混凝土強(qiáng)度檢測橋梁工程論文
1超聲回彈綜合法
1.1基本原理
超聲回彈綜合法是利用聲速和回彈這兩個物理量來推定混凝土強(qiáng)度。聲速主要反映材料的密實度，而密實度與材料強(qiáng)度有關(guān)。回彈值則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)。測得兩個指標(biāo)后，利用已建立起來的測強(qiáng)公式推算該測區(qū)混凝土強(qiáng)度。
1.2測試方法及注意事項
1.2.1測試方法選擇根據(jù)構(gòu)件的幾何形狀、所處環(huán)境、尺寸大小以及所能提供的測試表面等條件，選用不同的超聲測試方法：
（1）對測法。當(dāng)混凝土被測部位能提供一對相互平行的測試表面時，可采用對測法檢測。例如檢測一般混凝土柱、梁等構(gòu)件；
�。�2）角測法。當(dāng)混凝土被測部位只能提供兩個相鄰表面時，雖然無法進(jìn)行對測，但可以采用丁角方法檢測。例如檢測旁邊存在障礙物的混凝土柱子；
�。�3）平測法。當(dāng)混凝土被測部位只能提供一個測試表面時，可采用平測法檢測。
1.2.2超聲平測法測區(qū)布置及測試注意事項
�。�1）應(yīng)在構(gòu)件上均勻布置測區(qū)，每個構(gòu)件上測區(qū)數(shù)不應(yīng)少于10個；
（2）為了避開鋼筋的影響，布置平測超聲測點時，應(yīng)使發(fā)射（F）和接收（S）換能器的連線與測點附近鋼筋軸線保持一定夾角，一般控制在40°～50°，對預(yù)應(yīng)力混凝土梁體，還應(yīng)完全避開預(yù)應(yīng)力孔道的位置；
�。�3）平測時測距宜保持在200～500mm；
�。�4）宜采用在每測區(qū)畫方格網(wǎng)的方法控制測距，且最好給兩換能器配備合適的定位設(shè)施，以避免測距的誤差導(dǎo)致最終結(jié)果不準(zhǔn)，尤其是在測量求平測聲速修正系數(shù)相關(guān)的一系列聲時值時。
1.3數(shù)據(jù)的處理分析
1.3.1混凝土聲速計算與修正平測時某測點的聲速應(yīng)按式（1）計算，精確至0.01km/s。vi=li/(ti-t0)（1）式中:vi———第i點平測聲速值（km/s）;li———第i點F、S換能器中心之間的距離（mm）;ti———第i點聲時讀數(shù)；t0———聲時初讀數(shù)（sμ）。平測修正后的混凝土中聲速代表值應(yīng)按式（2）計算，精確至0.01km/sva=(λ∑vi)/n（2）式中:va———為平測修正后的平測時混凝土中聲速代表值（km/s）；∑vi——為該測區(qū)各測點的平測聲速值之和（km/s）；n———為該測區(qū)的測點數(shù)量；λ———為平測聲速修正系數(shù)。測試面修正后的混凝土中聲速代表值應(yīng)按式（3）計算，精確至0.01km/s。v=βva（3）式中:v———修正后的平測時混凝土中聲速代表值（km/s）；β———超聲測試面的聲速修正系數(shù)，頂面平測為1.05，底面平測為0.95，測面1.0。在進(jìn)行超聲波平測時，測區(qū)混凝土聲速的確定要根據(jù)所測構(gòu)件測試面的實際情況求出修正系數(shù)λ，先對平測聲速進(jìn)行適當(dāng)修正后，再進(jìn)行混凝土強(qiáng)度計算，不能盲目套用某種修正方法或某一修正系數(shù)，否則會引起較大誤差。實際工程檢測中，如有條件在同一測試部位做平測和對測比較，可求出實際修正系數(shù)，按實測修正系數(shù)λ對平測聲速進(jìn)行修正。當(dāng)無條件做對比測試時，可選取有代表性的部位，依次改變發(fā)射和接收換能器之間的距離（如200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200mm）進(jìn)行平測,逐點讀取相應(yīng)聲時值，然后以測距l(xiāng)i與對應(yīng)聲時ti求回歸方程l=a+bt,其中回歸系數(shù)b相當(dāng)于對測時的混凝土聲速Vd，然后以Vd與各測點聲速的平均值Vm進(jìn)行比較，求出該狀態(tài)下的.平測聲速修正系數(shù)λ。
1.3.2混凝土強(qiáng)度換算測區(qū)混凝土強(qiáng)度的換算應(yīng)優(yōu)先采用地區(qū)測強(qiáng)曲線，若無地區(qū)測強(qiáng)曲線，可采用全國統(tǒng)一測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算表換算。
1.3.3混凝土強(qiáng)度推定構(gòu)件測區(qū)數(shù)少于10個時，按式（4）計算。fcu.e=fcuc.min（4）式中：fcuc.min———構(gòu)件最小的測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值（MPa）；fcu.e———構(gòu)件的混凝土抗壓強(qiáng)度推定值（MPa）。構(gòu)件測區(qū)數(shù)不小于10個或按批量檢測時，按式（5）計算。fcu.e=mfcuc-1.645sfcuc（5）式中：mfcuc———構(gòu)件測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的平均值（MPa）；sfccu———構(gòu)件測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）。出現(xiàn)下述三種情況時，構(gòu)件不能按批推定強(qiáng)度，應(yīng)全部按單個構(gòu)件檢測推定強(qiáng)度。
