土木工程无损检测技术.ppt

土木工程无损检测技术,湖南大学土木学院黄政宇 教授,概 论,无损检测的定义：无损检测是指以不损及其将来使用和使用可靠性的方式，对材料或制件或此两者进行宏观缺陷检测、几何特性测量、化学成分、组织结构和力学性能变化的评定，并进而就材料或制件对特定应用的适用性进行评价的一门学科。,无损检测技术的特点：无损检测涵盖技术领域渊博、覆盖基本研究领域众多、涉及应用领域广泛，是一个全领域的技术。按检测方法的原理有:射线方法检测，声学方法检测电学方法检测，磁学方法检测力学方法检测，光学方法检测电磁波方法，渗透法检测等。,按被检测材料划分：金属材料：钢铁铝合金铜及铜合金钛及钛合金非金属材料混凝土及砂浆岩石塑料和橡胶陶瓷制件复合材料,混凝土的无损检测方法,按检测目的，无损检测方法分为四类：1、检测结构、构件混凝土强度值；2、检测结构、构件混凝土内部缺陷（如裂缝、孔洞和不密实区、结合面质量、损伤层等）；3、检测几何尺寸（如钢筋位置、保护层厚度、板面或墙面厚度等）；4、混凝土的匀质性和其他性质的检测；,按检测对结构、构件是否造成破损分为：1、非破损检测方法 如回弹法、超声法、超声-回弹综合法、磁测法、电测法、电磁波法、射线法等。2、半破损检测方法 如钻芯法、拔出法、射钉法、拔脱法等。,混凝土强度的检测,打击法：表面硬度法：下落式（弹簧式、旋转式）锤击、活塞钢球打击法；回弹法局部破损法：射钉法：射钉枪法、温泽针法等拔出法：先装拔出法、后装拔出法和后锚固法等钻芯法局部压缩法拔脱法综合法：超声回弹综合法,现行有关混凝土强度检测的标准,回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 JGJ/T 23-2011 后锚固法检测混凝土抗压强度技术规程 JGJ/T 208-2010超声回弹综合法检测混凝土抗压强度技术规程 CECS02-2005拔出法检测混凝土强度技术规程CECS 69-2011 剪压法检测混凝土抗压强度技术规程 CECS278-2010钻芯法检测混凝土强度技术规程 CECS03-2007,其他行业的有关规程：公路路基路面现场测试规程 JTG E60-2008 回弹仪测定水泥混凝土强度试验方法（T0954-1995）超声回弹法测定路面水泥混凝土抗弯强度试验方法（T0955-1995）射钉法快速检验水泥混凝土强度的试验方法（T0956-1995）水工混凝土试验规程SL352-2006回弹法检测混凝土抗压强度射钉法检测混凝土强度超声法检测混凝土抗压强度和均匀性混凝土芯样强度试验钻芯检测离心高强混凝土抗压强度试验方法 GB/T 19496-2004,混凝土的动态特性的检测,声速法超声法冲击波法共振法纵向共振挠曲共振扭曲共振敲击法,现行有关混凝土动态特性检测的标准,普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准GB/T50082-2009 动弹性模量试验混凝土结构试验方法标准GB/T50152-2012 结构监测和动力测试水工混凝土试验规程SL352-2006混凝土（砂浆）动弹性模量试验,混凝土的厚度及内部缺陷的检测,声速法超声法冲击弹性波法放射线法X-射线法-射线法电磁波法雷达波法热学方法红外热像法,现行有关混凝土厚度及内部缺陷检测的标准,超声法检测混凝土缺陷 技术规程 CECS 21-2000公路路基路面现场测试规程 JTG E60-2008短脉冲雷达测定路面厚度试验方法（T0913-2008）水工混凝土试验规程SL352-2006超声波检测混凝土裂缝深度（平测法）超声波检测混凝土裂缝深度（对、斜测法）超声波检测混凝土内部缺陷,混凝土中钢筋位置的检测,磁学方法涡流探测法R表法放射线法X-射线法-射线法电磁波法雷达波法,混凝土中钢筋锈蚀情况的检测,电学法自然电位法腐蚀电流法电磁法涡流探测法放射线法X射线法-射线法,现行有关混凝土中钢筋检测的标准,混凝土中钢筋检测技术规程 JGJ/T 152-2008钢筋间距和保护层厚度：电磁法、雷达法钢筋直径：电磁法、钢筋锈蚀形状：半电池电位法水工混凝土试验规程SL352-2006混凝土中钢筋半电池电位测定,混凝土的其他检测方法,混凝土受荷历史的检测方法：声发射法混凝土的含水量的检测：电学法：电阻法、电容率法中子法：中子含水量测定法、中子活化分析法其他方法：微波吸收法、核磁共振法混凝土构筑物的埋入深度：声速法（冲击弹性波法）（如桩基的低应变检测法）,若干混凝土结构无损检测方法简介,回弹法检测混凝土抗压强度,1、回弹法的定义：利用回弹仪检测普通混凝土结构、构件抗压强度的方法简称为回弹法。