳.混凝土强度无损检测技术.南水北调与水利科技.2002,23(2):37.