桥涵结构试验检测 第二节 混凝土结构构件试验检测.doc
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1、桥涵结构试验检测 第二节 混凝土结构构件试验检测桥涵混凝土结构、钢筋混凝土结构或预应力混凝土结构或构件的检验,依据交通部的有关标准,主要包括内容有三个方向:一是施工阶段的质量控制,包括原材料的试验检测、混凝浇注前的检查等;二是外观质量检测,主要是在构件成型达到一定强度后检测结构实物的尺寸和位置偏差,混凝土表面平整度、峰窝、麻面、露筋及裂缝等;三是构件混凝土的强度等级,通常以立方体试件的抗压强度来反映,当对某一方面的检验内容产生怀疑时,如构件的强度离散大、强度不足或振捣不密实时,通常还需要进行专项强度检验或荷载试验来判定;荷载试验内容将放在桥梁荷载试验一章介绍,本节仅讲述专项强度检验和混凝土缺陷
2、检验的方法。一、结构混凝土强度等级评定1混凝土立方体试件的取样原则结构混凝土立方体试验制取组数是以不同等级及不同配合比的浇注地点或拌和地点随机制取,浇注一般体积的结构物(如基础、墩台)时,每一单元结构应制取2组;连续浇注大体积结构时,每8M或每一工作班应制取2组。桥梁上部构造主要构件长度在16m以下时应制取1组;163Om时制取2组;3150m长时应制取3组;50m以上者不少于5组;对小型构件每批或每个工作班至少应制取之组;对于钻孔桩每条至少应制取2组;当桩长在20m以上时不少于3组;对桩径大、灌注时间很长时不少于4组。另外还要根据施工的需要,在制取几组作为拆模、张拉和吊装等施工阶段强度依据。
3、2.结构混凝土强度评定结构混凝土强度的合格标准评定的常规方法是以浇注或拌和现场制取试件,以28d龄期的极限抗压强度值进行统计评定。规范规定,对于大桥等重要工程及中小桥、涵洞工程的取样试件大于或等于10组时,应以数理统计方法下述条件按评定: 二、钻芯取样法检验混凝土强度 钻芯取样法检验混凝土强度指从混凝土结构物中钻取芯样和检查芯样,测定混凝土的劈裂抗拉强度或抗压强度,作为评定结构的主要品质指标。但是由于结构或构件部位的条件、所处位置及受力状态的影响,钻取芯样的数量通常比较少,在一定程度上可作为抽检混凝土抗压强度、均匀性和内部缺陷的指标。其检验原则如下: 1芯样钻取 在钻取芯样前应考虑由于钻芯可能
4、导致对结构的不利影响,应尽可能避免在靠近混凝土构件的接缝或边缘钻取,且基本上不应带有钢筋。 芯样直径应为混凝土所有集料最大粒径的3倍,一般为150mm或1oomm。任何情况下不小于集料最大粒径的2倍。 钻出后的每个芯样应立即清楚地标上记号,并记录芯样在混凝土结构中钻取的位置。 钻取的芯样数量应满足下列规定: (1)按单个构件检验时,每个构件钻取芯样数不少于3个,对较小构件至少应取2个; (2)对构件局部区域检验时,应由要求检验的单位确定取芯位置及数量。 2钻取芯样检查 每个芯样应详细描述有关裂缝、分层、麻面或离析等,并估计集料的最大粒径、形状种类及粗细集料的比例与级配,检查并记录存在的气孔的位
5、置、尺寸与分布情况,必要时应进行拍照。 在芯样的中间及两端1/4按两个垂直方向测量三对数值确定芯样的平均直径d,精确至mm取芯样直径两端侧面测定钻取后芯样的长度及端面加工后的长度,其尺寸误差应在0.25mm之内,取平均值作为试件平均长度L,精确至1.0mm。 如有必要,应测定芯样的表观密度。 3试件的制作 抗压试验用的试件长度(端部加工后)不应小于直径,也不应大于直径的2倍。芯样端面必须平整,必要时应磨平或用抹顶等方法处理。 芯样两端平面应与轴线垂直,误差不应大于1。 4芯样抗压强度fcuc按下式计算: 混凝土圆柱体强度与立方体强度的关系见规范规定。 三、回弹法检验混凝土强度 1回弹法的基本原
