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無損檢測在混凝土檢測技術(shù)中的應(yīng)用

文檔作者：沈先華文檔來源：中國水利水電第十--I程局有限公司施工科研所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月17日
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無損檢測在混凝土檢測技術(shù)中的應(yīng)用
沈先華
(中國水利水電第十--I程局有限公司施工科研所，重慶404500)
摘要：混凝土無損檢測技術(shù)，是在不破壞結(jié)構(gòu)件的
情況下，直接從結(jié)構(gòu)物上測試或鉆取芯樣測試，推定混凝
土強(qiáng)度及缺陷等。本文介紹了超聲無損檢測的基本原理，
結(jié)合工程實(shí)例分析，得出PsD判據(jù)法可用于混凝土構(gòu)件缺
陷定性和定量的分析，并建議使用該法時結(jié)合超聲成像法
作為最終判據(jù)。
關(guān)鍵詞：無損檢測；混凝土缺陷；PSD判據(jù)法
中圖分類號：nJ528．0r7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
文章編號：1672—4011(2010)06—0019—02
0前言
混凝土是我國建筑結(jié)構(gòu)工程最為重要的材料之一，它
的質(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全。多年來，結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量
的傳統(tǒng)檢測方法是以按規(guī)定的取樣方法，制作的立方體試
件，在規(guī)定的溫、濕度環(huán)境下，養(yǎng)護(hù)28 d時按標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方
法測得的試件抗壓強(qiáng)度來評定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度。用
試件實(shí)驗(yàn)測得的混凝土性能指標(biāo)，往往是與結(jié)構(gòu)物中的混
凝土的性能有一定差別。因此，直接在結(jié)構(gòu)物上檢測混凝
土質(zhì)量的現(xiàn)場檢測技術(shù)，已成為混凝土質(zhì)管理的重要手段，
這一檢測技術(shù)已引起各國建筑工程界的重視和承認(rèn)。
l超聲無損檢測的基本原理
1．1無損檢測
所謂混凝土“無損檢測”技術(shù)。就是要在不破壞結(jié)構(gòu)
構(gòu)件的情況下，利用測試儀器獲取有關(guān)混凝土質(zhì)量等受力
功能的物理量，因該物理量與混凝土質(zhì)量(強(qiáng)度、混凝土
缺陷)之間有較好的相關(guān)關(guān)系?？刹捎毛@取的物理量去推
定混凝土質(zhì)量(強(qiáng)度、混凝土缺陷)。
混凝土超聲檢測是用超聲波探頭中的壓電陶瓷或其他
類型的壓電晶體加載某頻率的交流電壓后激發(fā)出固定頻率
的彈性波，在材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播后再由超聲波換能器接
收，即壓電逆效應(yīng)，通過對采集的超聲波信號的聲速、振
幅、頻率以及波形等聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析，以此推斷混凝土
結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成情況。超聲波檢測可
用于混凝土結(jié)構(gòu)的測厚、探傷，混凝土的彈性模量測定以
及混凝土力學(xué)強(qiáng)度評定等方面。
2．2 PSD判據(jù)法(斜率法)
針對不同的混凝土構(gòu)件進(jìn)行評判，評判的方法主要有
超聲參數(shù)直觀評判法、概率評判法和PsD法(即斜率法)。
本文結(jié)合混凝土孔灌注樁利用直觀評判法和PsD判據(jù)法對
混凝土構(gòu)件缺陷進(jìn)行評判和對比分析。PSD(Product 0f Slope
蚰d Di艉ren∞)判據(jù)法即用“聲參數(shù)一深度曲線相鄰兩點(diǎn)
之間的斜率(S；)與差值(t。一t¨)之積”作為判據(jù)，簡稱PSD
判據(jù)。
2工程實(shí)例
下面以一根長20 m、樁徑由l m、檢測管間距為0．82 m的
灌注樁的實(shí)測數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析。表1為該樁的實(shí)測數(shù)據(jù)，
表中Hi為深度，Ti為聲時，Ai為波幅衰減值。
裹l 某一混凝土樁的實(shí)測數(shù)據(jù)
H∥m Ⅳ燦A∥dB H∥m Ⅳ岫A∥dB H∥m T∥妒A∥dB
0．5 183 23 8．5 183 23 16．5 178 25
1．0 183 23 9．0 182 23 17．O 179 25
1．5 183 23 9．0 182 18 17．5 177 24
