混凝土強度檢測橋梁工程論文

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1超聲回彈綜合法

1.1基本原理

超聲回彈綜合法是利用聲速和回彈這兩個物理量來推定混凝土強度。聲速主要反映材料的密實度，而密實度與材料強度有關(guān)?；貜椫祫t反映了材料的表面硬度，而硬度也與強度有關(guān)，因此能確切地反映混凝土表面(深3cm左右)的狀態(tài)。測得兩個指標后，利用已建立起來的測強公式推算該測區(qū)混凝土強度。

1.2測試方法及注意事項

1.2.1測試方法選擇根據(jù)構(gòu)件的幾何形狀、所處環(huán)境、尺寸大小以及所能提供的測試表面等條件，選用不同的超聲測試方法：

（1）對測法。當混凝土被測部位能提供一對相互平行的測試表面時，可采用對測法檢測。例如檢測一般混凝土柱、梁等構(gòu)件；

（2）角測法。當混凝土被測部位只能提供兩個相鄰表面時，雖然無法進行對測，但可以采用丁角方法檢測。例如檢測旁邊存在障礙物的混凝土柱子；

（3）平測法。當混凝土被測部位只能提供一個測試表面時，可采用平測法檢測。

1.2.2超聲平測法測區(qū)布置及測試注意事項

（1）應(yīng)在構(gòu)件上均勻布置測區(qū)，每個構(gòu)件上測區(qū)數(shù)不應(yīng)少于10個；

（2）為了避開鋼筋的影響，布置平測超聲測點時，應(yīng)使發(fā)射（F）和接收（S）換能器的連線與測點附近鋼筋軸線保持一定夾角，一般控制在40°～50°，對預(yù)應(yīng)力混凝土梁體，還應(yīng)完全避開預(yù)應(yīng)力孔道的位置；

（3）平測時測距宜保持在200～500mm；

（4）宜采用在每測區(qū)畫方格網(wǎng)的方法控制測距，且最好給兩換能器配備合適的定位設(shè)施，以避免測距的誤差導致最終結(jié)果不準，尤其是在測量求平測聲速修正系數(shù)相關(guān)的一系列聲時值時。

1.3數(shù)據(jù)的處理分析

1.3.1混凝土聲速計算與修正平測時某測點的聲速應(yīng)按式（1）計算，精確至0.01km/s。vi=li/(ti-t0)（1）式中:vi———第i點平測聲速值（km/s）;li———第i點F、S換能器中心之間的距離（mm）;ti———第i點聲時讀數(shù)；t0———聲時初讀數(shù)（sμ）。平測修正后的混凝土中聲速代表值應(yīng)按式（2）計算，精確至0.01km/sva=(λ∑vi)/n（2）式中:va———為平測修正后的平測時混凝土中聲速代表值（km/s）；∑vi——為該測區(qū)各測點的平測聲速值之和（km/s）；n———為該測區(qū)的測點數(shù)量；λ———為平測聲速修正系數(shù)。測試面修正后的混凝土中聲速代表值應(yīng)按式（3）計算，精確至0.01km/s。v=βva（3）式中:v———修正后的平測時混凝土中聲速代表值（km/s）；β———超聲測試面的聲速修正系數(shù)，頂面平測為1.05，底面平測為0.95，測面1.0。在進行超聲波平測時，測區(qū)混凝土聲速的確定要根據(jù)所測構(gòu)件測試面的實際情況求出修正系數(shù)λ，先對平測聲速進行適當修正后，再進行混凝土強度計算，不能盲目套用某種修正方法或某一修正系數(shù)，否則會引起較大誤差。實際工程檢測中，如有條件在同一測試部位做平測和對測比較，可求出實際修正系數(shù)，按實測修正系數(shù)λ對平測聲速進行修正。當無條件做對比測試時，可選取有代表性的部位，依次改變發(fā)射和接收換能器之間的距離（如200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200mm）進行平測,逐點讀取相應(yīng)聲時值，然后以測距l(xiāng)i與對應(yīng)聲時ti求回歸方程l=a+bt,其中回歸系數(shù)b相當于對測時的混凝土聲速Vd，然后以Vd與各測點聲速的平均值Vm進行比較，求出該狀態(tài)下的平測聲速修正系數(shù)λ。

1.3.2混凝土強度換算測區(qū)混凝土強度的換算應(yīng)優(yōu)先采用地區(qū)測強曲線，若無地區(qū)測強曲線，可采用全國統(tǒng)一測區(qū)混凝土強度換算表換算。

