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摘要：應(yīng)用無損檢測技術(shù)（如超聲回彈綜合法、電磁感應(yīng)法），對某建筑工程框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆混凝土的強(qiáng)度及其內(nèi)部鋼筋分布情況進(jìn)行了抽樣檢測，取得了該結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)和鋼筋分布特征，為建設(shè)工程的竣工驗(yàn)收和質(zhì)量評價(jià)提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：無損檢測技術(shù)超聲回彈綜合法電磁感應(yīng)法混凝土強(qiáng)度

1概述

混凝土無損檢測技術(shù)，是在不破壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件的前提下，直接從結(jié)構(gòu)物上測試，推定混凝土強(qiáng)度或缺陷以及鋼筋位置，可對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行重復(fù)測試，它既適用于工程建設(shè)過程中混凝土質(zhì)量監(jiān)測，又適用于工程竣工驗(yàn)收和建筑物使用期間混凝土質(zhì)量檢定[1]。本文主要介紹超聲回彈綜合法和電磁感應(yīng)法在建筑物結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量檢測中的應(yīng)用，不妥之處，敬請指正。

超聲回彈綜合法[1，2]是以聲速值、回彈值與混凝土強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系為基本依據(jù)，在自然狀態(tài)下測試出混凝土的某些物理量，進(jìn)而按相關(guān)關(guān)系推算出混凝土的特征強(qiáng)度。然而混凝土是一種多相復(fù)合材料，均質(zhì)性較差，應(yīng)用單一的無損檢測方法(如單一回彈法或超聲法)推算混凝土強(qiáng)度，因影響因素多，使推算的混凝土強(qiáng)度不能達(dá)到一定的精度。如果采用兩種或兩種以上的無損檢測方法，獲取多種物理力學(xué)參量，并建立混凝土強(qiáng)度與多項(xiàng)物理力學(xué)參量的綜合相關(guān)關(guān)系，以便從不同角度綜合評價(jià)混凝土的強(qiáng)度。由于綜合法采用多項(xiàng)物理力學(xué)參量，能較全面地反映構(gòu)成混凝土強(qiáng)度的各種因素，并且還能抵消部分影響強(qiáng)度與物理量相關(guān)關(guān)系的因素，因而它比單一物理量的無損檢測方法具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性。

電磁感應(yīng)法[3]是人工向混凝土構(gòu)件發(fā)射脈沖電磁波并對其內(nèi)部的金屬物(如鋼筋)產(chǎn)生電磁感應(yīng)作用，從而使該金屬物產(chǎn)生感應(yīng)電流，于是在其周圍形成二次電磁場，通過專業(yè)儀器觀測感應(yīng)電磁場的變化或異常即可確定混凝土內(nèi)部鋼筋的位置和埋深(即保護(hù)層厚度)。

2檢測方法與技術(shù)

2.1超聲回彈綜合法

首先選定待測混凝土構(gòu)件，并按規(guī)程或有關(guān)規(guī)定布置一定數(shù)量的測區(qū)(測區(qū)尺寸為20×20cm2；相對應(yīng)的兩個(gè)20×20cm2方塊視為一個(gè)測區(qū))，然后按圖1布點(diǎn)方式進(jìn)行回彈值、超聲聲速值的測試(對于同一測區(qū)宜先進(jìn)行回彈測試，后進(jìn)行超聲測試)。

2.1.1回彈法

在每個(gè)測區(qū)相對應(yīng)的兩個(gè)測面上分別測讀8個(gè)回彈值(如圖1所示，兩面共測取16個(gè)回彈值)，剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值后，將剩余的10個(gè)回彈值進(jìn)行平均取得該測區(qū)的平均回彈值，計(jì)算公式如下：

式中：rm—測區(qū)平均回彈值；ri—第i個(gè)測點(diǎn)的回彈值。

如非水平狀態(tài)測得的回彈值，應(yīng)按下式進(jìn)行修正：

如頂面或底面測得的回彈值，應(yīng)按下式進(jìn)行修正：

式中：ra—修正后的測區(qū)回彈值；raα—測試角度為α的回彈修正值，可查表得到；rat—測試頂面回彈修正值，可查表得到；rab—測試底面回彈修正值，可查表得到。

測試時(shí)，如儀器處于非水平狀態(tài)，同時(shí)構(gòu)件測區(qū)又非混凝土的澆筑側(cè)面，則應(yīng)對測得的回彈值，先進(jìn)行角度修正，后進(jìn)行澆筑面修正。

2.1.2超聲法

在每個(gè)測區(qū)相對應(yīng)的兩個(gè)測面上各布置3個(gè)測點(diǎn)(如圖1所示)，在保證換能器與混凝土耦合良好的前提下，使發(fā)射和接收換能器在同一軸線上。測區(qū)聲速采用下式計(jì)算：

式中：vi—測區(qū)聲速值，m/s；l—超聲測距，m；tmi—第i個(gè)測區(qū)平均聲時(shí)值，s；t1、t2、t3—分別為測區(qū)中3個(gè)測點(diǎn)的聲時(shí)值，s。