（1）該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度平均值小于25.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)差sfccu＞4.50MPa；
�。�2）該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度平均值在25.0～50.0Ma，標(biāo)準(zhǔn)差sfccu＞5.50MPa；
�。�3）該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度平均值大于50.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)差sfccu＞6.50MPa。
1.4超聲回彈綜合法的特點
與單一回彈法相比，綜合法測試精度高、適用范圍廣、能夠較全面地反映結(jié)構(gòu)混凝土的實際質(zhì)量等優(yōu)點。平測法只能反映淺層混凝土的質(zhì)量，對于厚度較大的板式結(jié)構(gòu)（如混凝土承臺、筏板等）不宜用平測法，可沿結(jié)構(gòu)表面每間隔一定距離鉆一個φ40～φ50mm的超聲測試孔，用徑向振動式換能器進(jìn)行聲速測量。影響超聲波聲速的因素很多，如混凝土的砂率、混凝土的坍落度、石料比重、測距、溫度等。為了提高綜合法所測結(jié)果的準(zhǔn)確性，不同地區(qū)宜根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，試驗研究得出該地區(qū)的各種聲速影響因素的程度，從而在推定混凝土強(qiáng)度之前對聲速進(jìn)行修正，以提高最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2鉆芯法
2.1基本原理
鉆芯法是利用專用鉆芯機(jī)從被檢測的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上直接鉆取圓柱型的混凝土芯樣，并根據(jù)芯樣的抗壓試驗強(qiáng)度來推定混凝土的抗壓強(qiáng)度，是較為直觀可靠的檢測混凝土強(qiáng)度或觀察混凝土內(nèi)部質(zhì)量的局部半破損現(xiàn)場檢測方法。相對于非破損法和其他半破損法而言，鉆芯法由于具有不受混凝土齡期限值、測試結(jié)果誤差范圍小、直觀、能真實地反映混凝土強(qiáng)度等諸多優(yōu)點，在實際工程中得到廣泛的應(yīng)用。但是，鉆芯會造成結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的局部破壞,因此其測點的數(shù)量受到嚴(yán)格的限制,不可在構(gòu)件上普遍使用。
2.2鉆芯位置
芯樣應(yīng)在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的下列部位鉆�。航Y(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力較小的部位；混凝土強(qiáng)度質(zhì)量具有代表性的部位；便于鉆芯機(jī)安放與操作的部位；避開主筋、預(yù)埋件和管線的位置，并盡量避開其它鋼筋；用鉆芯法和其他方法綜合測定強(qiáng)度時，鉆芯部位應(yīng)有該方法的測區(qū)或在其測區(qū)附近。固定鉆機(jī)鉆取芯樣,取出芯樣進(jìn)行編號,并記錄被取芯樣的構(gòu)件名稱、位置和方向。結(jié)構(gòu)物的芯樣鉆取后所留下孔洞應(yīng)及時進(jìn)行修補(bǔ),以保證其正常工作。
2.3芯樣試件處理
芯樣應(yīng)為公稱直徑100mm、高徑比為1:1的混凝土圓柱體試件。芯樣試件內(nèi)不應(yīng)含有鋼筋。如不能滿足此項要求，每個試件內(nèi)最多只允許含有二根直徑小于10mm的鋼筋，且鋼筋應(yīng)與芯樣軸線基本垂直并不得露出端面。小直徑芯樣不得帶有鋼筋。芯樣外觀尺寸對強(qiáng)度的影響主要取決于端面的平整度、平行度和垂直度。鋸切后的芯樣，當(dāng)不能滿足平整度及垂直度要求時，應(yīng)進(jìn)行端面補(bǔ)平加工,補(bǔ)平層與芯樣層要結(jié)合牢固,以使受壓時的補(bǔ)平層與芯樣的結(jié)合面不提前破壞。芯樣試件一般應(yīng)在自然干燥的狀態(tài)下進(jìn)行試驗。當(dāng)結(jié)構(gòu)工作條件比較潮濕，需要確定潮濕狀態(tài)下混凝土的強(qiáng)度時，芯樣試件宜在20℃±5℃的清水中浸泡40～48h，從水中取出后立即進(jìn)行試驗。
2.4芯樣試件的試驗和抗壓強(qiáng)度值的計算
