混凝土结构常用无损检测方法

混凝土构造常用无损检测措施摘要:简介了回弹法、超声波法、雷达法等多种混凝土无损检测措施日勺工作原理，分析了各自的特点及合用范畴在实际工程中，宜使用两种或两种以上措施进行检测，以互相验证，提高检测的效率及可靠性无论是工业及民用建筑，还是公路、铁路、水利及水电工程等都广泛使用混凝土材料,混凝土日勺质量关系到整个工程的J质量老式日勺混凝土强度检查措施是在浇筑地点随机抽取试样，对试样进行抗压强度实验，由实验成果来评估混凝土日勺强度由于试样的制作条件、养护环境及受力状态与原位混凝土均存在着明显的差别，试样的I实验成果难以全面、精确地反映原位混凝土的质量状况，显然无损检测是获得原位混凝土真实质量区I有效措施早在20世纪30年代，人们就开始研究混凝土无损检测技术1948年，瑞士科学家施密特E.Schmidt研制成回弹仪；1949年莱斯利Leslie等人用超声脉冲成功检测混凝土；60年代费格瓦洛I.Facaoaru提出用声速、回弹综合法估算混凝土强度；80年代中期，美国的Mary Sansalone等用机械波反射法进行混凝土无损检测；90年代以来，随着科学技术日勺迅速发展，涌现出一批新的测试措施，如微波吸取、雷达扫描、红外线谱、脉冲回波等措施我国从50年代开始引进瑞士、英国、波兰等国的超声波仪器和回弹仪，并结合工程应用开展了一定日勺研究工作；60年代初我国研制成功多种型号日勺超声波仪器，随后广泛进行了混凝土无损检测技术H勺研究和应用；80年代混凝土无损检测技术在我国得到迅速发展，并获得了一定日勺研究成果，除了超声、回弹等无损检测措施外，还进行了钻芯法、后装拔出法的研究；90年代以来，雷达技术、红外成像技术、冲击回波技术等进入实用阶段，同步超声波检测仪器也由模拟式发展为数字式，可将测试数据传入计算机进行多种数据解决，以进一步提高检测的可靠性混凝土无损检测的措施重要有回弹法、超声法、超声回弹综合法、雷达法、冲击回波法、红外成像法、钻芯法、拔出法及超声波CT法等，其中钻芯法和拔出法属局部破损或半破损检测措施如下就多种措施欧I工作原理、特点及合用范畴作以述评多种无损检测措施工作原理及其特点述评

1.1回弹法回弹法是以在混凝土构造或构件上测得时回弹值和碳化深度来评估混凝土构造或构件强度的I一种措施，它不会对构造或构件的力学性质和承载能力产生不利影响，在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日勺弹击杆，然后弹击锤向后弹回，并在回弹仪日勺刻度标尺上批示出回弹数值回弹值日勺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，以回弹值来表达混凝土的抗压强度回弹法只能测得混凝土表层H勺质量状况，内部状况却无法得知，这便限制了回弹法日勺应用范畴，但由于回弹法操作简便，价格低廉，在工程上还是得到了广泛应用回弹法日勺基本原理是运用混凝土强度与表面硬度之间的关系，通过一定动能日勺钢杆件弹击混凝土表面，并测得杆件回弹的J距离回弹值，运用回弹值与强度之间的有关关系来推定混凝土强度一般采用实验的措施得到回弹值与强度之间日勺有关关系，即建立混凝土强度7%与回弹值R之间日勺一元回归公式，或混凝土强度与回弹值R及重要影响因素（如碳化深度）之间的二元回归公式回归的公式可采用多种不同的函数方程形式，根据大量实验数据进行回归拟合，择其有关系数较大者作为实用经验公式目常常用日勺形式重要有如下几种直线方程fccu=A+BR幕函数方程f[=ARB抛物线方程fccu=A+BR+CR2二元方程fccu=ARB-\Ocl各式中/%「一混凝土测区日勺推算强度；R---测区平均回弹值；测区平均碳化深度值；A、B、C—-常数项，视原材料条件等因素不同而不同回弹法合用于工程构造一般混凝土抗压强度（如下简称混凝土强度）的检测，检测成果可作为解决混凝土质量问题的根据之一回弹法不合用于表层与内部质量有明显差别或内部存在缺陷日勺混凝土构造或构件日勺检测

