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非破损实体检测部分
(讲稿)

龚景齐
前言
n 混凝土非破损检测技术是指在混凝土结构或构件的检测过程中，对结构或构件既有性能无影响的无损检测方法；或有暂时影响，经修复能恢复结构原有性能的微破损方法。目前，在港口工程中常用的无损检测方法有下列两类：
n 1.用超声波法检测结构混凝土内部缺陷。
n 2.用回弹仪法、超声回弹综合法、取芯法等检测结构混凝土强度。
n 应用上述两类检测方法监控混凝土质量。
1.超声波法检测混凝土缺陷
n 1.1测试的基本原理
n 超声脉冲波在混凝土介质中传播时，碰到缺陷就会产生：
n 1.脉冲波绕射混凝土缺陷，声程发生变化，声时增大。
n 2脉冲波在缺陷界面时，会产生散射和反射，衰减限度不同，声波能量吸取，首波振幅缩减。
n 3.脉冲波通过缺陷时，部分声波会产生途径和相位变化，不同途径或不同相位的声波叠加后，引起接受信号波形畸变。
n 在鉴定结构混凝土缺陷时，就是借助声学中三个参数综合推断的。在推断混凝土缺陷时须将混凝土组成材料、工艺条件、测试距离和测试方法视为相同，这样才干将各测点的声波传播时间、首波振幅和接受讯号波形进行相对比较，这就是超声波法检测混凝土缺陷的基本原理。

n 1.2检测混凝土缺陷的方法
n 选定结构混凝土缺陷的检测方法，重要依据检测目的和混凝土结构和构件来拟定。检测结构混凝土缺陷方法按换能器类型分类：
n 1.采用平面换能器检测的平面检测
n （1）对测法
n 将一对发射（T）、接受（R）换能器，分别耦合于被测构件的两个表面，两个换能器的轴线位于同一直线上。该方法合用于具有一对互相平行或两个相邻表面可供测试的构件。
n （2）斜测法
n 将一对T、R换能器分别耦合于被测构件的两个表面，两个换能器的轴线不在同一直线上。该方法合用于具有一对互相平行或两个相邻表面可供测试的构件。
n （3）平测法
n 将一对T、R换能器置于被测构件同一表面进行检测。该方法合用于被测部位只有一个表面可供测试的结构。

n 2.采用径向柱状换能器钻孔或预埋管检测
n （1）孔中对测
n 将一对T、R径向换能器分别置于被测结构的两个相应钻孔（预埋管）中，处在同一高度进行测试。该方法合用于大体积混凝土结构和灌注桩混凝土构件的普测。
n （2）孔中斜测
n 将一对T、R换能器分别置于被测结构的两个相应钻孔（预埋管）中，T、R两个换能器不在同一高度而是保持一定高程差进行检测。
n 该方法合用于大体积混凝土和灌注桩构件细测，以进一步查明两个测孔之间的缺陷位置和范围。
n （3）孔中平测
n 将一对T、R径向换能器，或一发一收（一发双收）换能器，置于被测结构的同一钻孔中，以一定的高程差同步移动进行检测。该方法合用于大体积混凝土结构细测。

n 3.采用一个平面换能器和一个径向换能器混合检测
n 将一个径向换能器置于钻孔中，一个平面换能器置放于钻孔周边的表面进行斜测。该方法合用于钢管混凝土构件和被测构件只有一个表面可供测试的结构或构件。
n 1.3混凝土均匀性检测
n 测定混凝土结构或构件的混凝土均匀性，以此评估混凝土结构或构件的内部质量，检测的方法一般采用对测的方法，测试点不宜少于30个。从混凝土界结构或构件上测定的声时值可按下式计算成混凝土声速值v：
n v =s/t （1-1）
n 式中：s—测试距离（m）；
n t—声时（s）。

n 为了比较或评价混凝土结构或构件的质量，采用了数理记录学中的两个记录特性值，即平均声速值mv和变异系数δv。根据工程实测资料记录而得两个经验系数（包含了理论概念）。
n mv ≥3500（m/s） (1-2)
n δv≤5.0% (1-3)
n 当混凝土结构或构件上计算所得的声速平均值mv和变异系数δv两个记录特性值应能同时满足上述两式者，可判为混凝土均匀性合格，反之可判为不合格。
n 1.4混凝土缺陷的检测
n 混凝土缺陷检测可按下列环节进行：
n 1.从混凝土结构或构件均匀性的测量数据，按大小数据的顺序排列：
n vmax＞v1＞v2＞v3……＞vmin

