混凝土強(qiáng)度檢測(cè)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(gè)物理量來推定混凝土強(qiáng)度。聲速主要反映材料的密實(shí)度，而密實(shí)度與材料強(qiáng)度有關(guān)�；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)。測(cè)得兩個(gè)指標(biāo)后，利用已建立起來的測(cè)強(qiáng)公式推算該測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度。
1.2測(cè)試方法及注意事項(xiàng)
1.2.1測(cè)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(cè)試表面等條件，選用不同的超聲測(cè)試方法：
�。�1）對(duì)測(cè)法。當(dāng)混凝土被測(cè)部位能提供一對(duì)相互平行的測(cè)試表面時(shí)，可采用對(duì)測(cè)法檢測(cè)。例如檢測(cè)一般混凝土柱、梁等構(gòu)件；
�。�2）角測(cè)法。當(dāng)混凝土被測(cè)部位只能提供兩個(gè)相鄰表面時(shí)，雖然無法進(jìn)行對(duì)測(cè)，但可以采用丁角方法檢測(cè)。例如檢測(cè)旁邊存在障礙物的混凝土柱子；
�。�3）平測(cè)法。當(dāng)混凝土被測(cè)部位只能提供一個(gè)測(cè)試表面時(shí)，可采用平測(cè)法檢測(cè)。
1.2.2超聲平測(cè)法測(cè)區(qū)布置及測(cè)試注意事項(xiàng)
（1）應(yīng)在構(gòu)件上均勻布置測(cè)區(qū)，每個(gè)構(gòu)件上測(cè)區(qū)數(shù)不應(yīng)少于10個(gè)；
�。�2）為了避開鋼筋的影響，布置平測(cè)超聲測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)使發(fā)射（F）和接收（S）換能器的連線與測(cè)點(diǎn)附近鋼筋軸線保持一定夾角，一般控制在40°～50°，對(duì)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(cè)時(shí)測(cè)距宜保持在200～500mm；
�。�4）宜采用在每測(cè)區(qū)畫方格網(wǎng)的方法控制測(cè)距，且最好給兩換能器配備合適的定位設(shè)施，以避免測(cè)距的誤差導(dǎo)致最終結(jié)果不準(zhǔn)，尤其是在測(cè)量求平測(cè)聲速修正系數(shù)相關(guān)的一系列聲時(shí)值時(shí)。
1.3數(shù)據(jù)的處理分析
1.3.1混凝土聲速計(jì)算與修正平測(cè)時(shí)某測(cè)點(diǎn)的聲速應(yīng)按式（1）計(jì)算，精確至0.01km/s。vi=li/(ti-t0)（1）式中:vi———第i點(diǎn)平測(cè)聲速值（km/s）;li———第i點(diǎn)F、S換能器中心之間的距離（mm）;ti———第i點(diǎn)聲時(shí)讀數(shù)；t0———聲時(shí)初讀數(shù)（sμ）。平測(cè)修正后的混凝土中聲速代表值應(yīng)按式（2）計(jì)算，精確至0.01km/sva=(λ∑vi)/n（2）式中:va———為平測(cè)修正后的平測(cè)時(shí)混凝土中聲速代表值（km/s）；∑vi——為該測(cè)區(qū)各測(cè)點(diǎn)的平測(cè)聲速值之和（km/s）；n———為該測(cè)區(qū)的測(cè)點(diǎn)數(shù)量；λ———為平測(cè)聲速修正系數(shù)。測(cè)試面修正后的混凝土中聲速代表值應(yīng)按式（3）計(jì)算，精確至0.01km/s。v=βva（3）式中:v———修正后的平測(cè)時(shí)混凝土中聲速代表值（km/s）；β———超聲測(cè)試面的聲速修正系數(shù)，頂面平測(cè)為1.05，底面平測(cè)為0.95，測(cè)面1.0。在進(jìn)行超聲波平測(cè)時(shí)，測(cè)區(qū)混凝土聲速的確定要根據(jù)所測(cè)構(gòu)件測(cè)試面的實(shí)際情況求出修正系數(shù)λ，先對(duì)平測(cè)聲速進(jìn)行適當(dāng)修正后，再進(jìn)行混凝土強(qiáng)度計(jì)算，不能盲目套用某種修正方法或某一修正系數(shù)，否則會(huì)引起較大誤差。實(shí)際工程檢測(cè)中，如有條件在同一測(cè)試部位做平測(cè)和對(duì)測(cè)比較，可求出實(shí)際修正系數(shù)，按實(shí)測(cè)修正系數(shù)λ對(duì)平測(cè)聲速進(jìn)行修正。當(dāng)無條件做對(duì)比測(cè)試時(shí)，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(cè),逐點(diǎn)讀取相應(yīng)聲時(shí)值，然后以測(cè)距l(xiāng)i與對(duì)應(yīng)聲時(shí)ti求回歸方程l=a+bt,其中回歸系數(shù)b相當(dāng)于對(duì)測(cè)時(shí)的混凝土聲速Vd，然后以Vd與各測(cè)點(diǎn)聲速的平均值Vm進(jìn)行比較，求出該狀態(tài)下的.平測(cè)聲速修正系數(shù)λ。
1.3.2混凝土強(qiáng)度換算測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度的換算應(yīng)優(yōu)先采用地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線，若無地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線，可采用全國(guó)統(tǒng)一測(cè)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(cè)區(qū)數(shù)少于10個(gè)時(shí)，按式（4）計(jì)算。fcu.e=fcuc.min（4）式中：fcuc.min———構(gòu)件最小的測(cè)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(cè)區(qū)數(shù)不小于10個(gè)或按批量檢測(cè)時(shí)，按式（5）計(jì)算。fcu.e=mfcuc-1.645sfcuc（5）式中：mfcuc———構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的平均值（MPa）；sfccu———構(gòu)件測(cè)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(shí)，構(gòu)件不能按批推定強(qiáng)度，應(yīng)全部按單個(gè)構(gòu)件檢測(cè)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(diǎn)
與單一回彈法相比，綜合法測(cè)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(shí)際質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。平測(cè)法只能反映淺層混凝土的質(zhì)量，對(duì)于厚度較大的板式結(jié)構(gòu)（如混凝土承臺(tái)、筏板等）不宜用平測(cè)法，可沿結(jié)構(gòu)表面每間隔一定距離鉆一個(gè)φ40～φ50mm的超聲測(cè)試孔，用徑向振動(dòng)式換能器進(jìn)行聲速測(cè)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(cè)距、溫度等。為了提高綜合法所測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，不同地區(qū)宜根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，試驗(yàn)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(duì)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(cè)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(yàn)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(cè)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(chǎng)檢測(cè)方法。