2、回弹法检测混凝土抗压强度的特点：仪器简单、操作方便、经济迅速和具有一定的测试精度；但回弹仪所测得的回弹值只代表混凝土表层的质量，所以回弹法要求混凝土构件的表面质量与内部质量一致。,3、回弹法在国外的应用现状：（1）只作为混凝土均匀性的判断及个构件质量的相对比较用，不作强度推算用（如美国）；（2）以一定数量的试件来标定，求出强度与回弹值的关系后作为判断强度的辅助手段（如日本、欧共体等）；（3）以一定数量的试件来标定，求得相关关系后可作为推算强度的手段（如英国、德国等）。,4、回弹法在我国的应用现状：通过对仪器测试性能、测强影响因素、现场测试技术、数据处理方法和构件强度推定方法等的研究，提出了具有我国特色的回弹仪标准状态和考虑混凝土碳化深度的测强曲线，测强相对误差基本控制在15%以内。现行技术规程：回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T 23-2011)混凝土回弹仪（JJG 817-93）,回 弹 仪,回弹仪的分类：按冲击能量大小分为:重型回弹仪中型回弹仪轻型回弹仪；按示值系统的读数方式分为:指针直读式数显式自动记录式；,回弹仪的构造及工作原理,E=1/2KL2 K弹击弹簧的刚度785.0N/m；L弹击拉簧工作时拉伸长度0.075m。R=L/L100R回弹值；L弹击锤向后弹回的距离；L冲击前弹击锤距弹击杆的距离。,影响回弹仪检测性能的主要因素,机芯主要零件的装配尺寸 1、弹击拉簧的工作长度L0(L0=61.5mm）L0 61.5mm时，回弹值偏高；L0 61.5mm时，回弹值偏低。2、弹击锤的冲击长度Lp(Lp=75mm)Lp=L(拉伸长度）3、弹击锤的起跳位置,主要零件的质量 1、拉簧的刚度 拉簧的刚度应为785.0N/m(0.8kgf/cm)2、弹击杆前端的球面半径 弹击杆前端的球面半径r=25mm 3、指针长度和摩擦力 指针长度=20mm 摩擦力f=0.60N(0.50.8N)4、影响弹击锤起跳位置的有关零件 缓冲压簧的刚度、压簧的刚度、弹击拉簧的刚度和脱钩时挂钩与弹击锤挂钩处的摩擦力。,机芯装配质量 1、调零螺丝 使弹击锤脱钩瞬间，指针块上的示值为“100”，不得有松动和位移现象。2、固定弹击拉簧 三连件（拉簧座、弹击拉簧和弹击锤）装入中心导杆不得有歪斜偏心现象。3、机芯同轴度 弹击杆、弹击锤与中心导杆工作时应在同一轴心上。,钢砧率定的作用,仅以钢砧率定检验回弹仪合格与否是错误的钢砧率定的作用 1、当仪器为标准状态时，检验仪器的冲击能量是否等于或接近2.207J；2、能较灵活地反映出弹击杆、中心导杆和弹击锤的加工精度，以及工作时三者是否在同一轴线上；3、检验仪器本身测试的稳定性；4、检验仪器经使用后内部零件有无损坏或出现某些障碍。,回弹仪检测混凝土强度的影响因素,原材料 1、水泥 用于普通混凝土的通用水泥及同一水泥品种不同强度等级、不同水泥用量对回弹法影响，在考虑了碳化深度的影响条件下，可以不考虑。2、细骨料 符合（JGJ/T52)规定的细骨料对回弹法测强没有显著影响。3、粗骨料 国外一般认为粗骨料品种、粒径及产地均有影响；国内看法尚不统一，有人认为石子的品种有影响。在制定地区曲线时，可结合具体情况酌定。,外加剂 普通混凝土中掺与不掺非引气性外加剂对回弹法测强影响不显著。成型方法 只要混凝土基本密实，手工插捣与机械振捣对回弹法测强无显著影响。但离心法、真空法、压浆法等成型工艺方法有影响。养护方法及湿度 自然养护或蒸汽养护后7天以上无显著差异。表面湿度有显著的影响。测试时表面要求处于风干状态。,碳化及龄期 碳化对回弹值有显著的影响，而对混凝土的强度则影响不大，因此，碳化对回弹法检测混凝土强度有显著的影响，在我国规程中，考虑了碳化的影响。龄期的影响包括在碳化的影响中。模板 符合混凝土结构工程施工质量验收规范（GB 502042002）的模板对回弹法测强没有显著影响。