芯樣試件進(jìn)行抗壓試驗時，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》GB/T50081中對立方體試塊抗壓試驗方法進(jìn)行。芯樣試件的混凝土抗壓強(qiáng)度可按式（6）計算：fcu,cor＝Fc/A（6）式中：fcu,cor———芯樣試件的混凝土抗壓強(qiáng)度值（MPa）；Fc———芯樣試件的抗壓試驗測得的最大壓力（N）；A———芯樣試件抗壓截面面積（mm2）。檢測批混凝土強(qiáng)度推定區(qū)間的確定方法：由于抽樣檢測必然存在著抽樣不確定性，給出確定的推定值必然與檢測批混凝土強(qiáng)度值的真值存在偏差，因此給出一個推定區(qū)間更為合理。推定區(qū)間是對檢測批混凝土強(qiáng)度真值的估計區(qū)間。鉆芯確定單個構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值時，有效芯樣試件的數(shù)量不應(yīng)少于3個；對于較小構(gòu)件，有效芯樣試件的數(shù)量不得少于2個。單個構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值不再進(jìn)行數(shù)據(jù)的舍棄，而應(yīng)按有效芯樣試件混凝土抗壓強(qiáng)度值中的最小值確定。
2.5鉆芯法的特點
鉆芯法直接從結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上鉆芯樣，根據(jù)芯樣試壓強(qiáng)度推定結(jié)構(gòu)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，不受混凝土齡期和碳化深度影響，直觀、可靠、精度高。但是，鉆芯及芯樣加工需要專用的配套設(shè)備和較長時間，且對鑒定結(jié)構(gòu)有局部損傷，需要修補(bǔ)，且成本較高。
3工程實例
某市新建鄉(xiāng)道橋梁工程，設(shè)計采用混凝土墻式護(hù)欄，設(shè)計強(qiáng)度C30。在施工質(zhì)量控制過程中，發(fā)現(xiàn)有17座橋梁的墻式護(hù)欄的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d抗壓強(qiáng)度不合格。受建設(shè)單位委托，對這17座中小橋梁的混凝土墻式護(hù)欄進(jìn)行了混凝土強(qiáng)度專項檢測。考慮到單一檢測方法的局限性，采用了回彈法、超聲回彈綜合法、鉆芯法三種方法進(jìn)行了檢測。全部17個混凝土構(gòu)件均采用回彈法測強(qiáng)，其中5個構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊及回彈法檢測結(jié)果都顯示強(qiáng)度誤差較大的，又進(jìn)行了鉆芯法檢測，另外12個構(gòu)件除了回彈法檢測外，還采用了超聲回彈綜合法檢測。使用儀器有：回彈儀、混凝土碳化深度測量儀、NM-4A非金屬超聲波檢測儀、多功能混凝土鉆孔取芯機(jī)、切割機(jī)、液壓萬能試驗機(jī)、鋼直尺、游標(biāo)卡尺等。從實驗結(jié)果可以看出，各種檢測而方法所得的混凝土強(qiáng)度都有一定差異。
回彈法與超聲回彈綜合法測得的混凝土強(qiáng)度值離散性較大。超聲回彈綜合法較回彈法測得的混凝土強(qiáng)度值較略高。根據(jù)施工記錄，五個采用鉆芯法的構(gòu)件為冬季氣溫較低時施工，且現(xiàn)場保溫措施不當(dāng)。對該五個構(gòu)件采用回彈法所測得的強(qiáng)度值相對較低，采用鉆芯法測得的強(qiáng)度值均較回彈法的測值略高。鉆芯法能較為接近的反映混凝土的實際強(qiáng)度狀況；回彈法對表面有一定劣化的混凝土構(gòu)件，所測的強(qiáng)度值偏低，不能準(zhǔn)確反映構(gòu)件內(nèi)部混凝土的實際情況；鉆芯法可以作為回彈法的良好補(bǔ)充。由于混凝土濕度和齡期對測得的聲速值和回彈值均有較大影響，當(dāng)混凝土齡期較長時，聲速值偏低而回彈值偏高。試驗表明采用超聲回彈綜合法來推算混凝土強(qiáng)度時，可以互相彌補(bǔ)不足，能較全面地反映混凝土的質(zhì)量情況，相互抵消影響因素的干擾。因此，測試精度高，可靠性大，適用范圍廣，尤其對已失去混凝土原始資料的長齡期構(gòu)件。
4體會
三種混凝土強(qiáng)度檢測方法中，回彈法和超聲回彈綜合法檢測手段簡便，對結(jié)構(gòu)完全沒有損傷，鉆芯法對結(jié)構(gòu)有局部損傷，卻是目前構(gòu)件內(nèi)部狀況直觀檢驗和強(qiáng)度評定的最好方法。回彈法和超聲回彈綜合法受齡期、碳化及構(gòu)件內(nèi)外質(zhì)量差異等較多條件限制，誤差較大。鉆芯法受齡期、構(gòu)件內(nèi)外差異等影響小，但是由于會對構(gòu)件造成損傷，限制了芯樣取樣數(shù)量，其檢測結(jié)果相對整個構(gòu)件來講，代表性較差。在混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測時，應(yīng)以回彈法、超聲回彈綜合法為主，同時應(yīng)采用鉆芯法校正回彈法及其他測試方法的準(zhǔn)確度。因此，已建橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度檢測應(yīng)盡可能使用兩種強(qiáng)度檢測方法或采用非破損與局部破損檢測方法相結(jié)合的方法，才可有效提高混凝土抗壓強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)的可靠性。
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