當(dāng)在混凝土澆筑的頂面和底面測試時(shí)，由于上表面砂漿較多強(qiáng)度偏低，底面粗骨料較多強(qiáng)度偏高，綜合起來與成型側(cè)面是有區(qū)別的，另外澆筑表面不平整，因此，會(huì)使聲速偏低，所以進(jìn)行上表面與底面測試時(shí)聲速應(yīng)進(jìn)行修正：

式中：va—修正后的測區(qū)聲速值，m/s。

2.2電磁感應(yīng)法

現(xiàn)場施測首先選定待測混凝土構(gòu)件，并在該構(gòu)件上確定測試面，然后使探針軸線平行于設(shè)計(jì)鋼筋走向并從混凝土測試面的邊部或任意一點(diǎn)在垂直探針軸線的方向上移動(dòng)探針來測定鋼筋位置和保護(hù)層厚度。如果混凝土內(nèi)分布有主筋和箍筋時(shí)應(yīng)分別測定，首先圈定主筋(或箍筋)的位置和展布情況，然后在兩個(gè)相鄰箍筋(或主筋)的中間部位順其走向進(jìn)行測試，即可精確測定主筋(或箍筋)的位置和保護(hù)層厚度。

3工程概況

某居民小區(qū)位于膠東半島某市的經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，由20余座住宅樓和商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)樓以及小區(qū)花園等建筑物組成。其中1#、6#、7#、8#住宅樓均為六層框架結(jié)構(gòu)，建筑面積分別為3390m2、3390m2、4050m2、4812m2。工程于2002年10月開工建設(shè)，至2003年3月整體工程已進(jìn)入裝修、裝飾階段。

受建設(shè)單位委托，水利部天津水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院巖土工程技術(shù)中心工程質(zhì)量檢測部，于2003年3月28～31日對該項(xiàng)目框架現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件強(qiáng)度及鋼筋分布情況進(jìn)行了抽樣檢測。至測試之日，抽樣中混凝土構(gòu)件的齡期基本達(dá)到28天的要求。抽檢結(jié)果較為全面、客觀的反映了該結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度指標(biāo)和鋼筋的分布特征，為建設(shè)工程的竣工驗(yàn)收和評價(jià)提供了科學(xué)依據(jù)。

使用儀器為：①北京市康科瑞工程檢測技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的ht—225w全自動(dòng)數(shù)字式回彈儀；②湖南湘潭市自動(dòng)化技術(shù)研究所生產(chǎn)的sd-1型聲波檢測儀以及與之配套的50khz平面型厚度振動(dòng)模式換能器；③瑞士proceqazurich公司生產(chǎn)的profometer5型混凝土鋼筋掃描儀。測試所用儀器設(shè)備均在計(jì)量認(rèn)證有效期內(nèi)，現(xiàn)場實(shí)施期間性能穩(wěn)定、工作正常。

4檢測結(jié)果及分析

4.1混凝土強(qiáng)度檢測

由各構(gòu)件不同測區(qū)內(nèi)測得的聲速值和回彈值，按照《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(cecs02：88)推薦的結(jié)構(gòu)混凝土測強(qiáng)計(jì)算公式(7)(當(dāng)粗骨料為碎石時(shí))換算混凝土強(qiáng)度：

式中：fcuc,i—第i測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值，mpa；vai—第i個(gè)測區(qū)修正后聲速值，km/s；rai—第i個(gè)測區(qū)修正后的回彈值。

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值fcu,e可按：①單個(gè)構(gòu)件處理，②批量構(gòu)件處理等方式求得(具體步驟詳見有關(guān)規(guī)范或規(guī)程)，選用時(shí)應(yīng)視具體情況而定。本次抽檢按單個(gè)構(gòu)件處理方式求取混凝土強(qiáng)度推定值，即取該構(gòu)件各測區(qū)中最小的混凝土強(qiáng)度換算值為該構(gòu)件強(qiáng)度推定值。

測試成果按建筑物分類進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)得表1及混凝土推定占設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)百分比的分布圖(圖2)。

表1混凝土構(gòu)件檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

建筑物名稱

抽檢構(gòu)

件數(shù)量

設(shè)計(jì)強(qiáng)

度等級(jí)

推定強(qiáng)度(mpa)

離差系數(shù)

(%)

范圍值

平均值

標(biāo)準(zhǔn)差

1#住宅樓

36

c30

29.2～37.3

33.39

2.27

6.79

c25

23.1～39.8

28.81

4.37

15.17

6#住宅樓

25

c25

25.5～28.9

27.05

1.36

5.02

c20

23.6～36.1

28.90

3.22

11.14

7#住宅樓

25

c25

32.7～41.1

37.04

3.07

8.28

c20

20.0～35.2

26.18

4.63

17.68

8#住宅樓

30

c25

25.0～35.8

32.20

3.89

12.08

c20

21.0～32.3

27.01

3.23

11.95

根據(jù)測試結(jié)果，結(jié)合測試期間施工進(jìn)度的具體情況，分析表1及圖2可得如下基本結(jié)論：

①1#住宅樓抽檢結(jié)果：抽檢構(gòu)件中有11.1%的構(gòu)件強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，其中設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為c30構(gòu)件的推定最大強(qiáng)度值為37.3mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的124.4%，而構(gòu)件最小強(qiáng)度值為29.2mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的97.3%；設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為c25構(gòu)件的推定最大強(qiáng)度值為39.8mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的159.1%，而構(gòu)件最小強(qiáng)度值為23.1mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的92.3%，說明抽檢構(gòu)件中絕大多數(shù)混凝土強(qiáng)度達(dá)到或超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，最小的也達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的92%以上，基本滿足設(shè)計(jì)要求。

