混凝土无损检测技术及应用doc.docx
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混凝土无损检测技术及应用doc
混凝土无损检测技术及应用
1概述
混凝土无损检测技术，是在不破坏结构构件的前提下，直接从结构物上测试，推定混凝土强度或缺陷以及钢筋位置，可对混凝土结构进行重复测试，它既适用于工程建设过程中混凝土质量监测，又适用于工程竣工验收和建筑物使用期间混凝土质量检定[1]。
本文主要介绍超声回弹综合法和电磁感应法在建筑物结构混凝土质量检测中的应用，不妥之处，敬请指正。
超声回弹综合法[1，2]是以声速值、回弹值与混凝土强度之间的相关关系为基本依据，在自然状态下测试出混凝土的某些物理量，进而按相关关系推算出混凝土的特征强度。
然而混凝土是一种多相复合材料，均质性较差，应用单一的无损检测方法（如单一回弹法或超声法）推算混凝土强度，因影响因素多，使推算的混凝土强度不能达到一定的精度。
如果采用两种或两种以上的无损检测方法，获取多种物理力学参量，并建立混凝土强度与多项物理力学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力学参量，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，因而它比单一物理量的无损检测方法具有更高的准确性和可靠性。
电磁感应法[3]是人工向混凝土构件发射脉冲电磁波并对其内部的金属物（如钢筋）产生电磁感应作用，从而使该金属物产生感应电流，于是在其周围形成二次电磁场，通过专业仪器观测感应电磁场的变化或异常即可确定混凝土内部钢筋的位置和埋深（即保护层厚度）。
2检测方法与技术
2.1超声回弹综合法
首先选定待测混凝土构件，并按规程或有关规定布置一定数量的测区（测区尺寸为20×20cm2；相对应的两个20×20cm2方块视为一个测区），然后按图1布点方式进行回弹值、超声声速值的测试（对于同一测区宜先进行回弹测试，后进行超声测试）。
2.1.1回弹法
在每个测区相对应的两个测面上分别测读8个回弹值（如图1所示，两面共测取16个回弹值），剔除3个最大值和3个最小值后，将剩余的10个回弹值进行平均取得该测区的平均回弹值，计算公式如下：
式中：
Rm—测区平均回弹值；Ri—第i个测点的回弹值。
如非水平状态测得的回弹值，应按下式进行修正：
如顶面或底面测得的回弹值，应按下式进行修正：
式中：
Ra—修正后的测区回弹值；Raα—测试角度为α的回弹修正值，可查表得到；Rat—测试顶面回弹修正值，可查表得到；Rab—测试底面回弹修正值，可查表得到。
测试时，如仪器处于非水平状态，同时构件测区又非混凝土的浇筑侧面，则应对测得的回弹值，先进行角度修正，后进行浇筑面修正。
2.1.2超声法
在每个测区相对应的两个测面上各布置3个测点（如图1所示），在保证换能器与混凝土耦合良好的前提下，使发射和接收换能器在同一轴线上。
测区声速采用下式计算：
式中：
vi—测区声速值，m/s；l—超声测距，m；tmi—第i个测区平均声时值，s；t1、t2、t3—分别为测区中3个测点的声时值，s。
当在混凝土浇筑的顶面和底面测试时，由于上表面砂浆较多强度偏低，底面粗骨料较多强度偏高，综合起来与成型侧面是有区别的，另外浇筑表面不平整，因此，会使声速偏低，所以进行上表面与底面测试时声速应进行修正：
式中：
va—修正后的测区声速值，m/s。
2.2电磁感应法
现场施测首先选定待测混凝土构件，并在该构件上确定测试面，然后使探针轴线平行于设计钢筋走向并从混凝土测试面的边部或任意一点在垂直探针轴线的方向上移动探针来测定钢筋位置和保护层厚度。