6、理 回弹法是采用回弹仪的弹簧驱动重锤,通过弹击杆弹击混凝土表面,并以重锤被反弹回来的距离(称回弹值指反弹距离与弹簧初始长度之比)作为强度相关指标来推算混凝土强度的一种方法。 2回弹法检测混凝土强度的原则 回弹法检测混凝土强度是对常规检验的一种补充,当对构件怀疑时,例如,试件与结构中混凝土质量不一致,对试件的检验结果有怀疑或供检验用的试件数量不足时,可采用回弹法检测,并将检测结果作为处理混凝土质量问题的一个主要依据。 另外,施工阶段,如构件拆模、预应力张拉或移梁、吊装时,回弹法可作为评估混凝土强度的依据。 回弹法的使用前提,是要求被测结构或构件混凝土的内外质量基本一致。因此,当混凝土表层与内部质
7、量有明显差异,例如遭受化学腐蚀或火灾、硬化期间遭受冻伤等或内部存在缺陷时,不能用回弹法评定混凝土强度。 3回弹法的测强曲线 回弹法测定结构混凝土强度的基本依据,就是回弹值与混凝土抗压强度之间的相关性。这种相关性以基准曲线或经验公式的形式予以确定。 基准曲线的制定方法,是在试验室中制作一定数量的,考虑不同强度、不同原材料条件、不同期龄等各种因素的立方体试块,测定其回弹值、碳化深度及抗压强度等参数,然后进行回归分析,求得拟合程度最好,相关系数大的回归方程,作为经验公式或画出基准曲线。因为混凝土强度与口弹值、碳化深度相关关系,受许多因素的影响,在制定曲线的过程中,所考虑的影响因素越多,曲线的适应性和
8、覆盖面越大,但其离散性也越大,推算混凝土强度的误差也越大。当被测试的结构混凝土的各种条件越接近于制定基准曲线时所顾及的各种条件,测试误差越小。 为了提高回弹法测强的精度,目前常用的基准曲线可分为三种类型: (1)专用测强曲线 专用测强曲线是针对某一工程、某一预制厂或某一商品混凝土供应区的特定的原材料质量、成型和养护工艺,测试龄期等条件而制定的基准曲线,由于专用曲线所考虑的条件可以较好地与被测混凝土相吻合,因此,影响因素的干扰较少,推算强度的误差也较小。 当被测结构混凝土的各种条件与专用曲线相一致时,应优先使用专用曲线进行强度推定。 (2)地区测强曲线 地区测强曲线是针对某一省、市。自治区或条件
9、较为类似的特定地区而制定的基准曲线。它适应于某一地区的情况,所涉及的影响因素比专用曲线广泛,因此,其误差也稍大。 (3)通用测强曲线 为了便于应用,在允许的误差范围内,应尽量扩大基准曲线的覆盖面。我国在制定回弹法评定混凝土抗压强度技术规程时,在全国广泛布点,进行了研究。最后选定的回归方程和有关指标如下:式中:Rn为测区混凝土的抗压强度,MPa,精确至0.1MPa; N为测区混凝土平均回弹值,精确至0.1; L为测区混凝土平均碳化深度,mm,精确至0.1mm。 全国通用测强曲线所列测区混凝土强度换算表应为符合下列条件的混凝土: 符合普通混凝土用材料、拌和用水的质量标准; 不掺外加剂或仅掺非引气型
10、外加剂; 采用普通成型工艺; 采用符合国家现行标准混凝土结构工程施工及验收规范规定的钢模、木模及其它材料制作的模板; 自然养护或蒸气养护出池后以自然养护7d以上,且混凝土表层为干燥状态; 龄期为14-1000d; 抗压强度为10-50MPa。 制订该表所依据的统一测强曲线,其强度误差值为: 平均相对误差 15.0% 相对标准差 er18.0% 当有下列情况之一时,不得按附表1换算测区混凝土强度值,但可制定专用测强曲线或通过试验进行修正: 粗集料最大粒径大于60mm; 特种成型工艺制作的混凝土; 检测部位曲率半径小于250mm; 潮湿或浸水混凝土。 4,专用测强曲线的制定方法 (1)制定专用测强
11、曲线的单位,需具有一级试验室的资质。 (2)制定专用测强曲线的试件应与欲测结构或构件在原材料(含品种、规格)的成型工艺与养护方法等方面条件相同。 (3)试件的制作和养护 按最佳配合比设计5个强度等级,每一强度等级每一龄期制作6个150mm立方体试件,同一龄期试件宜在同一天内成型完毕。 在成型后的第二天,将试件移至与被测结构或构件相同的硬化条件下养护,试件拆摸日期宜与结构或构件的拆模日期相同。 (4)试件的测试 将到达龄期的试件表面擦净,以其两个相对侧面置于压力机的上下承压板之间,加压30-80kN(低强度试件取低吨位加压)。 在试件保持30-80kN的压力下,用符合规定的标准状态的回弹仪和规定
