第10章 工程結構物的現場非破損檢測技術

第10章

工程結構物的現場非破損檢測技術

結構檢測是為評定建設工程的質量或鑒定既有結構的性能等所實施的檢測工作。結構檢測的含義應是廣義的，不應單純局限于儀器量測的數據，檢測包括檢查和測試。本章從結構檢測的方法入手，重點闡述了混凝土結構、砌體結構、鋼結構的現場檢測的內容、一般要求及相應的檢測技術。

（1）我國地域遼闊，是一個自然災害頻發的國家，每年都不同程度地發生大的地震災害、風災、水災、火災等突發性災害作用，對在用的各類構筑物造成了嚴重的損傷。建筑物在使用中還會遇到各種偶發事件而遭受損傷，如地基的不均勻沉降、結構的溫度變形、長期超載使用和疲勞作用、工業事故等。（2）工程結構的設計與建造應遵循國家法規和科學規律，一旦違背，將殃及建筑物的使用壽命和結構安全。根據大量事故隱患調查表明。不同歷史時期的建筑物都與當時的社會經濟環境、政策法規、建筑造價和科技水平等因素有直接關系。我國在二十世紀五十年代的建筑高潮中建造的大量建筑物不僅設計施工水平低，而且經過50余年的使用，已經大量出現老化與嚴重的損傷；八、九十年代建設高潮中建造的大批建筑物，由于當時建筑市場的不規范，如工程不合理轉包等原因，也出現了不少工程質量低劣的現象，造成了工程隱患。（3）目前在設計、施工管理和日常使用中存在的各類問題也給建筑物的質量帶來了一定隱患，影響工程結構的使用壽命。2011年4月12日，位于新疆庫爾勒市的314國道孔雀河大橋部分垮塌，橋面塌落寬度約25米，斷裂長度約15米。橋跨150米，寬24.5米，1998年建成通車，是西北地區最大跨徑鋼筋混凝土拱橋。2011年4月9日晚，鄭州市中州大道跨京廣鐵路大橋南端兩個承重梁被兩輛超載貨車軋斷，危及京廣鐵路上下行安全。九江長江大橋是我國鐵路南北通道京九線和公路干線105國道上的重要橋梁，是九江市連接湖北、安徽的重要通道。近年來，通過九江長江大橋的超限超載車輛明顯增多，對大橋造成嚴重危害，公路橋橫梁腹板豎向加勁肋端部出現了48條裂縫等“病害”。

公路橋已發生了3次大面積脫落，最多的一次混凝土破碎脫落物達1噸。

超載嚴重的貨車通過大橋時，盡管大橋總體承重能力沒有問題，但超載嚴重的貨車車輪對大橋橋面各個支點的擠壓強度大大增加，嚴重損壞了大橋的橋面。如果繼續讓超載嚴重的大貨車在大橋上通行，可能會引發大橋橋面部分塌陷。

管理上只對超載貨車進行罰款，而不要求超載貨車卸貨，超載貨車仍超載行駛。實行計重收費，只是增加了超載貨車的運輸成本，但無法杜絕貨車嚴重超載。

2011年4月7日，山西綿山在建的公交換乘中心外部網架坍塌，造成7人死亡。現場檢測主要特點：非破壞性的常用檢測方法：回彈法、超聲法、取芯法、拔出法、射線法、雷達法……檢測部位選擇：避開構件頂部的弱區混凝土測點數量：保證可靠性為前提，結合尺寸、數量等因素綜合考慮。10.2回彈法檢測結構混凝土強度10.3超聲法檢測結構混凝土強度10.4超聲回彈綜合法檢測結構混凝土強度10.5鉆芯法檢測結構混凝土強度10.6超聲法檢測混凝土缺陷10.7混凝土結構內部鋼筋檢測混凝土強度檢測回彈原理示意圖10.2回彈法檢測混凝土強度（一）回彈法的基本原理回彈法：根據混凝土的表面硬度與抗壓強度之間存在著一定的相關性而發展起來的一種混凝土強度測試方法。測試時，用具有規定動能的重錘彈擊混凝土表面，彈擊后，初始動能發生再分配，一部分能量被混凝土吸收，剩余的能量則回傳給重錘。被混凝土吸收的能量取決于混凝土表面的硬度，混凝土表面硬度低，受彈擊后表面塑性變形和殘余變形大，被混凝土吸收的能量就多，回傳給重錘的能量就少；相反，混凝土表面硬度高，受彈擊后的塑性變形小，吸收的能量少，而傳給重錘的能量多，因而回彈值就高，從而間接反映了混凝土的抗壓強度。利用回彈儀測量彈擊錘的回彈值，再利用回彈值與混凝土表面硬度(強度)的關系，就可以推斷混凝土的強度。回彈法原理重錘彈擊混凝土表面反彈距離回彈值R強度（1）回彈值（2）回彈值與強度值的關系。直線方程冪函數方程拋物線方程

