建筑结构检测技术.doc
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1、第一章 建筑结构检测技术概述第1节 概述在建筑施工过程中,为了对施工质量进行有效的控制,避免发生质量或安全事故,或者为了对已建成的建筑物进行质量评估,需要采取各种各样的手段进行检测,以取得充分、科学的依据。目前,我们国家在建筑工程方面的检测按照检测对象主要可以分为以下几大类:1、 建筑材料检测:如钢筋力学性能试验、混凝土试块配合比和抗压强度试验、水泥和钢筋中化学成分分析等。2、 建筑结构现场检测:如混凝土抗压强度现场检测、桩基混凝土内部质量检测、钢结构焊缝内部质量检测等。3、 建筑物附属设备检测:如建筑用门窗气密性和保温性能检测、建筑物防雷装置检测、建筑机械设备检测等。4、 建筑物环境检测:如
2、噪声检测、室内空气质量检测等。随着科技水平的不断提高,检测技术也在不断的进步,不断地有新的检测方法和检测仪器设备出现,本教材主要针对目前在国内检测市场较为常用、较为成熟的一些建筑结构现场检测方法进行介绍。第2节 无损检测技术简介1、无损检测技术的概念:无损检测是建筑结构现场检测最为常用的一类检测方法,它是用以电子学、物理学、光学、计算机技术等为基础的检测仪器,直接在建筑构件上非破损地测量与质量有关的物理量,籍材料学、应用力学、数理统计和信息分析处理等方法,确定和评价建筑构件的某个或多个参数的测试方法。2、无损检测技术在建筑结构现场检测中的应用:(1) 建筑构件混凝土的强度、缺陷和损伤的检测:如
3、回弹法检测构件混凝土抗压强度、超声波法检测构件混凝土内部质量或裂缝深度等。(2) 砌筑砂浆和粘土砖的抗压强度检测:如贯入法检测砌筑砂浆抗压强度、回弹法检测普通粘土砖抗压强度。(3) 钢筋的配置和保护层厚度检测:如电磁感应法或雷达波法检测钢筋数量和间距。(4) 钢结构焊缝内部质量检测:如超声波法或射线法检测焊缝的内部质量。(5) 建筑物或建筑构件的倾斜、挠度、标高、尺寸和沉降情况检测:如采用全站仪或经纬仪检测建筑物的垂直度、采用水准仪检测建筑物的沉降情况。(6) 建筑构件的应力应变检测:如采用电阻应变仪检测钢梁的应变。(7) 钢结构防护涂层厚度和材料厚度的检测:如磁阻法检测钢结构防火涂层厚度。(
4、8) 建筑物结构动力特性检测:如采用数据采集处理分析仪和拾振器检测房屋的振动速度。3 、无损检测技术的特点:(1) 无损于材料、结构的组织和性能:无损检测技术在应用时不会对建筑构件产生损坏,或者损坏很小不会影响到结构性能,且易于修复。(2) 可以直接在实体或结构上,对某个或多个参数进行重复、全面的检测,弥补了因各种因素影响造成材料试件与结构物质量差别的缺点。(3) 操作简便迅速:无损检测采用的仪器设备一般来说较为轻便,便于携带,易于上手。(4) 检测精度相对较低:对于同一个参数,如果既能采用无损检测方法也能采用破损或半破损的方法得到,则一般采用无损检测方法得到的数据精度较低。第二章 混凝土强度
5、现场检测技术第1节 混凝土强度现场检测的几种方法1、回弹法混凝土强度现场检测最为常用的方法是回弹法,它的原理是采用一个弹簧驱动的重锤,通过弹击杆(传力杆),弹击混凝土表面,测出重锤被反弹回来的距离,以回弹值作为与强度相关的指标,来推定混凝土强度的一种方法,一般来说,混凝土强度越高,回弹值就越大。优点:(1) 设备轻便,对现场条件(如操作空间等)要求不高。(2) 不会对结构产生任何破坏,便于大批量构件的检测。(3) 检测周期短:检测结果可以立即得到。缺点:(1) 由于现行的相关规范的限制,对于设计强度C60及以上的混凝土构件不适用。(2) 精度不高,不适用于表层或表面与内部质量有明显差异或内部存
6、在缺陷的构件的检测。(3) 在某些特定的情况下不适用,比如混凝土龄期过长(超过1000天),或检测的构件表面一直处于潮湿状态的情况下,或混凝土表面较为粗糙,构件内外部的质量有差异。主要仪器设备:混凝土回弹仪混凝土回弹仪2、钻芯法钻芯法属于半破损的检测方法,它的原理是采用钻芯机垂直于构件表面向构件内部进钻,钻取一定长度和直径的芯样,对芯样加工后在压力机上进行抗压试验得出混凝土抗压强度。优点:检测精度高。缺点:(1) 实施起来较麻烦,需要接水、接电,由于设备较大、较重,安放和操作条件要求较高。(2) 检测的周期较长:由于钻取出来的芯样需要加工和养护,需要一定时间才能进行抗压试验,得到检测结果。(3