如果混凝土内分布有主筋和箍筋时应分别测定，首先圈定主筋（或箍筋）的位置和展布情况，然后在两个相邻箍筋（或主筋）的中间部位顺其走向进行测试，即可精确测定主筋（或箍筋）的位置和保护层厚度。
3工程概况
某居民小区位于胶东半岛某市的经济技术开发区，由20余座住宅楼和商业网点楼以及小区花园等建筑物组成。
其中1#、6#、7#、8#住宅楼均为六层框架结构，建筑面积分别为3390m2、3390m2、4050m2、4812m2。
工程于2002年10月开工建设，至2003年3月整体工程已进入装修、装饰阶段。
受建设单位委托，水利部天津水利水电勘测设计研究院岩土工程技术中心工程质量检测部，于2003年3月28～31日对该项目框架现浇混凝土构件强度及钢筋分布情况进行了抽样检测。
至测试之日，抽样中混凝土构件的龄期基本达到28天的要求。
抽检结果较为全面、客观的反映了该结构混凝土强度指标和钢筋的分布特征，为建设工程的竣工验收和评价提供了科学依据。
使用仪器为：
①北京市康科瑞工程检测技术有限责任公司生产的HT—225W全自动数字式回弹仪；②湖南湘潭市自动化技术研究所生产的SD-1型声波检测仪以及与之配套的50kHz平面型厚度振动模式换能器；③瑞士PROCEQAZURICH公司生产的PROFOMETER5型混凝土钢筋扫描仪。
测试所用仪器设备均在计量认证有效期内，现场实施期间性能稳定、工作正常。
4检测结果及分析
4.1混凝土强度检测
由各构件不同测区内测得的声速值和回弹值，按照《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CECS02：
88）推荐的结构混凝土测强计算公式（7）（当粗骨料为碎石时）换算混凝土强度：
式中：
fcuc,i—第i测区混凝土强度换算值，MPa；vai—第i个测区修正后声速值，km/s；Rai—第i个测区修正后的回弹值。
结构或构件的混凝土强度推定值fcu,e可按：
①单个构件处理，②批量构件处理等方式求得（具体步骤详见有关规范或规程），选用时应视具体情况而定。
本次抽检按单个构件处理方式求取混凝土强度推定值，即取该构件各测区中最小的混凝土强度换算值为该构件强度推定值。
测试成果按建筑物分类进行数理统计得表1及混凝土推定占设计强度等级百分比的分布图（图2）。
表1 混凝土构件检测结果统计表
建筑物名称
抽检构
件数量
设计强
度等级
推定强度（MPa）
离差系数
（%）
范围值
平均值
标准差
1#住宅楼
36
C30
29.2～37.3
33.39
2.27
6.79
C25
23.1～39.8
28.81
4.37
15.17
6#住宅楼
25
C25
25.5～28.9
27.05
1.36
5.02
C20
23.6～36.1
28.90
3.22
11.14
7#住宅楼
25
C25
32.7～41.1
37.04
3.07
8.28
C20
20.0～35.2
26.18
4.63
17.68
8#住宅楼
30
C25
25.0～35.8
32.20
3.89
12.08
C20
21.0～32.3
27.01
3.23
11.95
根据测试结果，结合测试期间施工进度的具体情况，分析表1及图2可得如下基本结论：
①1#住宅楼抽检结果：
抽检构件中有11.1%的构件强度低于设计强度等级，其中设计强度等级为C30构件的推定最大强度值为37.3MPa，达到设计强度等级的124.4%，而构件最小强度值为29.2MPa，达到设计强度等级的97.3%；设计强度等级为C25构件的推定最大强度值为39.8MPa，达到设计强度等级的159.1%，而构件最小强度值为23.1MPa，达到设计强度等级的92.3%，说明抽检构件中绝大多数混凝土强度达到或超过设计强度等级，最小的也达到设计强度的92%以上，基本满足设计要求。