12、的操作方法,在试件的另外两个相对侧面上分别选择均匀分布的8个点进行弹击。 从每一试件的16个回弹值中分别剔除其中3个最大值和3个最小值,然后再求余下的10个回弹值的平均值,计算精确至0.1,即得该试件的平均回弹值Rm。 将试件加荷直至破坏,然后计算试件的抗压强度换算值fcuc(MPa)。 (5)专用测强曲线的计算 专用测强曲线的回归方程式,应按每一试件求得的Rm和fcuc数据,采用最小二乘法原理计算。 推荐采用的回归方程如下: 计算回归方程式的强度平均相对误差和强度相对标准差er。当和er均符合规定时,即可报请上级主管部门审批。 如需制定具有较宽龄期范围的专用测强曲线,则应在试验及回归分析时引
13、人碳化深度变量,并求得碳化深度修正系数。 4. 弹法测试混凝土强度的原则 (1)检测结构或构件混凝土强度可采用下列两种方式,其适用范围及构件数量应符合下列规定: 单个检测,适用于单独的结构或构件的检测; 批量检测,适用于在相同的生产工艺条件下,混凝土强度等级相同,原材料、配合比、成型工艺、养护条件基本一致且龄期相近的同类构件。按批进行检测的构件,抽检数量不得少于同批构件总数的吗30%且测区数量不得少于100个。抽检构件时,有关方面应协商一致,使所选构件具有一定的代表性。 (2)每一构件的测区,应符合下列要求: 对长度不小于3m的构件,其测区数不少于10个,对长度小于3m且高度低于0.6m的构件
14、,其测区数量可适当减少,但不应少于5个; 相邻两测区的间距应控制在2m以内,测区离构件边缘的距离不宜大于0.5m; 测区应选在使回弹仪处于水平方向,检测混凝土浇筑侧面,当不能满足这一要求时,可选在使回弹仪处于非水平方向,检测混凝土浇筑侧面、表面或底面; 测区宜选在构件的两个对称可测面上,也可选在一个可测面上,且应均匀分布。在构件的受力部位及薄弱部位必须布置测区,并应避开预埋件; 测区的面积宜控制在0.04m2; 检测面应为原状混凝上面,并应清洁、平整,不应有疏松层和杂物,且不应有残留的粉未或碎屑; 对于弹击时会产生颤动的薄壁、小型构件应设置支撑固定。 (3)结构或构件的测区应标有清晰的编号,必
15、要时应在记录纸上描述测区布置示意图和外观质量情况。 (4)当检测条件与测强曲线的适用条件有较大差异时,可采用同条件试件或钻取混凝土芯样进行修正,试件数量应不少于3个。计算时,测区混凝土强度换算值应乘以修正系数。 (5)检测时,回弹仪的轴线应始终垂直于结构或构件混凝土检测面,缓慢施压,准确读数,快速复位。 (6)测点宜在测区范围内均匀分布,相邻两测点的净距一般不小于20mm,测点距构件边缘或外露钢筋、预埋件的距离一般不小于30mm,测点不应在气孔或外露石子上,同一测点只允许弹击一次。每一测区应记取16个回弹值,每一测点的回弹值读数精确至1。 (7)回弹值测量完毕后,应选择不小于构件数的30%测区
16、数在有代表性的位置上测量碳化深度值。 (8)测量碳化深度值时,可用合适的工具在测区表面形成直径约15mm的孔洞,其深度大于混凝土的碳化深度。然后除净孔洞中的粉未和碎屑,不得用水冲洗。立即用浓度为1%酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处,再用深度测量工具测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离多次,取其平均值,该距离即为混凝土的碳化深度值。每次读数精确至队5mm。 5回弹值的计算 (1)计算测区平均回弹值时,应从该测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值,然后将余下的10个回弹值按下列公式计算:式中:Rm测区平均回弹值,精确至0.1; Ri第i个测点的回弹值。 (2)回弹仪非水平方