型號：回彈儀有不同的型號，按沖擊動能的大小分為重型、中型、輕型、特輕型四種。在進行建筑結構檢測時一般使用中型回彈儀。中型回彈儀的代號為HT225，其沖擊動能為2.21J。適用范圍：回彈法只適用于齡期為14天～1000天范圍內自然養護、評定強度在10~50MPa的普通混凝土；不適用于內部有缺陷或遭化學腐蝕、火災、冰凍的混凝土和其他品種混凝土。圖7.2.1回彈儀構造圖1-試驗構件表面；2-彈擊桿；3-拉力彈簧；4-套筒；5-重錘；6-指針；7-刻度尺；8-導桿；9-壓力彈簧；10-調整螺絲；11-按鈕；12-掛鉤(二)技術規程：回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程JGJ/T23-2001

L≥3m≤2m20cm≥20mm1.測區及測點要求：盡量選擇混凝土澆注側面進行水平方向的回彈測試。2.碳化深度的測量：

用酚酞酒精遇到堿性物質變色的化學原理檢測混凝土碳化深度。dm碳化：混凝土表面在空氣中的二氧化碳和水分的作用下，表層的氫氧化鈣轉化成碳酸鈣硬殼。

碳化的影響：混凝土強度等級相同時，回彈值隨碳化深度的增大而增大。

4.回彈值的修正：(1)非水平方向彈擊——角度修正(修正表)

(2)澆注表面和底面彈擊——澆注面修正(修正表)

3.回彈值計算：

將每個測區16個測點中的三個最大值和三個最小值剔除，余下的10個回彈值取平均值作為該測區的平均回彈值。5.混凝土強度的推定：修正后的回彈值及碳化深度根據統計學原理推定混凝土構件強度

(平均值、方差、最小值)查國家統一或地區測強曲線表

(優先選擇地區測強曲線)各測區的混凝土強度換算值 10.3超聲法檢測混凝土強度(一)測量原理：混凝土的抗壓強度與超聲波在混凝土中的傳播速度之間的相關關系。

抗壓強度超聲波傳播速度

高快

低慢混凝土超聲波檢測系統指數函數方程冪函數方程拋物線方程測區聲波傳播速度，其中，(二)技術規程：1.測區及測點要求(10對測區)：≤2m20cm2.聲速計算:

當在混凝土的澆注表面及底面測試時，應進行修正。3.測量方法:電源開關精調細調掃描寬度粗調微調調零手動自動收發增益發射電壓0123456789010203040506070衰減dB0.5發射波數碼顯示(傳輸時間s)計數s0.5接收波光標10.4超聲回彈綜合法檢測混凝土強度

超聲回彈綜合法是建立在超聲傳播速度和回彈值與混凝土抗壓強度之間相互關系的基礎上，以聲速和回彈值綜合反映混凝土抗壓強度的一種非破損檢測方法。(一)測量原理

超聲波彈性性質(內部構造)

回彈值塑性性質(表面3cm厚度狀態)碳化深度超聲波

碳化深度回彈值綜合法檢測混凝土強度時不須測量碳化深度。超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程CECS0288(二)技術規程1.測區及測點要求：10對測區2.計算與修正：同回彈法及超聲脈沖法。3.混凝土強度推定：查表(國家統一或地區測強曲線)得，再按單個或批量構件推定混凝土抗壓強度值。