1.3.3混凝土強度推定構(gòu)件測區(qū)數(shù)少于10個時，按式（4）計算。fcu.e=fcuc.min（4）式中：fcuc.min———構(gòu)件最小的測區(qū)混凝土抗壓強度換算值（MPa）；fcu.e———構(gòu)件的混凝土抗壓強度推定值（MPa）。構(gòu)件測區(qū)數(shù)不小于10個或按批量檢測時，按式（5）計算。fcu.e=mfcuc-1.645sfcuc（5）式中：mfcuc———構(gòu)件測區(qū)混凝土抗壓強度換算值的平均值（MPa）；sfccu———構(gòu)件測區(qū)混凝土抗壓強度換算值的標準差（MPa）。出現(xiàn)下述三種情況時，構(gòu)件不能按批推定強度，應(yīng)全部按單個構(gòu)件檢測推定強度。

（1）該批構(gòu)件混凝土強度平均值小于25.0MPa，標準差sfccu＞4.50MPa；

（2）該批構(gòu)件混凝土強度平均值在25.0～50.0Ma，標準差sfccu＞5.50MPa；

（3）該批構(gòu)件混凝土強度平均值大于50.0MPa，標準差sfccu＞6.50MPa。

1.4超聲回彈綜合法的特點

與單一回彈法相比，綜合法測試精度高、適用范圍廣、能夠較全面地反映結(jié)構(gòu)混凝土的實際質(zhì)量等優(yōu)點。平測法只能反映淺層混凝土的質(zhì)量，對于厚度較大的板式結(jié)構(gòu)（如混凝土承臺、筏板等）不宜用平測法，可沿結(jié)構(gòu)表面每間隔一定距離鉆一個φ40～φ50mm的超聲測試孔，用徑向振動式換能器進行聲速測量。影響超聲波聲速的因素很多，如混凝土的砂率、混凝土的坍落度、石料比重、測距、溫度等。為了提高綜合法所測結(jié)果的準確性，不同地區(qū)宜根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況，試驗研究得出該地區(qū)的各種聲速影響因素的程度，從而在推定混凝土強度之前對聲速進行修正，以提高最終結(jié)果的準確性。

2鉆芯法

2.1基本原理

鉆芯法是利用專用鉆芯機從被檢測的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上直接鉆取圓柱型的混凝土芯樣，并根據(jù)芯樣的抗壓試驗強度來推定混凝土的抗壓強度，是較為直觀可靠的檢測混凝土強度或觀察混凝土內(nèi)部質(zhì)量的局部半破損現(xiàn)場檢測方法。相對于非破損法和其他半破損法而言，鉆芯法由于具有不受混凝土齡期限值、測試結(jié)果誤差范圍小、直觀、能真實地反映混凝土強度等諸多優(yōu)點，在實際工程中得到廣泛的應(yīng)用。但是，鉆芯會造成結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的局部破壞,因此其測點的數(shù)量受到嚴格的限制,不可在構(gòu)件上普遍使用。

2.2鉆芯位置

芯樣應(yīng)在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的下列部位鉆取：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力較小的部位；混凝土強度質(zhì)量具有代表性的部位；便于鉆芯機安放與操作的部位；避開主筋、預(yù)埋件和管線的位置，并盡量避開其它鋼筋；用鉆芯法和其他方法綜合測定強度時，鉆芯部位應(yīng)有該方法的測區(qū)或在其測區(qū)附近。固定鉆機鉆取芯樣,取出芯樣進行編號,并記錄被取芯樣的構(gòu)件名稱、位置和方向。結(jié)構(gòu)物的芯樣鉆取后所留下孔洞應(yīng)及時進行修補,以保證其正常工作。

2.3芯樣試件處理

芯樣應(yīng)為公稱直徑100mm、高徑比為1:1的混凝土圓柱體試件。芯樣試件內(nèi)不應(yīng)含有鋼筋。如不能滿足此項要求，每個試件內(nèi)最多只允許含有二根直徑小于10mm的鋼筋，且鋼筋應(yīng)與芯樣軸線基本垂直并不得露出端面。小直徑芯樣不得帶有鋼筋。芯樣外觀尺寸對強度的影響主要取決于端面的平整度、平行度和垂直度。鋸切后的芯樣，當不能滿足平整度及垂直度要求時，應(yīng)進行端面補平加工,補平層與芯樣層要結(jié)合牢固,以使受壓時的補平層與芯樣的結(jié)合面不提前破壞。芯樣試件一般應(yīng)在自然干燥的狀態(tài)下進行試驗。當結(jié)構(gòu)工作條件比較潮濕，需要確定潮濕狀態(tài)下混凝土的強度時，芯樣試件宜在20℃±5℃的清水中浸泡40～48h，從水中取出后立即進行試驗。