相對(duì)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(cè)試結(jié)果誤差范圍小、直觀、能真實(shí)地反映混凝土強(qiáng)度等諸多優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中得到廣泛的應(yīng)用。但是，鉆芯會(huì)造成結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的局部破壞,因此其測(cè)點(diǎn)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(cè)定強(qiáng)度時(shí)，鉆芯部位應(yīng)有該方法的測(cè)區(qū)或在其測(cè)區(qū)附近。固定鉆機(jī)鉆取芯樣,取出芯樣進(jìn)行編號(hào),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(shí)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(xiàng)要求，每個(gè)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(duì)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(shí)，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(shí)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(yàn)。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(shí)，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(yàn)。
2.4芯樣試件的試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度值的計(jì)算
芯樣試件進(jìn)行抗壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》GB/T50081中對(duì)立方體試塊抗壓試驗(yàn)方法進(jìn)行。芯樣試件的混凝土抗壓強(qiáng)度可按式（6）計(jì)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(yàn)測(cè)得的最大壓力（N）；A———芯樣試件抗壓截面面積（mm2）。檢測(cè)批混凝土強(qiáng)度推定區(qū)間的確定方法：由于抽樣檢測(cè)必然存在著抽樣不確定性，給出確定的推定值必然與檢測(cè)批混凝土強(qiáng)度值的真值存在偏差，因此給出一個(gè)推定區(qū)間更為合理。推定區(qū)間是對(duì)檢測(cè)批混凝土強(qiáng)度真值的估計(jì)區(qū)間。鉆芯確定單個(gè)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值時(shí)，有效芯樣試件的數(shù)量不應(yīng)少于3個(gè)；對(duì)于較小構(gòu)件，有效芯樣試件的數(shù)量不得少于2個(gè)。單個(gè)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(diǎn)
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(zhǎng)時(shí)間，且對(duì)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(shí)例
某市新建鄉(xiāng)道橋梁工程，設(shè)計(jì)采用混凝土墻式護(hù)欄，設(shè)計(jì)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(duì)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(xiàng)檢測(cè)�？紤]到單一檢測(cè)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(cè)。全部17個(gè)混凝土構(gòu)件均采用回彈法測(cè)強(qiáng)，其中5個(gè)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊及回彈法檢測(cè)結(jié)果都顯示強(qiáng)度誤差較大的，又進(jìn)行了鉆芯法檢測(cè)，另外12個(gè)構(gòu)件除了回彈法檢測(cè)外，還采用了超聲回彈綜合法檢測(cè)。使用儀器有：回彈儀、混凝土碳化深度測(cè)量?jī)x、NM-4A非金屬超聲波檢測(cè)儀、多功能混凝土鉆孔取芯機(jī)、切割機(jī)、液壓萬能試驗(yàn)機(jī)、鋼直尺、游標(biāo)卡尺等。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，各種檢測(cè)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(cè)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(cè)得的混凝土強(qiáng)度值較略高。根據(jù)施工記錄，五個(gè)采用鉆芯法的構(gòu)件為冬季氣溫較低時(shí)施工，且現(xiàn)場(chǎng)保溫措施不當(dāng)。對(duì)該五個(gè)構(gòu)件采用回彈法所測(cè)得的強(qiáng)度值相對(duì)較低，采用鉆芯法測(cè)得的強(qiáng)度值均較回彈法的測(cè)值略高。鉆芯法能較為接近的反映混凝土的實(shí)際強(qiáng)度狀況；回彈法對(duì)表面有一定劣化的混凝土構(gòu)件，所測(cè)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(shí)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(duì)測(cè)得的聲速值和回彈值均有較大影響，當(dāng)混凝土齡期較長(zhǎng)時(shí)，聲速值偏低而回彈值偏高。試驗(yàn)表明采用超聲回彈綜合法來推算混凝土強(qiáng)度時(shí)，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(cè)試精度高，可靠性大，適用范圍廣，尤其對(duì)已失去混凝土原始資料的長(zhǎng)齡期構(gòu)件。
4體會(huì)
三種混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法中，回彈法和超聲回彈綜合法檢測(cè)手段簡(jiǎn)便，對(duì)結(jié)構(gòu)完全沒有損傷，鉆芯法對(duì)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(yàn)和強(qiáng)度評(píng)定的最好方法�；貜椃ê统暬貜椌C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(huì)對(duì)構(gòu)件造成損傷，限制了芯樣取樣數(shù)量，其檢測(cè)結(jié)果相對(duì)整個(gè)構(gòu)件來講，代表性較差。在混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)，應(yīng)以回彈法、超聲回彈綜合法為主，同時(shí)應(yīng)采用鉆芯法校正回彈法及其他測(cè)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(cè)應(yīng)盡可能使用兩種強(qiáng)度檢測(cè)方法或采用非破損與局部破損檢測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。
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