先進行回彈測試，再進行超聲測試。

平面型方程曲面型方程

其中：卵石：A=0.0038，B=1.23，C=1.95

碎石：A=0.008，B=1.72，C=1.5710.5鉆芯法檢測混凝土強度(一)測量原理用鉆芯機鉆取圓柱形芯樣，對芯樣進行抗壓試驗。

優點：直觀缺點：半破損(二)技術規程鉆芯法檢測混凝土強度技術規程CECS03881.芯樣：直徑Φ100(150)高徑比1~2數量3個2.取樣部位：非主要受力部位，混凝土強度具有代表性，避開主筋，芯樣內鋼筋直徑小于10mm。3.計算：α-高徑比換算系數

Ｆ-芯樣抗壓值4.修補芯樣試件混凝土強度的換算系數圖7.2.3鉆芯機

1─電動機；2─變速箱；3─鉆頭；4─膨脹螺栓；5─支撐螺絲；

6─底座；7─行走輪；8─主柱；9─升降齒輪；10─進鉆手柄；11─堵蓋

方法測試內容優點缺點備注回彈法測定混凝土表面硬度測試方法簡單、快速，測試費用低，對結構無損傷，對構件尺寸無要求。要求混凝土內部無缺陷，同一測點不能重復測試，相對與其它方法，測試精確度偏低。(1000天以內的混凝土)在一定程度上能檢測混凝土的勻質性。超聲回彈綜合法測定混凝土表面硬度及超聲波在混凝土中的傳播速度測試方法也較為簡單，對結構無損傷，測試精度較單一法精。試件尺寸受超聲波穿透距離的限制。在一定程度上能檢測混凝土的勻質性和內部缺陷。鉆芯法測定芯樣的抗壓強度精確度最高。儀器笨重，操作復雜，對結構的損傷程度較大，檢測后需進行修補。可以測定混凝土的劈裂強度和內部缺陷。10.6超聲法檢測混凝土缺陷一、缺陷類型及成因裂縫孔洞

不密實

蜂窩非外力作用水泥水化熱——不均勻收縮外力作用——碰撞、堆放重物溫度——不均勻收縮地基不均勻沉降設計振搗不足鋼筋間距與骨料直徑不匹配表面損傷——腐蝕、燒傷、凍融、老化保護層不夠導致漏漿S19-S20(4-6)跨，離S19－4約6m處，距外環側底板邊緣20

m處，混凝土不密實、空洞、鋼筋銹蝕情況嚴重S2-S4(4-5)跨，離S4－4約3m處，外環側底板邊緣混凝土不密實、空洞情況S2（4－5）墩頂腹板側未打開前，表觀滲水，已有白色碳酸鈣形成

孔道內有積水，從鋼絞線中滲出，且混凝土中含有膠布，無封錨鋼筋二、超聲波法測量原理超聲波通過缺陷時產生繞射超聲法檢測混凝土缺陷技術規程CECS212001測量超聲波在混凝土中的傳播速度，接受波形信號的振幅和頻率等聲學參數的相對變化，判定混凝土的缺陷。超聲波缺陷界面上產生反射聲時波速波幅頻率

波形畸變二、裂縫檢測(一)淺裂縫(dc<500mm)檢測：1.平測法——測量聲時：tt0hcl’(mm)l1t4l4’t(s)l2t3t2t1l3’l2’l1’l’

—10，15，20，25cm……lll’l’1、5測點未通過裂縫，2、3、4測點通過裂縫，

t1,5<t2,3,4，

A1,5>A2,3,4，

f1,5>f2,3,4。2134521345213452.斜測法：二、裂縫檢測：(一)淺裂縫(dc<500mm)檢測：平測法檢測裂縫深度、走向對于傾斜裂縫，應先確定其走向。方法是在測試面上畫一條與裂縫交叉并相垂直的直線，然后如圖所示，將一探頭固定放置在直線上某一測點A，另一探頭置于裂縫的另一邊靠近裂縫的B1點，測得聲時t1后再向右側稍許移動，此時聲時若減小，則裂縫走向右邊，反之則向左邊。