1.2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有关，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有关关系，这种关系一般为非线性关系，可用经验公式或专用测强曲线来表达由于混凝土自身是一种复合材料，其内部超声波传播速度受许多因素影响，如钢筋的配备方向、不同骨料及粒径的大小、各组分H勺比例变化、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，显然这种修正是一项很复杂而又啰嗦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H勺速度、振幅、相位及主频H勺变化来判断混凝土内部的缺陷状况混凝土内部常见日勺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日勺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限度的异常变化，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解决及记录计算，且需要测试人员具有一定日勺检测经验

1.3超声回弹综合法超声一回弹综合法是运用测试混凝土的回弹值和超声声速值这两个参数拟定混凝土强度，所得的混凝土强度换算值（/〃）是根据用综合法获得的测值换算成相称于被测构造物所处条件及龄期下、边长150mm立方体试块H勺抗压强度值混凝土超声检测目前重要是采用“穿透法”，即用一发射换能器反复发射超声脉冲，让超声波在所检测口勺混凝土中传播，然后由接受换能器接受被接受到口勺超声波转化为电信号后再经超声仪放大显示在示波屏上，用超声仪测量直接受到H勺超声信号的声学参数当超声波经混凝土中传播后，它将携带有关混凝土材料性能、内部构造及其构成的信息精确测定这些声学参数的大小及变化，可以推断混凝土日勺性能、内部构造及其构成状况目前在混凝土检测中所常用H勺声学参数为声速、振幅、频率以及波形1）声速声速即超声波在混凝土中传播的速度，它是混凝土超声检测中一种重要参数混凝土的声速与混凝土的弹性性质有关，也与混凝土内部构造（孔隙、材料构成）有关，不同构成的混凝土，其声速各不相似一般说来，弹性模量越高，内部越是致密，其声速也超高而混凝土的强度也与它的弹性模量、与它日勺孔隙率（密实性）有密切关系因此对于同种材料与配合比日勺混凝土，强度越高，其声速也越高若混凝土内部有缺陷（孔洞、蜂窝体），则该处混凝土日勺声速将比正常部位低当超声波穿过裂缝而传播时，所测得日勺声速也将比无裂缝处声速有所减少因此，混凝土声速值能反映混凝土的性能及其内部状况声速口按下式计算Iv=-t式中/一超声测距，即发、收换能器幅射面间被测体日勺尺寸；t—超声波在1距离内的I传播时间2）振幅接受波振幅一般指首波，即第一种波前半周的幅值，接受波的振幅与接受换能器处被测介质超声声压成正比，因此接受波振幅值反映了接受到日勺声波日勺强弱在发射出的超声波强度一定日勺状况下，振幅值的大小反映了超声波在混凝土中的J衰减状况而超声波的衰减状况又反映了混凝土粘塑性能混凝土是弹一粘一塑性体，其强度不仅和弹性性能有关，也和其粘塑性能有关，因此，衰减大小，即振幅高下也能在一定限度反映混凝土区I强度对于内部有缺陷或裂缝日勺混凝土，由于缺陷、裂缝使超声波反射或绕射，振幅也将明显减小，振幅值也是判断缺陷与裂缝的重要指标由于振幅值日勺大小还取决于仪器设备性能、所处的状态，耦合状况以及测距日勺大小，因此很难有统一的度量原则，目前，只是作为同条件（同一仪器、同一状态、同一测距）下相对比较用3）频率在超声检测中，由电冲激发出的声脉冲信号是复频超声冲波它涉及了一系列不同频率成分的余弦波分量这种具有多种频率成分的超声波在传播过程中，高频成分一方面衰减（被吸取、散射），因此，可以把混凝土看作是一种类似高频滤波器的J介质超声波愈往前传播，其所涉及的高频分量愈少，则主频率也逐渐下降主频率下降区I多少除与传播距离有关外，重要取决于混凝土自身的性质（质量、强度）和内部与否存在缺陷、裂缝等因而，测量超声波通过混凝土后频率的变化可以判断混凝土质量和内部缺陷、裂缝等状况和振幅同样，接受波主频率的绝对值大小不仅取决于被测混凝土的性质的内部状况，也和所用仪器设备、传播距离有关，目前也只能用于同条件下的相对比较用4）波形这里指的波形系指在示波屏上显示日勺接受波波形当超声波在传播过程中遇到混凝土内部缺陷、裂缝或异物时，由于超声波日勺绕射、反射和传播途径日勺复杂发化，直达波、反射波、绕射波等各类波相继达到接受换能器，它们日勺频率和相位各不相似这些波日勺叠加有时会使波形畸变因此，对接受波波形的分析、研究有助于对混凝土内部质量及缺陷的判断鉴于波形H勺变化受多种因素的I影响，目前对波形H勺研究只能作一般H勺观测、记录超声-回弹综合法合用于以中型回弹仪、低频超声仪按综合法检测建筑构造和构筑物中日勺一般混凝土抗压强度值在正常状况下，混凝土强度的验收与评估应按现行国标《混凝土构造工程施工质量验收规范》及《混凝土强度检查评估原则》执行当对构造的混凝土强度有怀疑时，可按本措施进行检测，以推定混凝土强度，并作为解决混凝土质量问题日勺重要根据该措施不合用于下列状况H勺构造混凝土