7、) 对结构会产生一定的破损,不适用于大量的检测。主要仪器设备:混凝土钻孔机 混凝土钻孔机 混凝土芯样3、超声回弹综合法超声回弹综合法属于无损检测方法,这种方法同时采用超声波检测仪和回弹仪对建筑构件进行测试,利用超声波在混凝土中的传播速度和回弹值综合得出混凝土强度的推定值,超声波的传播速度和混凝土的强度相关,一般来说,混凝土强度越高,混凝土就越密实,则超声波在混凝土中的传播速度越快。优点:检测精度较高,能在一定程度上反映混凝土的内部质量。缺点:仪器设备较复杂,实施起来较麻烦,在超声波检测时需要较多的人员配合,且检测时需要在构件表面做标记和涂抹黄油作为耦合剂。注:超声波法一般采用对测的方法进行检测
8、,在检测时需要两个平面探头置于构件的两侧,一个探头发射超声波,另一个探头接收超声波,为保证探头基本处于相对的位置上,需要在构件两个相对侧面布置相对的测区,做好标记。黄油起到耦合剂的作用,因为超声波在空气中能量衰减很快,探头置于构件表面上,与构件之间存在空隙,如果不涂黄油或其它耦合剂的话,超声波在通过空隙时能量迅速衰减,便没有足够的能量穿过混凝土构件。主要仪器设备:超声波检测仪、混凝土回弹仪。超声波检测仪4、钻芯回弹综合法顾名思义,将钻芯法和回弹法结合起来的方法便叫做钻芯回弹综合法,具体来说,就是根据现场实际情况,在大量采用回弹法检测混凝土强度的同时,采用钻芯法钻取少量的芯样对回弹法的检测结果进
9、行修正,这种方法属于半破损的检测方法。优点:综合了回弹法的简便和钻芯法的精确,可以在某些特定的情况下采用,比如检测对象混凝土龄期过长,或者检测对象采用特种成型工艺制作的混凝土。缺点:同钻芯法的缺点。主要仪器设备:混凝土钻孔机、混凝土回弹仪。5、后装拔出法利用特殊设备在混凝土构件表面钻取一定规格的园孔,并在孔内磨槽,嵌入锚固件,将拔出仪安装于锚固件上,利用检测仪器上的穿心式千斤顶,将锚固件拔出,测定极限拔出力,根据预先建立的拔出力与混凝土强度之间的相关关系推定混凝土强度。属于半破损的检测方法。优点:检测精度较高。缺点:(1) 需要的附属设备较多,实施起来较麻烦,需要接水、接电。(2) 对结构会产
10、生一定的破损,不适用于大量的检测。在实际工作中,较少采用该检测方法。主要仪器设备:拔出仪(多功能强度检测仪)。拔出仪(多功能强度检测仪)第2节 回弹法检测混凝土抗压强度1、回弹仪的构造回弹仪的内部构造见图1。图1 混凝土回弹仪内部构造示意图2、回弹仪的工作原理检测时,对回弹仪施压,弹击杆徐徐向机壳内推进,弹击拉簧被拉伸,使连接弹击拉簧的弹击锤获得恒定的冲击能量,到一定距离时,挂钩与调零螺钉相互挤压,使弹击锤脱钩,脱钩后弹击锤的冲击面与弹击杆的后端平面碰撞,此时弹击锤释放出来的能量借助弹击杆传递给检测构件,检测构件的反作用能量通过弹击杆传递给弹击锤,使弹击锤向后弹回,带动指针滑块移动,得到回弹值
11、。3、检测的过程(1) 确定检测构件的数量和名称根据相关国家行业规范回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-2001的规定,回弹检测可以针对单个构件进行推定,也可以针对施工条件相近的检测批进行推定,检测批一般可以以同一个楼层的同一个设计强度等级的同类构件为一批,例如可将“某工程5层框架柱”或者“某工程10层框架梁”作为一个检测批,确定检测批后,可从检测批中抽取不少于构件总数的30%且不少于10根的构件作为样品进行检测,满足上述检测比例和数量的检测结果便可以代表该检测批。(2) 布置测区“测区”指的是对被检测构件的弹击区域,1个测区的大小一般为20cm20cm,现行国家行业规范回弹法检测