2.4芯樣試件的試驗和抗壓強度值的計算

芯樣試件進行抗壓試驗時，應(yīng)按現(xiàn)行國家標準《普通混凝土力學性能試驗方法》GB/T50081中對立方體試塊抗壓試驗方法進行。芯樣試件的混凝土抗壓強度可按式（6）計算：fcu,cor＝Fc/A（6）式中：fcu,cor———芯樣試件的混凝土抗壓強度值（MPa）；Fc———芯樣試件的抗壓試驗測得的最大壓力（N）；A———芯樣試件抗壓截面面積（mm2）。檢測批混凝土強度推定區(qū)間的確定方法：由于抽樣檢測必然存在著抽樣不確定性，給出確定的推定值必然與檢測批混凝土強度值的真值存在偏差，因此給出一個推定區(qū)間更為合理。推定區(qū)間是對檢測批混凝土強度真值的估計區(qū)間。鉆芯確定單個構(gòu)件的混凝土強度推定值時，有效芯樣試件的數(shù)量不應(yīng)少于3個；對于較小構(gòu)件，有效芯樣試件的數(shù)量不得少于2個。單個構(gòu)件的混凝土強度推定值不再進行數(shù)據(jù)的舍棄，而應(yīng)按有效芯樣試件混凝土抗壓強度值中的最小值確定。

2.5鉆芯法的特點

鉆芯法直接從結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上鉆芯樣，根據(jù)芯樣試壓強度推定結(jié)構(gòu)混凝土立方體抗壓強度，不受混凝土齡期和碳化深度影響，直觀、可靠、精度高。但是，鉆芯及芯樣加工需要專用的配套設(shè)備和較長時間，且對鑒定結(jié)構(gòu)有局部損傷，需要修補，且成本較高。

3工程實例

某市新建鄉(xiāng)道橋梁工程，設(shè)計采用混凝土墻式護欄，設(shè)計強度C30。在施工質(zhì)量控制過程中，發(fā)現(xiàn)有17座橋梁的墻式護欄的標準立方體試件標準養(yǎng)護28d抗壓強度不合格。受建設(shè)單位委托，對這17座中小橋梁的混凝土墻式護欄進行了混凝土強度專項檢測?？紤]到單一檢測方法的局限性，采用了回彈法、超聲回彈綜合法、鉆芯法三種方法進行了檢測。全部17個混凝土構(gòu)件均采用回彈法測強，其中5個構(gòu)件的標準立方體試塊及回彈法檢測結(jié)果都顯示強度誤差較大的，又進行了鉆芯法檢測，另外12個構(gòu)件除了回彈法檢測外，還采用了超聲回彈綜合法檢測。使用儀器有：回彈儀、混凝土碳化深度測量儀、NM-4A非金屬超聲波檢測儀、多功能混凝土鉆孔取芯機、切割機、液壓萬能試驗機、鋼直尺、游標卡尺等。從實驗結(jié)果可以看出，各種檢測而方法所得的混凝土強度都有一定差異?；貜椃ㄅc超聲回彈綜合法測得的混凝土強度值離散性較大。超聲回彈綜合法較回彈法測得的混凝土強度值較略高。根據(jù)施工記錄，五個采用鉆芯法的構(gòu)件為冬季氣溫較低時施工，且現(xiàn)場保溫措施不當。對該五個構(gòu)件采用回彈法所測得的強度值相對較低，采用鉆芯法測得的強度值均較回彈法的測值略高。鉆芯法能較為接近的反映混凝土的實際強度狀況；回彈法對表面有一定劣化的混凝土構(gòu)件，所測的強度值偏低，不能準確反映構(gòu)件內(nèi)部混凝土的實際情況；鉆芯法可以作為回彈法的良好補充。由于混凝土濕度和齡期對測得的聲速值和回彈值均有較大影響，當混凝土齡期較長時，聲速值偏低而回彈值偏高。試驗表明采用超聲回彈綜合法來推算混凝土強度時，可以互相彌補不足，能較全面地反映混凝土的質(zhì)量情況，相互抵消影響因素的干擾。因此，測試精度高，可靠性大，適用范圍廣，尤其對已失去混凝土原始資料的長齡期構(gòu)件。

4體會

三種混凝土強度檢測方法中，回彈法和超聲回彈綜合法檢測手段簡便，對結(jié)構(gòu)完全沒有損傷，鉆芯法對結(jié)構(gòu)有局部損傷，卻是目前構(gòu)件內(nèi)部狀況直觀檢驗和強度評定的最好方法?；貜椃ê统暬貜椌C合法受齡期、碳化及構(gòu)件內(nèi)外質(zhì)量差異等較多條件限制，誤差較大。鉆芯法受齡期、構(gòu)件內(nèi)外差異等影響小，但是由于會對構(gòu)件造成損傷，限制了芯樣取樣數(shù)量，其檢測結(jié)果相對整個構(gòu)件來講，代表性較差。在混凝土構(gòu)件強度檢測時，應(yīng)以回彈法、超聲回彈綜合法為主，同時應(yīng)采用鉆芯法校正回彈法及其他測試方法的準確度。因此，已建橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土強度檢測應(yīng)盡可能使用兩種強度檢測方法或采用非破損與局部破損檢測方法相結(jié)合的方法，才可有效提高混凝土抗壓強度檢測數(shù)據(jù)的可靠性。

作者：柴樺 單位：江蘇現(xiàn)代工程檢測有限公司