②6#住宅樓抽檢結(jié)果：抽檢構(gòu)件中混凝土強(qiáng)度均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，其中設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為c25構(gòu)件的推定最大強(qiáng)度值為28.9mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的115.5%，而構(gòu)件最小強(qiáng)度值為25.5mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的101.8%；設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為c20構(gòu)件的推定最大強(qiáng)度值為36.1mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的180.3%，而構(gòu)件最小強(qiáng)度值為23.6mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的140.6%，滿足設(shè)計(jì)要求。

③7#住宅樓抽檢結(jié)果：抽檢構(gòu)件中混凝土強(qiáng)度均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，其中設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為c25構(gòu)件的推定最大強(qiáng)度值為41.1mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的164.4%，而構(gòu)件最小強(qiáng)度值為32.7mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的130.9%；設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為c20構(gòu)件的推定最大強(qiáng)度值為35.2mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的176.2%，而構(gòu)件最小強(qiáng)度值為20.0mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的100%，滿足設(shè)計(jì)要求。

④8#住宅樓抽檢結(jié)果：抽檢構(gòu)件中混凝土強(qiáng)度均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，其中設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為c25構(gòu)件的推定最大強(qiáng)度值為35.8mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的143.4%，而構(gòu)件最小強(qiáng)度值為25.0mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的100.1%；設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為c20構(gòu)件的推定最大強(qiáng)度值為32.3mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的161.7%，而構(gòu)件最小強(qiáng)度值為21.0mpa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的105.0%，滿足設(shè)計(jì)要求。

另外，圖2表明，盡管抽檢混凝土構(gòu)件推定強(qiáng)度滿足或基本滿足設(shè)計(jì)要求，但強(qiáng)度分布范圍較大，數(shù)據(jù)較離散，呈多峰型(1#樓為單峰)，表明混凝土的均勻性較差，其施工質(zhì)量并不穩(wěn)定。相對而言，所測建筑物混凝土的整體均勻性和施工質(zhì)量由優(yōu)到劣的順序?yàn)椋?#樓→8#樓→6#樓→7#樓。

4.2鋼筋位置及保護(hù)層厚度檢測

通過抽樣檢測，構(gòu)件內(nèi)鋼筋分布基本均勻，保護(hù)層厚度為20～48mm。實(shí)測典型記錄見圖3。

圖3混凝土構(gòu)件鋼筋掃描圖

5結(jié)語

無損檢測技術(shù)具有非破損、簡便、快速、便于大面積測試等優(yōu)點(diǎn)，已在工業(yè)與民用建筑、水利、電力等工程建設(shè)項(xiàng)目的混凝土質(zhì)量檢測和評價(jià)中得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果，并在工程實(shí)踐中不斷總結(jié)、完善和提高。

超聲回彈綜合法利用聲速和回彈這兩個(gè)物理量來推定混凝土強(qiáng)度，較為全面客觀地反映了影響混凝土強(qiáng)度的各種因素，提高了無損法檢測混凝土強(qiáng)度的精度。這是因?yàn)槁曀僦饕从巢牧系拿軐?shí)度，而密實(shí)度與材料強(qiáng)度有關(guān)，同時(shí)，由于它穿過材料，因而也反映了材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性、連續(xù)性等各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)?；貜椫祫t反映了材料的表面硬度，而硬度也與強(qiáng)度有關(guān)，因此能確切地反映混凝土表面(深3cm左右)的狀態(tài)。可見，超聲回彈的綜合應(yīng)用，能較確切地反映構(gòu)件混凝土強(qiáng)度，對保證新建工程質(zhì)量，以及對已建工程的安全性評價(jià)等方面提供科學(xué)依據(jù)。其中聲波法還可用于混凝土內(nèi)部缺陷的檢測。

而電磁感應(yīng)法——鋼筋掃描儀的發(fā)射功率有限，測試深度(即保護(hù)層厚度)范圍取決于待測鋼筋的直徑，并與相鄰鋼筋的距離以及周圍其它電磁干擾有關(guān)，故一般情況下鋼筋掃描儀實(shí)際測試深度(即保護(hù)層厚度)不大于15cm，此探測深度對一般建筑物的混凝土構(gòu)件檢測已滿足要求。當(dāng)探測較深部的鋼筋或金屬物時(shí)可采用電磁輻射法——地質(zhì)雷達(dá)來測定，此技術(shù)還可用于混凝土內(nèi)部缺陷的檢測。

參考文獻(xiàn)

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