12、混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-2001对测区数量的是这样规定的:“每一结构或构件测区数不少于10个,对某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的构件,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,测区离构件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5m,且不宜小于0.2m”。一般情况下,测区可按照图2来布置。注:测区宜布置于被检测构件的浇筑侧面,但条件不允许时,也可布置于构件的浇筑顶面或浇筑底面,比如需要对楼板进行检测时,不可能布置于浇筑侧面,一般将测区布置于浇筑底面(也就是板底表面),但需要对检测的回弹值进行修正。(3) 进行回弹检测每个测区回弹16次
13、,不能重复弹击在同一点上,测试时回弹仪应始终垂直于混凝土表面,匀速施压。(4) 碳化深度测量每个构件回弹检测完成后,应进行碳化深度测量,测点数量不少于测区数量的30,比如构件测试10个测区,则至少选择3个测区,每个测区凿开一处深约1cm的洞,用1的酚酞酒精溶液涂抹于洞口内壁的边缘处,一般过数秒钟后洞内较深区域会变红,而接近洞口的区域不变色,变红是因为混凝土中的碱性材料与酚酞发生化学反应,不变色是因为空气中的水和二氧化碳形成碳酸侵入混凝土,与混凝土中的碱性物质发生中和反应,即所谓“碳化”。用测量工具每个点测量3次变色与不变色区域的交界线与混凝土表面的垂直距离,取平均值作为该测点的碳化深度,精确到
14、0.5mm。如果洞口内区域全部变红,则碳化深度为0.0,此种情况一般出现在新浇筑的构件中,如图3。为什么要测定碳化深度?因为回弹实际上是通过测量混凝土表面硬度来间接推定混凝土强度的一种方法,而研究表明在采用回弹法检测时,构件表面碳化的深浅对硬度有一定影响,进而影响到回弹值的大小,而这种影响和抗压强度无关,因此必须消除此影响而得到真实的强度。图2 回弹测区布置示意图图3 碳化深度测量示意图(5) 数值计算回弹值的计算:在计算时先把各测区的16个点去掉3个最大值和3个最小值后,计算每个测区的回弹平均值。被检测构件碳化深度值的计算:各测点的3个值平均后,得到该测点的碳化深度值,再把同一构件各测点的碳
15、化深度值进行平均,得到构件的碳化深度值,精确到0.5mm。此时每个构件碳化深度值仅一个值。查表或通过软件计算得到各测区的混凝土强度换算值:现行的相关规范均有提供通过回弹值、碳化深度值来推定测区混凝土换算值的表格,表1是现行国家行业规范中的“测区混凝土强度换算表”部分示例,在已知每个测区的回弹平均值和每个构件的碳化深度平均值后,查此表便可得出每个测区的混凝土强度换算值。表1 测区混凝土强度换算表(部分)平均回弹值Rm测区混凝土强度换算值(MPa)平均碳化深度值dm(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.040.041.639.938.336.234.533
16、.331.730.830.028.427.025.825.040.242.040.338.636.534.833.632.031.130.228.627.326.025.240.442.440.739.036.935.133.932.331.430.528.827.626.225.440.642.841.139.437.235.434.232.631.730.829.127.826.525.740.843.341.639.837.735.734.532.932.031.229.428.126.826.041.043.742.040.238.036.034.833.232.331.529.728
17、.427.126.2(6) 强度评定评定顺序:查表得各个测区的混凝土强度换算值计算测区的混凝土强度换算值的平均值(精确至0.1MPa)和标准差(精确至0.01MPa)计算构件或检测批的混凝土强度推定值=1.645,精确至0.1MPa。第3节 钻芯法检测混凝土抗压强度1、检测的过程(1) 确定钻芯直径、数量、部位中国工程建设标准化协会标准钻芯法检测混凝土强度技术规程CECS 03:2007中,对芯样直径的规定:芯样试件宜采用公称直径为100mm、高径比为1:1的混凝土圆柱体试件,且“其公称直径不宜小于骨料最大粒径的3倍;也可采用小直径芯样试件,其公称直径不应小于70mm且不得小于骨料最大粒径的2
