混凝土強度的無損檢測方法

   日期：2017-05-17

    混凝土作為一種重要的結構材料，廣泛應用于現代土木工程中，其性能及施工質量對混凝土結構工程乃至建筑工程的安全有著直接的影響，因此加強對混凝土質量檢測與控制有著至關重大的意義。

　　

    混凝土強度 的非破損法檢測是指通過檢測儀器測定混凝土的相關物理參數,然后根據這些物理參數與混凝土抗壓強度間的相關關系,推算出被測混凝土的強度的方法。其相關關系的強度方程是通過對相同混凝土標準試塊進行破壞試驗,而后對試驗數據進行回歸分析及數學處理得出的方程，也就是常說的測強曲線。

　　

    非破損法檢測又分為非破損檢測方法和半破損檢測方法。因為半破損檢測方法所造成的局部損傷并不危害結構安全，故從宏觀角度來說，半破損檢測方法也可歸到非破損檢測范疇內。

　　

非破損檢測方法

　　

    非破損檢測方法是在不影響結構或構件混凝土性能的情況下，以混凝土抗壓強度與混凝土其他物理量間的相互關系為基礎測定相關物理量，然后根據測強曲線推算出混凝土的標準強度換算值，最后依照統計原理得出混凝土強度標準值的定值或特征強度。這類方法包括回彈法、超聲脈沖法、射線吸收與散射法、成熟度法等。

【回彈法】

　　

    回彈法是指利用回彈儀檢測普通混凝土結構或構件抗壓強度的方法，其實施過程為：用一個彈簧驅動的重錘，通過彈擊桿（傳力桿）彈擊混凝土表面，測出重錘被反彈回來的距離（圖1中的x），以回彈值（反彈距離與彈簧初始長度之比）作為與強度相關的指標，再由已建立的回歸方程或校準曲線換算出構件混凝土的強度值。其檢測原理如圖1所示。

　　

　 圖1 混凝土回彈法檢測示意

　

    回彈法操作簡便、快速經濟且具有相當的精度，因此在混凝土檢測領域應用較廣泛。但影響回彈法測強精確度的因素有很多，如儀器標準狀態、操作方法、現場條件、構件選取、測區及測點布置以及計算方法等。因此要提高檢測的精度，還需加強對這些影響因素的分析，合理制定及選擇公式。

　　

    同時要注意的是，目前我國回彈法研究成果基本只適用于普通混凝土，同時對現場結構或構件混凝土測強時，回彈測強值僅代表混凝土表層質量，因此使用回彈法必須保證混凝土構件的表面質量與內部質量基本一致。

　　

    20世紀60年代，我國就具備自行生產回彈儀的能力，經過幾十年的發展，數顯式回彈儀的研制技術也已比較成熟。

　　

分體式直讀+數顯回彈儀

　　

【超聲法】

　　

    超聲法是通過測量測距內超聲傳播的平均聲速來推定混凝土強度的方法，其檢測示意如圖2所示。工程上通常采用建立試件中超聲聲速與混凝土抗壓強度相關的統計測強曲線的方法，來實現對混凝土力學性能的檢測和評估。

　　

　　圖2 混凝土超聲法檢測示意

　　

    影響混凝土中超聲聲速測量的因素較多，如試件斷面尺寸溫度和濕度、配筋、骨料、水灰比、齡期、澆搗方向以及內部缺陷等，因此超聲聲速是一個反映其組成情況的綜合性指標，這就要求建立校正曲線時，技術條件盡可能與實際檢測環境接近，以從混凝土材料組分上理解影響聲速測量的原因，從而在實測中加以排除。

　　

    目前超聲法中常用的儀器有：美國通用電氣USM-33、瑞士Proceq Pundit Lab+、奧林巴斯OMNISCAN-MX2、汕頭超聲電子股份有限公司CTS-2020、CTS 9006Plus等。

　　

　　利用超聲法檢測混凝土

　　

半破損檢測方法

　　

    半破損檢測方法是在結構或構件上直接進行局部破壞性試驗或鉆取芯樣進行破壞性試驗，然后根據試驗值與結構混凝土標準強度的相關關系進行換算，而得到標準強度換算值，并據此推算出結構混凝土強度標準值的推定值或特征強度的方法。半破損方法主要包括鉆芯法、拔出法、拉剝法、折斷法、射釘法等方法。

　　

【鉆芯法】

　　

    鉆芯法是利用專用鉆機和人造金剛石空心薄壁鉆頭，從結構混凝土中鉆取芯樣，對芯樣進行檢測來得到混凝土強度和推測混凝土內部缺陷的方法。該方法的優點是直觀、準確、代表性強，缺點是對構件有局部破損，且價格昂貴。

　　

　　混凝土鉆芯

　　

【拔出法】

　　

    拔出法是先測定拔出混凝土中預埋錨固件時的極限拔出力，然后根據預先建立的拔出力和混凝土強度間的相關關系，來推定混凝土強度的方法。該方法于20世紀30年代問世，可分為預埋拔出法（以LOK試驗為代表）和后裝拔出法（以CAOP試驗為代表）。

　　

    我國在1985年前后開始了對該方法的研究，從最初引進儀器到拔出儀的自主研發成功，取得了不少科研成果，并逐步將其應用于工程質量檢測領域。

　　

【綜合法】

　　

    混凝土強度是一個多要素的綜合指標，僅采用單一指標是難以全面反映這些要素的。再者混凝土的構造因素對單一指標的影響程度與對強度的影響程度不盡相同，所以可采用綜合法，也就是采用兩種或兩種以上的方法，對試件進行綜合分析以獲取多個物理參數，并建立混凝土強度與這些物理參量的綜合關系，來實現對混凝土強度的多角度綜合評定。

　　

    現有的綜合法有超聲回彈綜合法、超聲鉆芯綜合法以及聲速衰減系數綜合法等。相較于單一物理量的檢測方法，它能起到取長補短、抵消誤差的作用，從而提高檢測精度與可靠性。

　　

    目前 超聲回彈綜合法 是應用最為成功的綜合法。超聲法測強時，其聲速與混凝土的密實度、均質性及內部缺陷等因素均有密切關系，但它受水泥的品種、養護方法等因素的影響較大；而回彈法測強只能反映混凝土表面的質量情況，不能反映混凝土結構內部缺陷的情況。因此，如果采用超聲回彈綜合法測強，則可以較全面地測定混凝土的質量。

　　

    近年來，超聲鉆芯綜合法、回彈鉆芯綜合法也開始發展起來。非破損法檢測混凝土強度具有簡便、快速、經濟等優點，但因影響混凝土強度的因素較多，故推定出的混凝土強度具有一定的離散性，檢測結果的準確性受到影響。而鉆芯法則更直接，但試驗費用高、周期長，且會造成結構局部破損。因此，可將兩種方法結合起來使用，在混凝土結構上鉆取少量芯樣，將其檢測結果與非破損方法的結果進行對比并修正，則可大大提高非破損檢測的效率和精度。