（1）遭受冻害、化学侵蚀、火灾、高温损伤；

（2）被测构件厚度小于100mm；

（3）构造表面温度低于-4℃或高于60℃L4雷达法钢筋混凝土雷达多采用1GHz及以上的电磁波，可探测构造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、裂缝等缺陷它一方面向混凝土发射电磁波，当遇到电磁性质不同时缺陷或钢筋时，将产生反射电磁波，接受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日勺状况及钢筋的位置等雷达法重要是根据混凝土内部介质之间电磁性质的差别来工作的，差别越大，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20cm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，且仪器自身价格昂贵，故实际工程上应用欧I并不多

1.5冲击回波法冲击回波法是用一钢珠冲击构造混凝土的表面，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别界面即混凝土内部缺陷或混凝土底面时，将产生反射波，接受这种反射波并进行迅速傅里叶变换（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欧I,根据其峰值频率可计算出混凝土缺陷日勺位置或混凝土的厚度由于该法采用单面测试，特别适合于只有一种测试面如路面、护坡、底板、跑道等混凝土的I检测

1.6红外成像法自然界中任何高于绝对零度（-273C）的物体都是红外线H勺辐射源，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I电磁波，其波长为

0.76-1000|im,频率为4x1014-3x1011Hzo混凝土红外线无损检测是通过测量混凝土时热量及热流来判断其质量区I一种措施当混凝土内部存在某种缺陷时，将变化混凝土的热传导，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达这种异常日勺热像图，由热像图中异常的特性可判断出混凝土缺陷H勺类型及位置特性等这种措施属非接触无损检测措施，可对检测物进行上下、左右的持续扫测，且白天、黑夜均可进行，可检测的温度为-50-℃,辨别率可达

0.1-

0.02℃,是一种检测精度较高、使用较以便的I无损检测措施，并具有迅速、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限度以及建筑物墙体的剥离、渗漏等L7拔出法拔出法用于检测混凝土的强度，它是将安装在混凝土体内的锚固件拔出，测定其极限抗拔力，然后根据预先建立的1混凝土极限拔出力与其抗压强度之间口勺有关关系来测定混凝土强度H勺一种半破损（局部破损）检测措施大量实验表白极限拔出力与混凝土抗压强度之间的确存在着某种近似线性日勺相应关系，这就为该措施时应用提供了坚实日勺基础拔出法可分为预埋拔出法及后装拔出法两种，预埋拔出法是指预先将锚固件埋入混凝土内的拔出法，后装拔出法是指在已硬化的混凝土上钻孔，然后在其上安装锚固件的拔出法前者重要合用于成批、持续生产的混凝土构造构件H勺强度检测，后者可用于新、旧混凝土多种构件H勺强度检测拔出法一般不适宜直接用于遭受冻害、化学腐蚀、火灾等损伤混凝土日勺检测