2．0 183 23 lO．0 204 16 17．6 175 24
Z 5 184 23 1 o．5 180 23 17．7 180 23
3．O 181 24 11．0 150 23 17．8 179 18
3．5 181 23 11．5 181 23 17．9 260 6
4．0 182 23 12．0 182 23 18．0 255 10
4．5 181 23 12．5 181 23 18．1 230 8
5．0 181 23 13．O 180 23 18．2 180 20
5．5 18l 23 13．5 177 25 18．3 181 22
6．0 18l 23 14．0 175 25 18．4 181 23
6．5 183 23 14．5 175 24 18．5 180 23
7．O 181 23 15．0 175 24 19．O 178 23
7．5 183 20 15．5 174 25 19．5 179 20
8．O 195 17 16．O 175 25 20．0 182 23
(1)根據(jù)超聲參數(shù)綜合評判法，發(fā)現(xiàn)在8 m，10 m，
17．7一18．1 m處出現(xiàn)波動，聲時均大于正常值，幅值出現(xiàn)
明顯衰減，均小于正常值，所以可判定8 m，10 m，17．7一
18．1 m處存在可疑缺陷。
(2)根據(jù)PSD判據(jù)法，結(jié)合表2，發(fā)現(xiàn)該樁在8 m，10
m，17．7—18．1m的判據(jù)值均大于1，出現(xiàn)較大幅度的變
化，說明該樁在8 m，10 m，17．7—18．1 m處均出現(xiàn)可疑
缺陷。
裹2 各測點(diǎn)的PsD判據(jù)值l(i
H T K H T K H T K
0．5 183 O 8．5 183 3 16．5 178 0
1．0 183 0 9．0 182 O 17．0 179 0
1．5 183 0 9．0 182 0 17．5 177 O
2．O 183 O 10．0 204 10 17．6 175 0
2．5 184 0 10．5 180 12 17．7 180 3
3．O 18l 0 11．0 150 0 17．8 179 O
3．5 181 0 11．5 18l 0 17．9 260 656
4．O 182 0 12．0 182 0 18．O 255 3
4．5 181 0 12．5 181 0 l 8-l 230 63
5．0 181 0 13．0 180 0 18．2 180 250
5．5 181 0 13．5 177 0 18．3 18l 0
6．0 181 0 14．0 175 0 18．4 181 0
6．5 183 O 14．5 175 O 18．5 180 0
7．O 18l 0 15．0 175 0 19．O 178 O
7．5 183 0 15．5 174 0 19．5 179 O
8．O 195 3 16．O 175 0 20．0 182 0
3缺陷類型的評判
(1)根據(jù)超聲參數(shù)綜合評判法，很快發(fā)現(xiàn)盡管我們能
相互比較聲時的長短和幅值衰減的大小，但卻無法具體說
明這些可疑缺陷的類型，這是由于只是根據(jù)缺陷的類型分
析比較了T和A值的相對大小，但反之卻不能成立。
(2)根據(jù)PsD判據(jù)法，結(jié)合表2，求出相應(yīng)的夾層斷
樁時的臨界判據(jù)值K。。，以判斷可疑區(qū)缺陷的嚴(yán)重程度。取
該樁非可疑區(qū)段聲速的平均值，本例中Vl=0．455 cⅡ∥爐；
(下轉(zhuǎn)第21頁)
萬方數(shù)據(jù)
力、物理化學(xué)反應(yīng)等)。這些都是影響瀝青混合料抗裂性能
不可忽視的因素。
3瀝青混合料低溫開裂的評價方法
目前世界上有許多試驗(yàn)方法已經(jīng)用于研究瀝青混合料
的低溫開裂，這些方法為溫度開裂模型提供了輸人參數(shù)，
試驗(yàn)方法歸納如下：
3．1間接拉伸試驗(yàn)(劈裂試驗(yàn))
該試驗(yàn)方法是通過加載①101．6×63．5(mm)的瀝青混
凝土試件進(jìn)行加載，從而通過傳感器和LVDT來獲得瀝青
混合料的劈裂強(qiáng)度及垂直和水平變形。該法現(xiàn)已利于<公路 工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程="工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程">(JTJ052—2000)”’。該法
主要目的是為了提供路面設(shè)計的力學(xué)參數(shù)以及用于預(yù)測瀝
青路面的開裂情況
3．2直接拉伸試驗(yàn)
直接拉伸試驗(yàn)的試件可以根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)要求不
同做成小梁試件或做成“八字形”試件等。試驗(yàn)溫度和加載
速率根據(jù)有關(guān)規(guī)定和要求選用。直接拉伸試驗(yàn)評價指標(biāo)主
要有：拉伸強(qiáng)度、應(yīng)變及模量。直接拉伸試驗(yàn)因能較好地
反映瀝青路面的受力狀況而被國內(nèi)外用于瀝青路面的低溫
抗裂研究。通過該試驗(yàn)可以得到瀝青混合料的強(qiáng)度一溫度關(guān)