18、倍”。注:在检测时一般情况下均钻取直径为100mm的芯样,只有在对钢筋较密的部位进行检测时,如配筋较多的框架柱,为避免钻到钢筋,才采用70mm100mm的小直径芯样。对芯样数量的规定:钻芯确定单个构件的混凝土强度推定值时,“有效芯样试件的数量不应少于3个;对于较小构件,有效芯样试件的数量不得少于2个”。钻芯法确定检测批(检测批的理解可参照回弹法)的混凝土强度推定值时,“芯样试件的数量应根据检测批的容量确定。标准芯样试件的最小样本量不宜少于15个,小直径芯样试件的最小样本量应适当增加”。对芯样部位的规定:芯样宜在下列部位钻取:“1、结构或构件受力较小的部位;2、混凝土强度具有代表性的部位;3、便
19、于钻芯机安放与操作的部位;4、避开主筋、预埋件和管线的位置。”(2)现场钻芯在构件混凝土表面采用膨胀螺丝固定好钻芯机,接通电源和水源,转动操作手柄缓慢施压、匀速进钻,待钻到预定深度后(一般直径100mm的钻头钻进深度约150mm,如需测量构件厚度,则贯穿构件),反向旋转操作手柄,待钻头全部退出再停电停水。钻机退出后,芯样端部仍然与原结构连接,此时可采用螺丝刀或扁铁插入芯样与原结构的缝隙中,用锤子轻轻敲打螺丝刀或扁铁的端部,由于混凝土为脆性的材料,随着螺丝刀或扁铁的深入,芯样会从端部与原结构断开。取出芯样,待表面干燥后,在表面作好唯一性的标识,避免混淆。(3)加工芯样和测量尺寸在台式切割机上切割
20、芯样,可使切割完后的芯样试件长度略大于芯样直径,然后在磨平机上磨平端面,同时使长度与直径基本相同。也可切割至长度略小于直径(一般控制切割完的芯样长度与芯样直径之差5mm),然后采用环氧胶泥、水泥砂浆等材料补平,补平完的长度与直径基本相同。如果钻芯时无法避开钢筋,在切割时应尽量把芯样含钢筋的部分切掉,因为钢筋的存在会影响到抗压强度试验的精度。如果无法做到上述要求,则对于直径100mm的芯样试件,“每个试件内最多只允许有2根直径小于10mm的钢筋”,对于直径小于100mm的芯样试件,“每个试件内最多只允许有一根直径小于10mm的钢筋”;且“芯样内的钢筋应与芯样试件的轴线基本垂直并离开端面10mm以
21、上”。在进行抗压强度试验前,应测量芯样试件的尺寸:采用游标卡尺测量芯样的平均直径;采用钢卷尺或钢板尺测量芯样试件的高度;采用游标量角器测量芯样试件的垂直度;采用钢板尺或角尺测量芯样试件的平整度。中国工程建设标准化协会标准钻芯法检测混凝土强度技术规程CECS 03:2007中规定:“当芯样试件尺寸偏差及外观质量超过下列数值时,相应的测试数据无效:1. 芯样试件的实际高径比(H/d)小于要求高径比的0.95或大于1.05;2. 沿芯样试件高度的任一直径与平均直径相差大于2mm;3. 抗压芯样试件端面的不平整度在100mm长度内大于0.1mm;4. 芯样试件端面与轴线的不垂直度大于1;5. 芯样有裂
22、缝或有其他较大缺陷。”(4)在压力机上进行抗压强度试验在压力机上进行试验前,应注意芯样试件补平层已凝结硬化,达到较高的强度,一般补平后养护3天以上可进行试验,另外,芯样试件“应在自然干燥的状态下进行抗压试验”。2.3.2抗压强度值计算芯样试件的混凝土抗压强度值按下式计算:。式中:芯样试件的混凝土抗压强度值(MPa); 抗压试验测得的最大压力(N) A芯样试件抗压截面面积(mm2)第三章 钢筋配置现场检测技术钢筋配置的现场检测技术广泛应用于施工过程中的结构验收、结构质量的检测、已有建筑物的结构鉴定等,在第二章介绍的钻芯检测过程中,也需要用到该技术来判断钢筋的位置以避免钻断钢筋,因此,钢筋配置的现
23、场检测在工程检测中处于非常重要的地位。1、主要仪器设备钢筋配置现场检测主要用到的仪器设备是钢筋检测仪(也有钢筋探测仪、钢筋扫描仪、钢筋定位仪等叫法)。钢筋检测仪2、钢筋检测仪的工作原理和使用方法钢筋检测仪是利用电磁感应的原理进行检测的,当探头在构件表面移动逐渐接近钢筋时,钢筋所产生的磁场越来越强,磁场的强度被探头接收并在显示屏采用电子滑动条的形式表现出来,同时动态显示钢筋与探头的距离。磁场越强,则滑动条的长度越长,当探头到达钢筋正上方时,滑动条的长度达到峰值,探头继续移动越过钢筋,磁场强度减弱,仪器探测到磁场的减弱,发出蜂鸣声提示,此时显示的钢筋与探头的距离即为钢筋深度。由于此时探头已经越过钢
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