②6#住宅楼抽检结果：
抽检构件中混凝土强度均达到或超过设计强度等级，其中设计强度等级为C25构件的推定最大强度值为28.9MPa，达到设计强度等级的115.5%，而构件最小强度值为25.5MPa，达到设计强度等级的101.8%；设计强度等级为C20构件的推定最大强度值为36.1MPa，达到设计强度等级的180.3%，而构件最小强度值为23.6MPa，达到设计强度等级的140.6%，满足设计要求。
③7#住宅楼抽检结果：
抽检构件中混凝土强度均达到或超过设计强度等级，其中设计强度等级为C25构件的推定最大强度值为41.1MPa，达到设计强度等级的164.4%，而构件最小强度值为32.7MPa，达到设计强度等级的130.9%；设计强度等级为C20构件的推定最大强度值为35.2MPa，达到设计强度等级的176.2%，而构件最小强度值为20.0MPa，达到设计强度等级的100%，满足设计要求。
④8#住宅楼抽检结果：
抽检构件中混凝土强度均达到或超过设计强度等级，其中设计强度等级为C25构件的推定最大强度值为35.8MPa，达到设计强度等级的143.4%，而构件最小强度值为25.0MPa，达到设计强度等级的100.1%；设计强度等级为C20构件的推定最大强度值为32.3MPa，达到设计强度等级的161.7%，而构件最小强度值为21.0MPa，达到设计强度等级的105.0%，满足设计要求。
另外，图2表明，尽管抽检混凝土构件推定强度满足或基本满足设计要求，但强度分布范围较大，数据较离散，呈多峰型（1#楼为单峰），表明混凝土的均匀性较差，其施工质量并不稳定。
相对而言，所测建筑物混凝土的整体均匀性和施工质量由优到劣的顺序为：
1#楼→8#楼→6#楼→7#楼。
4.2钢筋位置及保护层厚度检测
通过抽样检测，构件内钢筋分布基本均匀，保护层厚度为20～48mm。
实测典型记录见图3。
图3 混凝土构件钢筋扫描图
5结语
无损检测技术具有非破损、简便、快速、便于大面积测试等优点，已在工业与民用建筑、水利、电力等工程建设项目的混凝土质量检测和评价中得到广泛应用，取得了良好的应用效果，并在工程实践中不断总结、完善和提高。
超声回弹综合法利用声速和回弹这两个物理量来推定混凝土强度，较为全面客观地反映了影响混凝土强度的各种因素，提高了无损法检测混凝土强度的精度。
这是因为声速主要反映材料的密实度，而密实度与材料强度有关，同时，由于它穿过材料，因而也反映了材料内部结构的均匀性、连续性等各项质量指标。
回弹值则反映了材料的表面硬度，而硬度也与强度有关，因此能确切地反映混凝土表面（深3cm左右）的状态。
可见，超声回弹的综合应用，能较确切地反映构件混凝土强度，对保证新建工程质量，以及对已建工程的安全性评价等方面提供科学依据。
其中声波法还可用于混凝土内部缺陷的检测。
而电磁感应法——钢筋扫描仪的发射功率有限，测试深度（即保护层厚度）范围取决于待测钢筋的直径，并与相邻钢筋的距离以及周围其它电磁干扰有关，故一般情况下钢筋扫描仪实际测试深度（即保护层厚度）不大于15cm，此探测深度对一般建筑物的混凝土构件检测已满足要求。
当探测较深部的钢筋或金属物时可采用电磁辐射法——地质雷达来测定，此技术还可用于混凝土内部缺陷的检测。
参考文献
1.国家建筑工程质量监督检验中心主编.混凝土无损检测技术[M].北京：
中国建材工业出版社，1996.
2.刘康和.超声回弹综合法推定混凝土强度的实例[J].水电站设计，1995，11
（2）86～87.
3.雷林源.城市地下管线探测与测漏[M].北京：
冶金工业出版社，2003.