n 2.将vmin按下式鉴别混凝土缺陷可疑值和缺陷警告值：
n （1）混凝土缺陷可疑值
n vmin≤mv-η1Sv (1-4)
n （2）混凝土缺陷警告值
n vmin≤mv-η2Sv (1-5)
n （3）η1、η2值
n η1、η2值 表1-1

n 当混凝土缺陷可疑值和警告值测点拟定后，可按混凝土缺陷检测方法进行细测，拟定混凝土缺陷的性质、位置和范围。这里必须指出，判别混凝土缺陷测点的方法虽根据超声波法测定混凝土缺陷的基本原理，但具体的方法是按照粗大误差判据剔除，从记录学角度上观测，混凝土声速平均值mv和标准差Sv很逼近，容易引起推断误差，所以在《港口工程混凝土非破损检测技术规程》规定，当已拟定混凝土缺陷的测点，必要时可采用钻取芯样试件验证。
n 1.5混凝土裂缝深度检测
n 混凝土出现裂缝较为普遍，一般认为混凝土结构的破坏都是从裂缝开始的。因此，对裂缝深度的检测是十分重视的。当检测深度≤500mm时可采用单面平测法；当检测深度＞500mm时可采用钻孔法的对测法检测，根据声时和振幅两个参数鉴定混凝土裂缝深度。
2.检测结构混凝土强度
n 2.1一般规定
n 现场结构混凝土强度检测采用抽样检查方法，将受检的混凝土构件按其混凝土强度等级相同、施工工艺相同，混凝土龄期基本相同可划为一个检测批，从检测批中随机抽取
构件总数或结构面积的30%，且不宜少于5个构件组成样本，以此鉴定检测批的结构混凝土强度。
n 样本中的混凝土构件或结构，需进行超声波法检测混凝土均匀性，混凝土均匀性合格的构件，才干进行结构混凝土强度检测。

n 2.2检测方法
n 结构混凝土强度检测方法一般采用回弹仪法、超声回弹综合法和取芯法。
n 1.回弹仪法
n （1）回弹仪的基本原理是借助一定能量的弹击拉簧，联结在一定重量的钢锤，通过弹击拉簧的作用，使钢锤冲击弹击杆，将能量传递给混凝土表面，根据钢锤的回弹高度推导结构中混凝土强度。由此可见，回弹仪测定混凝土强
度是表面强度，有效深度约30mm。
n 根据回弹仪的冲击能量分为：
n ①中型回弹仪：冲击能量2.20J；
n ②重型回弹仪：冲击能量29.4J；
n ③高强度回弹仪：冲击能量9.8J。

n （2）回弹仪的标准状态，应符合回弹仪冲击能量的前提下，钢钻率定值符合表2-1所示值：
n 钢钻率定值 表2-1

n （3）回弹仪测区布置和回弹测点
n 每个混凝土构件不宜少于3个测区。每个测区不宜少于16个回弹测点，当有两个侧面时，每个侧面有8个回弹测点，共计16个回弹测点；当只有一个侧面时，应弹击16个回弹测点。每个测区中16个回弹测点数据中，应舍弃3个最大值和3个最小值，剩余10个测试数据计算其算术平均值Rm，成为测区回弹值Rm。

n （4）测试数据整理
n 测区回弹值Rm应以回弹仪水平方向测试混凝土浇筑侧面的测值为基准。当回弹仪在非水平方向测试时，应对其值进行修正。当混凝土的碳化深度大于或等于1.0mm时，应进行修正。
n （5）混凝土强度换算
n 用测定的回弹值换算混凝土强度时，宜优先采用专用测强
曲线。 当无专用测强曲线时，可按通用测强曲线换算。
n （6）经碳化修正后的混凝土强度换算值：
n （2-1）
n 式中： — 非破损方法推定的混凝土强度值（MPa）；
n — 回弹仪法、超声回弹综合法等非破损方法测定的混凝土强度值；
n t— 正态分布概率度。对于专用测强曲线，t=0.5；对于通用测强曲线，t=1.0；
n —剩余变异系数。对于专用测强曲线，可自行求得；对于通用测强曲线，取=0.14；