裂縫末端的確定，如圖，在B探頭由B1到B2的移動過程中，記下聲時值最小的測點B3，從B3引測試面的垂直線，該直線必與裂縫末端O相交。從直角三角形AOB3與B1OB3可得：

二、裂縫檢測：(二)深裂縫(dc>500mm)檢測：LLLL一般為2000mm。

探頭以相同高程自上而下同步移動，讀取接收波首波波幅及聲時值，當波幅達到最大并基本穩定時對應的深度即為裂縫深度。孔深波幅dc3.鉆孔對測法：三、混凝土內部缺陷檢測內部缺陷：空洞、不密實區、內部微裂縫等觀測數據：聲時值、首波波幅、頻率ltmaxth兩對平行測試面一對平行測試面10.7混凝土結構內部鋼筋檢測一、鋼筋位置檢測目的：確定鋼筋位置、布筋情況、保護層厚度，

估計鋼筋直徑原理：利用電磁感應原理測定鋼筋混凝土內的

磁場分布情況，確定鋼筋位置及尺寸。混凝土—弱磁場鋼筋—強磁場

鋼筋距探頭越近，鋼筋直徑越粗，磁感應強度越大，相位差也越大。測試試件要求：配筋稀疏，保護層較薄，鋼筋布置在同一平面或在不同平面內距離較大。二、鋼筋銹蝕檢測混凝土—堿性材料—鋼筋不銹蝕混凝土開裂、碳化—鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕—電化學過程—腐蝕電流—電位變化鋼筋銹蝕—鋼筋有效截面積減小，混凝土剝落mv+-鋼筋硫酸銅飽和溶液銅極電棒多孔接頭毫伏表鋼筋銹蝕狀況的判別標準S9-S10(2－3)跨鋼筋銹斷情況S9-S10(2－3)跨鋼筋銹斷情況

S1－S2(4-5)跨，外環側底板邊緣處，預應力孔道打開后水流情況（1）直接截取標準試樣法

按標準試件尺寸，直接從墻上取樣，一般不少于3~6個。抗壓強度：若非標準式樣，則乘以換算系數ψ。10.8砌體結構的現場檢測1.扁頂法

2.原位軸壓法

3.原位單剪法

4.原位單磚雙剪法（2）砌體強度的直接測定法圖4.39砌體扁頂法的試驗裝置

圖4.40原位軸壓法的試驗裝置圖4.42原位單磚雙面剪切裝置示意圖1.試件2.掏空的灰縫原位單面剪切裝置示意圖

1.現澆混凝土傳力件

2.槽3.試件1.推出法2.筒壓法3.砂漿片剪切法4.回彈法5.點荷法6.射釘法（3）砌體強度的間接測定法

推出法:該法采用推出儀從墻體上水平推出單塊丁磚，測得水平推力及推出磚下的砂漿飽滿度，以此推定砌筑砂漿抗壓強度的方法。（a）試件加工步驟示意（b）平剖面（c）縱剖面圖7.3.1推出儀及測試安裝1—被推出丁磚；2－支架；3－前梁；4－后梁；5－傳感器；6－墊片；7－調平螺絲8－傳力螺桿；9－推出力峰值測定儀

筒壓法:將取樣砂漿破碎、烘干并篩分成符合一定級配要求的顆粒，裝入承壓筒并施加筒壓荷載后，檢測其破損程度，用筒壓比表示，以此推定其抗壓強度的方法。圖7.3.2承壓筒構造（a）承壓筒剖面；（b）承壓蓋剖面

砂漿片剪切法:采用砂漿測強儀檢測砂漿片的抗剪強度，以此推定砌筑砂漿抗壓強度的方法。圖7.3.3砂漿測強儀工作原理回彈法:采用砂漿回彈儀檢測墻體中砂漿的表面硬度，根據回彈值和碳化深度推定其強度的方法。每個測位內均勻布置12個彈擊點,在每個彈擊點上，使用回彈儀連續彈擊3次，第1、2次不讀數，僅記讀第3