1.8钻芯法钻芯法是运用专用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头，在构造混凝土上钻取芯样以检测混凝土强度和缺陷的一种检测措施它可用于检测混凝土的强度，构造混凝土受冻、火灾损伤的深度，混凝土接缝及分层处日勺质量状况，混凝土裂缝的深度、离析、孔洞等缺陷该措施直观、精确、可靠，是其他无损检测措施不可取代的一种有效措施钻芯法检测混凝土费用较高，费时较长，且对混凝土导致局部损伤，因而大量口勺钻芯取样往往受到限制，可运用其他无损检测措施如超声法与钻芯法结合使用，以减少钻芯数量，另一方面钻芯法H勺检测成果又可验证其他无损检测措施如超声法的检测成果，以提高其检测的可靠性钻芯法是用金刚石空心薄壁钻头，运用取芯机直接在构造混凝土上取出芯样，然后作抗压实验，以芯样强度来评估构造混凝土强度由于芯样是直接从构件上或构造上钻取，因此，最直接地反映了混凝土的I真实状况，但会对混凝土构造导致一定日勺损害，且费用较高钻芯法检测混凝土强度重要用于下列状况1对试块抗压强度日勺测试成果有怀疑时；2因材料、施工或养护不良而发生混凝土质量问题时；3混凝土遭受冻害、火灾、化学侵蚀或其他损害时；4需检测经数年使用的建筑构造或构筑物中混凝土强度时对混凝土强度等级低于CIO的构造，不适宜采用钻芯法检测

1.9超声波CT法超声波具有穿透能力强，检测设备简朴，操作以便等长处，特别适合于对混凝土的检测,特别适合对大体积混凝土如大坝、桥墩、承台及混凝土灌注桩的检测常规的I超声波对测法及斜测法可检测混凝土内部的缺陷，但这需要操作人员具有一定的工作经验，且检测精度也不够高，仅能得到某些测线上而非全断面日勺混凝土质量信息将计算机层析成像Computerized Tomography,简称CT技术用于混凝土超声波检测，即为混凝土超声波层析成像检测措施该措施一方面将待检测混凝土断面剖分为诸多矩形单元，如图1所示，然后从不同方向对每一单元进行多次超声波射线扫描，即由来自不同方向H勺多条射线穿过一种单元，用所测超声波走时数据进行计算成像，其成像成果可精确、直观表达出整个测试断面上混凝土口勺缺陷及质量信息，使检测精度大为提高构造混凝土缺陷检测混凝土缺陷是指因施工管理不善或受使用环境及自然灾害的影响，其内部也许存在不密实或空洞，其外部形成蜂窝麻面、裂缝或损伤层等这些缺陷的存在会严重影响构造的承载力和耐久性，采用有效措施查明混凝土缺陷的性质、范畴及尺寸，以便进行技术解决，是工程建设中重要课题混凝土缺陷无损检测技术，大体上可分为两大类一类是机械波法，其中涉及超声波、冲击波和声发射等；另一类是穿透辐射法，其中涉及X射线、丫射线和中子流等目前，工程中常用的J是超声脉冲法，其声波频率在20kHz以上测试原理和措施超声测缺陷的基本原理，是通过超声波纵波在混凝土中传播的不同参数反映混凝土的质量即运用超声波在混凝土中传播的声时、振幅、波形这三个声学参数综合判断其内部的缺陷状况声时一即超声波在混凝土中传播所需要的I时间，如超声波在传播途径中遇有缺陷时，则要绕过缺陷，声时就会变长振幅一即接受信号首波振幅混凝土内部存在缺陷时、超声波在缺陷界面上声阻抗差别明显，产生发射、散射和吸取，使接受波振幅明显减少振幅变化大小可通过增益和衰减器的调节进行测量波形一即接受到的波形混凝土内部存在缺陷时;超声波在内部传播发生变化直达波、绕射波、反射波等各类波相继被接受由于这些波H勺相位不同，因此使正常波形发生畸变重要观测前几种周期欧I波形一般状况下，正常混凝土的前几种波形振幅大，无畸变，接受波H勺包络线呈半圆形（见图a）有缺陷混凝土的前几种周期波形振幅低，也许发生波形畸变，接受波的包络线o呈喇叭形（图b）常用的测试措施大体分为如下几种

1、平面测试（用厚度振动式换能器）

（1）对测法一对发射（T）和接受（R）换能器，分别置于被测构造互相平行的两个表面,且两个换能器的轴线位于同始终线上；

（2）斜测法一对发射和接受换能器分别置于被测构造U勺两个表面，但两个换能器U勺轴线不在同始终线上；

（3）单面平测法一对发射和接受换能器置于被测构造同一种表面上进行测试

2、钻孔测试（采用径向振动式换能器）

（1）孔中对测一对换能器分别置于两个相应钻孔中，位于同一高度进行测试；

（2）孔中斜测一对换能器分别置于两个相应钻孔中，但不在同一高度而是在保持一定高程差的J条件下进行测试；

（3）孔中平测一对换能器置于同一钻孔中，以一定的高程差同步移动进行测试。