泵送混凝土 泵送混凝土掺入了引气型泵送剂、砂率较大、石子粒径较小、坍落度大，对回弹法测强有一定影响，应加以修正。,回弹法检测混凝土强度方法概要,一、回弹仪的要求 1、可为数字式，也可为指针直读式 2、应有产品合格证和检定合格证 3、处于标准状态 4、数字式回弹仪应带有指针直读系统，数字显示的回弹值与指针直读示值相差不应超过1 5、使用的环境温度：-440,现场检测的规定,完整的资料结构和构件的数量 A、单个检测 B、批量检测：30%且 10件测区要求：1、3m的构件，测区数10；测区数最少5；2、相邻两测区的间距应控制在2m以内，距边缘不宜大于0.5m，且不小于0.2m；3、测区面积宜控制在0.04m2；4、弹击时会产生颤动的薄壁、小型构件应设置支撑固定；5、测试面的要求。,回弹值测量 1、测点在测区内均匀分布 2、相邻两测点净距不宜小于20mm 3、同一测点只应弹击一次 4、每一测区记取16个回弹值碳化深度值测量：1、30%测区数测碳化深度值 2、在测区表面形成15mm的孔洞 3、用12%酚酞酒精溶液测定（精确至0.5mm）,数据处理,回弹值计算：测区平均回弹值 非水平方向修正 检测面为浇筑表面或底面的修正测强曲线：统一曲线 专用曲线 地区曲线,测区混凝土强度的修正：1、与测强曲线的使用条件差异较大时 用同条件试件或混凝土芯样（6个）2、混凝土强度的修正采用修正量法：,混凝土强度计算 1、计算结构或构件的测区混凝土强度平均值和标准差 2、确定结构或构件的混凝土强度推定值 3、对按批量检测的构件，当该批构件混凝土强度标准差出现下列情况时，则该批构件应全部按单个构件检测：a、当该批构件混凝土强度平均值小于25Mpa，且标准差大于4.5Mpa时。b、当该批构件混凝土强度平均值不小于25Mpa，且标准差大于5.5Mpa时。,超声回弹综合法检测混凝土强度,1、超声回弹综合法的定义：利用超声波脉冲速度和回弹值同混凝土强度建立关系，检测混凝土强度的方法。2、超声回弹综合法的特点：与单一的回弹法或超声法相比，超声回弹综合法可减少龄期和含水量的影响，弥补相互不足，提高测试精度。3、现行技术规程 超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程（CECS 02:2005)混凝土超声波检测仪（JG/T 5004-92）混凝土超声检测仪检定规程（JJG(交通)070-2006）混凝土回弹仪（JJG 817-93）,检测仪器的技术要求,超声仪的技术要求：1、声时范围0.59999s，测度精度为0.1 s；2、声时显示调节在2030 s范围内时，2h内声时显示的漂移不得大于 0.2 s；3、放大器频率响应宜分为10200kHz，200500kHz两频段 4、仪器应能适用于温度为1040、相对湿度不大于80、电源电压波动为22022V的环境中，且能连续4h正常工作回弹仪的技术要求：与回弹法相同。,检测技术及混凝土强度的推定,测试准备、测区布置、回弹值的测量与计算等与回弹法相同。超声声速的测量 1、超声测点应布置在回弹测试的同一测区 2、测量超声声时，应保证换能器与混凝土耦合良好 3、每一测区内的相对测试面各布置3个测点，且发射和接收换能器在同一轴线上 4、超声声时测量一般采用对测法，也可采用单面平测或相邻面角测 5、测试的声时应精确至0.1s。超声测距的测量误差应不大于1%,钻芯法检测混凝土强度,钻芯法的定义：钻芯法是利用专用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头，从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝土强度和检查混凝土内部缺陷的方法。钻芯法的特点和主要用途 钻芯法是一种直观、可靠和准确的方法，但对混凝土会造成局部损伤，大量取芯受到一定的限制。主要用于检测混凝土的抗压强度、抗拉强度、厚度和裂缝深度等。现行规程 钻芯法检测混凝土强度技术规程（CECS 03:2007）,钻芯法的适用性：不适用于预应力混凝土结构 不适用于抗压强度低于10MPa的混凝土取芯数量：按单个构件检测的钻芯数量不应少于3个；对于较小的构件，钻芯数量可取2个。