系曲線供預(yù)估開裂溫度用。
3．3蠕變試驗(yàn)
我國“八五”科技攻關(guān)中提出用彎曲蠕變試驗(yàn)來評價瀝
青混合料的低溫抗裂性能。試件尺寸為30 X 35 X 250(ranl)，
試驗(yàn)溫度為0℃。從彎曲蠕變試驗(yàn)可以得出不同時間的彎
曲蠕變勁度及蠕變溫度期的應(yīng)變增長率。低溫蠕變試驗(yàn)按
其加載方式的不同可以分為直接拉伸蠕變、劈裂拉伸蠕變
和彎曲蠕變試驗(yàn)。其中常用的是彎曲蠕變和劈裂蠕變。
3．4約束試件的溫度應(yīng)力試驗(yàn)
約束試件溫度應(yīng)力試驗(yàn)(‰thermal stress restrained
specimen test)又稱凍斷試驗(yàn)，是SHRP計劃從眾多的試驗(yàn)方
法中篩選出來的作為評價瀝青混合料低溫抗裂性的方法。
它能夠模擬實(shí)際溫度變化及混合料實(shí)際受力狀況，較真實(shí)
地反映出混凝土的低溫抗裂性能。溫度應(yīng)力試驗(yàn)是一個非
常有前途的試驗(yàn)，模擬現(xiàn)場條件好，表達(dá)直觀。
3．5切口小梁彎曲試驗(yàn)
路面產(chǎn)生開裂是從內(nèi)部潛在微裂縫擴(kuò)展開始的，這些
微裂縫可來自于材料內(nèi)部，由于材料、施工等原因而產(chǎn)生。
在裂縫尖端可產(chǎn)生高達(dá)數(shù)倍的應(yīng)力集中，從而使裂縫發(fā)展。
今年來，斷裂力學(xué)在道路工程中的應(yīng)用越來越廣泛，美國
SHBP研究計劃首次將彈塑性斷裂力學(xué)的斷裂依據(jù)J積分作
為瀝青混合料低溫抗裂性能的評價指標(biāo)之一。
3．6應(yīng)力松弛試驗(yàn)
應(yīng)力松弛試驗(yàn)主要分為彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)和壓縮應(yīng)力
松弛試驗(yàn)。彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)是采用彎曲應(yīng)力松弛方式，
粱下緣受拉相當(dāng)于路表降溫時的情況，試件尺寸5×30 X
250(mm)，跨徑200 mm。中間一點(diǎn)加載，加載速率用50
mm／mln，至預(yù)定應(yīng)變水平時保持恒定，梁底應(yīng)變由跨中撓
度求算。彎曲應(yīng)力松弛試驗(yàn)評價指標(biāo)主要有：應(yīng)力松弛時
間和應(yīng)力松弛模量。
3．7彎曲破壞試驗(yàn)
低溫彎曲破壞試驗(yàn)的試驗(yàn)條件各異，國外曾采用82．55
×82．55 X381(mm)梁的三點(diǎn)加載試驗(yàn)確定瀝青混凝土低溫
勁度模量和抗彎拉強(qiáng)度，彎曲試驗(yàn)在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。
低溫彎曲破壞試驗(yàn)的評價指標(biāo)主要有：彎拉應(yīng)力、應(yīng)變及
勁度模量。
4結(jié)語
國內(nèi)外用于評價瀝青混合料的低溫抗裂性能的試驗(yàn)方
法多種多樣，各有特點(diǎn)。但是以上試驗(yàn)方法中，有些方法
的試驗(yàn)條件及參數(shù)不能同時適應(yīng)于各種瀝青混合料。有些
試驗(yàn)方法雖然能模擬現(xiàn)場瀝青混合料的力學(xué)行為，但試驗(yàn)
費(fèi)用高，無法推廣。從試驗(yàn)的可操作性，試驗(yàn)技術(shù)難易度、
試驗(yàn)工作量大小、試驗(yàn)所得結(jié)果與實(shí)際情況的相關(guān)性和試
驗(yàn)的可推廣應(yīng)用性等方面綜合比較，劈裂試驗(yàn)和蠕變試驗(yàn)
是各個方面都較為優(yōu)越的試驗(yàn)。[ID：6208]
參考文獻(xiàn)：
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公路交通大學(xué)學(xué)報。2000。20(3)：1—5．
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電礦'礦、露卜司卜電爭電爭1‘礦、礦、礦、西卜口多、·司^彩～夠卜國h趔h雹h諺～翻h(huán)·咖彩卜司卜趔h疥疥疥疥疥‘疥疥疥疥‘岔口～雹卜d卜電Pq爭《礦、矽諺1瞳礦q尹q穸、易卜喀卜
(上接第19頁)
為夾層中夾雜物的聲速，根據(jù)地質(zhì)條件及成因分析，若在
該深度存在夾層，很可能是砂、石、泥的混合物，本例中
V2=0．32 cm／p．s；該樁檢測管間距L=82 em；在K值最大
點(diǎn)的測點(diǎn)間距已加密，AH=10伽，所以K。。為：
K。n=[822 X(0．455—0．32)2]／0．4552 X0．322 X10
=578．03p,s2／cm
將可疑點(diǎn)的判據(jù)值l(i與斷樁臨界判據(jù)值K。。比較，若
K>KcD者為斷樁，本例中，17．9 m的判據(jù)值為656大于臨
界判據(jù)KcD(578)，所以17．9 m處可判為斷樁，其余8 m，
10 m處Ki</公路>

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