混凝土无损检测技术在永久船闸中的应用
摘要：
三峡工程永久船闸闸室混凝土衬砌墙以及输水隧洞衬砌墙均为钢筋混凝土薄壁结构，考虑到薄壁钢筋混凝土结构质量检测工作量极大和钢筋布置等各种现场与设计条件的制约，混凝土浇筑质量的检测不宜大量采用钻孔取芯法。
无损检测方法较适用于永久船闸不同结构混凝土内部质量的检测，经有关单位对永久船闸衬砌混凝土检测方法的试验研究和验证，认为无损检测可以定性的反映大的质量异常。
关键词：
永久船闸；薄衬砌墙；施工质量；无损检测
1概述
混凝土材料在土木建筑工程中得到广泛应用，尤以水电工程用量巨大。
由于其抗拉强度相对较小，可能产生裂缝，或者施工振捣不足，内部存在蜂窝狗洞、或建筑物使用期长而碳化、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，利用声、光、电、磁和射线等方法，测定有关混凝土性能方面的物理量，推定混凝土强度、密实性、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、可进行重复测试，它既适用于工程施工过程中混凝土质量的监测，又适用于工程的竣工验收和建筑物使用期间混凝土质量的检定。
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较快发展和广泛应用。
三峡工程永久船闸为双线五级连续船闸，四条长达1640m的闸室混凝土衬砌墙以及输水隧洞衬砌墙均为钢筋混凝土薄壁结构，考虑到结构质量检测工作量极大和钢筋布置等各种现场与设计条件的制约，不宜大量采用对结构混凝土具有一定损伤的钻孔取芯法。
应该说，可靠准确的钢筋混凝土内部质量无损检测方法较适用于永久船闸不同结构混凝土内部质量的检测。
为选择适用可信的钢筋混凝土无损检测方法，建立相应的检测评判标准，针对永久船闸地面与地下衬砌混凝上进行了检测方法的试验研究和验证。
2几种主要混凝土无损检测技术的比较
无损检测方法包括回弹法、超声波法、射线法和垂直反射法等，其中以回弹仪和超声仪为主要仪器的无损检测方法操作最为方便，使用最为普及，是国内外学术界公认的基本无损检测技术。
另外，在地球物理勘测中经常采用地震波法和这些年发展起来并得到应用的地质雷达法。
2.1回弹法
回弹法是在混凝土侧面或顶面（底面）均匀布置一定数量的测点，利用回弹仪测得混凝土的回弹值，并根据已知的测强曲线，以及混凝土抗压强度与混凝土表面回弹值之间存在的统计相关关系，通过换算求得混凝土当前状态的强度。
以检验混凝土的质量和抗压强度。
其优点在于：
仪器构造简单，方法易于掌握；测试工作有较好的灵活性，可以在结构物的任何部位迅速进行；适用于施工现场对混凝土的强度进行随机的、大量的检测。
但是，回弹法反映的仅是混凝土表面10～15mm厚范围内的质量，即只能用于检测混凝土表面的质量。
2.2超声波法
超声波法是在被测体的表面或钻孔内布置一定的测点，利用低频超声波测混凝土的波速，根据已知的标准状态的声速来检测混凝土的质量（均匀性及内部缺陷）和强度。
测量时，可在被测体的表面、相向的两对侧面进行对测，也可以钻孔进行单孔或跨孔测量。
其优点有：
测试时超声脉冲穿透混凝土的全部厚度或较深的内部混凝土，试验结果能够较好地反映被测结构物的质量；测试工作有较好的灵活性；可以在同一部位进行多次重复测试；无需钻孔检测混凝土结构内部缺陷。
但是，超声波法测试数据受耦合条件和钢筋影响较明显。
2.3垂直反射法
垂直反射法是种极小偏移距离（收发距离很小）的反射方法，其工作原理是由发射探头向混凝土块发射一声脉冲波，在波传播过程中遇到波阻抗有明显差异（如架空、蜂窝等）时将产生反射波而返回到混凝土表面被接收传感器接收。
通过对记录下的弹性波信号的振幅、相位、频率等进行分析，即可判断出混凝土中的缺陷。