17、向检测混凝土浇筑侧面时,应按下列公式修正:式中:Rma非水平方向检测时测区的平均回弹值,精确至0.1; Rma非水平方向检测时回弹值的修正值,按规范查用。 (3)回弹仪水平方向检测混凝土浇筑表面时,应按下列公式修正:式中:Rmt、Rmb水平方向检测混凝土浇筑表面、底面时,测区的平均回弹值,精确至0.1; Rat、Rab混凝土浇筑表面、底面回弹值的修正值,按规范查用。 (4)如检测时仪器非水平方向且测试面非混凝土的浇筑侧面,则应先对回弹值进行角度修正,然后再对修正后的值进行浇筑面修正。 6混凝土强度的推算 (1)结构或构件第i个测区混凝土强度换算值,可按平均回弹值Rm及求得的平均碳化深度值dm由
18、规范查得。有地区或专用测强曲线时,混凝土强度换算值应按地区或专用测强曲线换算得出。 (2)由各测区的混凝土强度换算值可计算得出结构或构件混凝土的强度平均值。当测区数不少于10个时,还应计算强度标准差。 (3)构件混凝土强度推定值fcu,e的确定 当按单个构件检测中,以最小值作为该构件的混凝土强度推定值 当按批量检测时,应按下列公式计算: 式中:mfcr,minc该批每个构件中最小的测区混凝土强度换算值的平均值,MPa,精确至0.1MPa。 取两者中的较大值为该批构件的混凝土强度推定值。 (4)对于按批量检测的构件,当该批构件混凝土强度标准差出现下列情况之一时,则该批构件应全部按单个构件检测。
19、当该批构件混凝土平均值小于25MPa时 当该批构件混凝土强度平均值不小于Mh时 四、超声回弹综合法检验混凝土强度 超声回弹综合法检测混凝土强度,是目前我国使用较广的一种结构中混凝土强度非破损检验方法。它较之单一的超声或回弹非破损检验方法具有精度高、适用范围广等优点。但是,它也是对常规检验补充的一种办法,当对结构的混凝土强度有怀疑时,可按此办法进行检验,以推定混凝土的强度,作为处理其质量问题的依据。 在有条件的情况,可用钻芯取样法作校核。 应用超声回弹综合法时,应尽量建立专用测强曲线并优先使用。在缺少该类曲线时,可采用通用测强曲线。通用测强曲线测区混凝土强度换算表适用下列条件的混凝土: 混凝土用
20、水泥应符合国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(GB175-92)和矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥(GBl344-92)的要求; 混凝土用砂、石骨料应符合普通混凝土用砂质量标准及检验方法(JGJ52-92)和普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(JGJ53-92)的要求; 掺或不掺减水剂或早强剂; 人工或一般机械搅拌、成型; 钢模或木模,符合钢筋混凝土工程施工及验收规范的有关规定; 自然养护; 龄期为7730d,如超过此龄期时,可钻取混凝土芯样进行修正; 混凝土强度等级为C1050。 1建立地区混凝土曲线的基本要求 (1)采有中型回弹仪,应处于标准状态。 (2)混凝土用
21、水泥应符合现行国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥的要求,混凝土用砂、石应符合现行标准普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法和普通混凝土用砂质量标准及检验方法的要求。 (3)选用本地区常用水泥、粗骨料、细骨料,按最佳配合比制作混凝土强度等级为C10C50的边长为150mm立方体试块。 (4)试块试验应按下式步骤进行。 分别按龄期为7d、14d、28d、60d、90d。180d和365d进行立方体试块强度试验。 每一龄期的每组试件由3个(或6个)试块组成。 每种混凝土强度等级的试块数不应少于30块,并宜在同一天内用同条件的混凝土成型; 试块采
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