按批检测，取芯数量应为2030个，每个构件上宜取一个芯样。芯样加工 芯样试件的高径比应为1（0.951.05之间）；芯样试件内不应含有钢筋，若不能满足，最多只允许含有两根直径小于10mm且与轴线基本垂直的钢筋；芯样端面应磨平或补平,抗压强度试验：尺寸测量（精确度）：1、直径：0.5mm 2、高度：1mm 3、垂直度：0.1 4、平整度：100mm长度内不超过0.1mm 强度测定：宜与结构混凝土条件基本一致 按普通混凝土力学性能试验方法试验 芯样混凝土强度的计算：1、强度值 2、强度推定值,拔出法检测混凝土强度,拔出法是将安装在混凝土中的锚固件拔出，测定极限拔出力，根据预先建立的拔出力和混凝土强度之间的相关关系，检测混凝土强度，是一种半破损或微破损检测方法。拔出法可分为两类：1、预埋拔出法；2、后装拔出法。,国外有关标准：美国：硬化混凝土拔出强度标准试验方法（ASTM C-900-99）国际标准化组织：硬化混凝土拔出强度的测定（ISO/DIS8046）丹麦：硬化混凝土拔出试验方法DS423.31此外，瑞典、挪威等国家制定了标准。我国标准：预埋拔出法检测混凝土强度（TB/T2298.1-91）后装拔出法检测混凝土强度（CECS69:2011）后锚固法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T208-2010,拔出试验装置：圆环式拔出试验装置：反 力 支 承 内 径 55mm 锚固件的锚固深度 25mm 钻孔深度 18mm 适用于粗骨料最大粒径40mm的混凝土 三点式拔出试验装置：反 力 支 承 内 径 120mm 锚固件的锚固深度 35mm 钻孔深度 22mm 适用于粗骨料最大粒径60mm的混凝土,工程检测,测点布置 在构件上均匀布置3个测点；宜布置在混凝土成型的侧面；在构件受力较大及薄弱部位应布置测点；测点应避开接缝、蜂窝、麻面部位和混凝土表层的钢筋、预埋件。测试面应平整、清洁、干燥，应清除饰面层和浮浆；相邻测点间距不应小于10倍锚固深度，测点距构件边缘不小于4倍锚固深度,试验的取舍 三个拔出力中，当最大拔出力或最小拔出力与中间值之差大于中间值的15%时，应在最小拔出力测点附近再加测2个测点。拔出试验出现异常时，应作详细记录，并进行补测。混凝土强度的换算和推定：混凝土强度的换算：fcuc=A.F+B 混凝土强度的推定：1、按单个构件 2、按批推定,超声法检测混凝土缺陷,超声法检测混凝土缺陷基本原理 根据超声波在混凝土中遇到缺陷时，产生绕射，可根据声时及声程的变化，判别和计算缺陷的大小；超声波在混凝土中的缺陷界面产生散射和反射，声波波幅显著减少，频率明显降低，接收信号波形畸变，可根据这些变化判断混凝土的缺陷情况。检测标准：超声法检测混凝土缺陷技术规程（CECS21:2000),裂缝深度检测,1、单面平测法（裂缝深度小于500mm),2、双面斜测法,3、钻孔对测法(裂缝深度大于500mm）,钻孔对测法,不密实区和空洞检测,对测法,斜测法,钻孔法,混凝土结合面质量检测,表面损伤层检测,灌注桩混凝土缺陷检测,声测管埋设双管（0.61m)；三管（12.5m)；四管（2.5m)(双管2.0m)(JGJ/T106-2003),检测方法：,桩身混凝土缺陷可疑点判断方法：1、概率法 将同一桩同一剖面的声时、波幅、主频按统计法计算，并对异常值进行判别，当判为异常值时，即为存在缺陷的可疑点。2、斜率法 用声时（tc)深度（h）曲线相邻测点的斜率K和相邻两点声时差值t的乘积Z，绘制Zh曲线,根据Zh曲线的突变点位置，并结合波幅值的变化情况判定存在缺陷的可疑点或可疑区域的边界。,钢管混凝土缺陷检测,无损检测结果在施工质量验收中的作用：混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）7.1.4 当混凝土试件强度评定不合格时，可采用非破损或局部破损的检测方法，按国家现行有关标准的规定对结构构件中的混凝土强度进行推定，并作为处理的依据。,10.1.3 对混凝土强度的检验，也可根据合同的约定，采用非破损或局部破损的检测方法，按国家现行有关标准的规定进行E.0.3 钢筋保护层厚度的检验，可采用非破损或局部破损的方法，也可采用非破损方法并用局部破损方法进行校准。,