该方法可在混凝土单表面进行，当向被探测对象激发一纵波时，传感器所接收到的反射信号中只有纵波，不含横波等其它类型的转换波，记录波型的成份单一，资料分析十分简单。
但它要求反射震源和接收检波器必须具有短余振特性，并要解决好高频与大功率之间的矛盾。
2.4地质雷达法
雷达法是利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，由地面通过发射天线定向送人地下，经过存在电性差异的混凝土反射后返回地面，被接收天线接收，电磁波在混凝土传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过混凝土的电性与状态而变化。
当发射与接收天线以固定的间距沿测线同步移动时，就可以得到反映测线以下混凝土缺陷分布情况的雷达图像。
混凝土均一性差时（如存在蜂窝、架空等），这部分区域与周围混凝土电性差异增大，反射波增强；当其完整致密时，混凝土性质相对均一，反射波很弱。
该方法可根据波形记录直接分析混凝土内部缺陷的分布和形态，具有可视性；可根据探测深度、分辨率的要求选用不同频率的天线；可在结构物表面进行，灵活性较好，在同一部位可进行多次重复测试。
但混凝结构中布置的钢筋增加了混凝土内部缺陷雷达回波信号的识别难度。
3混凝土无损检测现场试验与成果浅析
近二年内永久船闸结构混凝无损检测试验情况见表1.
长江工程地球物理勘测研究院应用地质雷达法对永久船闸三闸室中北16块直立墙进行了检测。
本次试验共布置四条剖面：
三条纵剖面（长20m），一条横剖面（长8m）使用仪器为加拿大产EKK01000型雷达，探测方法为剖面法（CDP），即：
固定天线距和点距，系统沿测线同步移动，记录点为发射天线（T）与接收天线（R）的中点，为兼顾深测深度与分辨率，工作频率选用了450MHZ，天线距为0.25m，点距为0.1m.对四条测线作剖面测量，所得资料进行处理获得四张雷达剖面图。
检测结果表明，只要积累较丰富的雷达深测经验，掌握正确的现场检测和资料处理方法，在永久船闸直立衬砌墙的钢筋分布条件下，雷达法是可以进行有效检测的。
武汉创新工程地球物理高科技发展有限公司采用弹性波垂自反射法，在永久船闸选取了两个部位进行混凝土施工质量无损检测试验。
其一是永久船闸北一闸室墙06#块，观测方式为测量点距0.1m，测线距为0.8m，发射和接收偏移距离为零并同步移动。
试验仪器为由该公司自行研制生产的LXⅡ一A岩土工程质量检测分析仪。
根据检测资料分析，每条剖面都在3.8m、7.8m左右有异常反映，埋深均为1m左右，因每条检测测线都垂直通过预埋混凝土排水管。
因此，推断这些异常是由预埋混凝土排水管产生，除此外均无明显质量缺陷，浇筑质量较好。
其二是输水洞北五N129#块，测线距为1.0m，测点距为0.2m，发射和接收偏移距为零并同步移动，用凡士林作耦合剂，进行了三条剖面的观测，并利用该公司开发的信号处理软件对数据进行分析、处理。
认为：
①本块混凝土未看到架空、蜂窝等缺陷；②从混凝土的施工质量检测效果看来，检测资料一致性较好，此垂直弹性波反射法对板状体质量检测具有较好的效果。
4建议
永久船闸衬砌墙等薄壁结构混凝土不同于大体积混凝土，其钢筋密集，且有表面过流及防渗要求，不能完全套用大体积混凝土钻孔取芯检查的方法。
无损检测方法现场试验定量分析精确度虽嫌不够，但可以定性反映大的质量异常。
永久船闸结构混凝土质量检查，应采取针对性检测验证与重要关键部位针对性检测的原则。
检测方法可采用雷达法与垂直反射互补进行无损检测，局部辅助钻孔取芯。
首先根据施工资料或外观检查，有异常影响质量评定时，进行有针对性的无损检测。
当无损检测亦不能判断质量问题时不排除必要的钻孔取芯检查。
（注：
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