n 2.超声回弹法
n 超声回弹法系指用超声波检测仪和回弹仪在混凝土结构或
构件的同一测区内，测得的混凝土声速平均值mv和回弹平
均值Rm，并以此推定混凝土强度。
n 每个混凝土构件应布置3个测区，一个测区面积应是一个矩形面积或正方形面积，网格面积约为225平方厘米~2500
平方厘米 。一个测区有4个声速平均值mv和剩余10个回
弹测点平均值Rm组成，以此换算测区混凝土强度值。换算测区混凝土强度值应优先采用专用混凝土强度曲线；当无
专用测强 曲线时，可采用通用测强曲线。测区中的回弹值
Rm可不经碳化修正。
n 混凝土强度推定可按回弹仪法推定的混凝土强度的方法进行。

n 3.取芯法
n 取芯法系指在混凝土结构或构件上钻取芯样试件，直接测定混凝土强度。
n 用取芯法钻取混凝土芯样试件，在1984年编制的国际标准《检测结构混凝土强度标准》（草案）中规定，结构中混凝土强度是以芯样试件强度为代表，芯样试件直径φ100mm×高度h100mm的芯样试件强度值相称于边长150mm立方体试件强度值。鉴于我国混凝土施工验收规范中规定：混凝土强度鉴定是以边长150mm立方体试件为依据。因此，将φ100mm×高度h100mm的芯样试件强度值成为标准芯样试件强度。当大于或小于标准芯样试件者，称为非标准芯样试件，必须乘以一个系数，将它换算成标准芯样试件强度，参与混凝土强度鉴定。
n 结构混凝土强度系指混凝土构件或结构中的混凝土，由于混凝土运送、浇注、捣实和养护等因素的影响，与浇筑时留置的混凝土试件，放于标准养护室内养护28d的标准混凝土试件强度是有差异的。这个差异系数经天津港湾工程研究所和河海大学共同研究，通过工程实际检查，采用记录方法记录计算，取得差异系数列于表2-2；
n k0值 表2-2

n 注：k0—差异系数
n 表2-2中所列数值，已被港口工程设计规范采用。
n 混凝土芯样试件强度代表值可按下式计算试件抗压强度推定值； （2-2）

n 式中： —芯样试件强度（MPa）。

n 2.2混凝土强度的合格鉴定
n 混凝土强度的合格鉴定宜采用超声回弹综合法，当不具有条件时，也可采用回弹法。由于制定混凝土强度的合格鉴定期，受到1984年24届国际会议的影响（参与国际会议论文集编译工作），对非破损检测的结构混凝土强度的鉴定较为严格，采用了两个环节：
n 1.初步鉴定
n 将回弹仪法、超声回弹综合法推定的结构混凝土强度值可按下列方法鉴定：
n （1）检测批鉴定：当构件数n≥5时，应能同时满足式（2-3）和式（2-4），可判为合格，反之可判为不合格。
n (2-3)
n (2-4)
n 式中： — 同一检测批的测区强度平均值（MPa）；
n — 同一检测批的测区强度标准差（MPa）;
n — 混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；
n — 系数，按表2-3选取：
n 值 表2-3
n —混凝土立方体强度的标准差平均值水平（MPa），可按表2-4选取：
n 值 表2-4
n （2）单个构件鉴定方法：
n 当构件内的测区数n≥3时，同时满足式（2-5）和式（2-6）时，可判为合格，反之可判为不合格。
n （2-5）
n （2-6）
n 式中： — 系数，取值与表2-4 值相同。
n 2.复验鉴定
n 当初步鉴定为不合格时，可采用钻取芯样试件对非破损的检测结果进行校核或修正后再进行复验。
n 复验鉴定方法是在非破损方法推定的测区强度平均值的邻近测区内钻取芯样抗压试件，钻取芯样数量不宜少于5个。钻取的芯样试件按规定的方法进行抗压强度实验，按（2-2）式计算试样抗压强度推定值。校核系数可按下式计算：
n （2-7
n 式中： — 校核系数；
n — 芯样试件测区强度平均值（MPa）；

n 将计算所得的校核系数，按下式逐个修正非破损方法推定的测区混凝土强度代表值：
n （2-8）
n 式中： — 第i个用非破损方法推定的测区强度值（MPa）。
n 将修正后的测区强度值按初步鉴定规定的结构混凝土强度验收合格标准进行鉴定。
n 3.复验鉴定后的解决
n 当复验不合格时，可从剩余的混凝土结构或构件中再抽取30%组成样本，进行结构混凝土强度检测。
n 4.当组成的新样本检查结果仍不合格时，对剩余的构件全数检测，按单个构件进行鉴定。
n 2.3检测报告
n 检测完毕后应编写检测报告。