混凝土无损检测

混凝土无损检测（精选十篇）

混凝土无损检测 篇1

声发射作为一种研究材料力学性能和断裂机理的手段，在无损检测技术中占有越来越重要的地位。通过对材料表征实验过程的声发射监视，建立声发射、微观机制、力学特性之间的关系。声发射信号可以提供材料内部宏观与微观缺陷产生和发展的动态信息，利用声发射的特点可以检测材料中诸如裂纹的产生、扩展、以致断裂这样的动态过程，同时还可以间接地测量各种断裂在机械强度上表现出的总效果。

1 声发射技术概述

1.1 声发射技术的含义

作为声发射技术本身来说，其特点较为明显，属于无损检测过程中应用的动态研究方法。由于该方法的重要判断依据是缺陷本身所反射的信号，因此可以通过对于反射的信号的判断来确定缺陷的各种性质。不同的缺陷产生会有不同的声发射信号出现，通过对于各种信号特征的总结和实时检测，就可以实现对动态安全性的全面评估和判断了。

1.2 声发射的产生

对于声发射的产生的源头来说，可以来源自很多方面。相关学者在对声发射源的研究过程中发现，材料中的各种形式的变化都可以作为声发射源的依据之一。例如混凝土结构材料内部所发生的相关位错运动，混凝土结构材料中各种形式裂缝的产生、发展等。以上所提出的两种情形是声发射的产生的主要原因。对于混凝土的裂缝来说，一般情况下是在各种外力和不同因素的作用下，从裂纹的形成开始，按照顺序分别经历裂纹尖端的塑性变形和裂纹扩展后续过程。按照这三个阶段的发展演进，相关的形变能量和势能在不断的累积，当这个累积过程的结果足够大的时候，能量必然要释放。释放的结果就是相关裂缝的产生，同时这也会产生声发射源，这就是裂纹扩展产生声发射的整个理论过程。通过以上对于声发射整个理论过程的分析，我们不难发现，相关能量的释放不是一个持续的过程，应该是断续的简短的，因此这就决定了声发射的的特点也应该是间断和突发的。

1.3 声发射技术的相关特点

主要优点包括：1)声发射是动态检验的一种方法，通过声发射可以检测到一些来自于物体本省的一种能量，它并不是一种超声，也不是一种射线探伤的方法，这些是由无损检测仪器检测提供的;2)声发射检测方法对线性缺陷较为敏感，它能探测到在外加结构应力下这些缺陷的活动情况，稳定的缺陷不产生声发射信号;3)声发射检验在试验的过程中可以全面的评价和探测相关结构中的缺陷中的活动状态;4)声发射技术可以为活动性的缺陷提供时间或者温度等外变量的相关变化进行实时信息或连续的信息，这个技术适用于监控工业技术或者预报相关的临近破坏;5)因为声发射技术针对的被检件的要求不是非常高，同时适用于其他技术不能对环境进行接近的检测，比如易燃、易爆物体或高低温、极毒等环境条件;6)针对正在使用的设备要进行定期的检验，声发射技术的检验的检验方法可以减少进行检测的停产时间;7)针对加载试验的设备，声发射技术可以用于对未知的或连续性的缺陷说引起的系统性的灾难性实效;8)因为可以对构件的相关形态不是特别敏感，所以适用于检测的一些方法经常受到限制的一些复杂性的相关构件。

局限性主要有：

1)对于声发射技术而言，从技术的角度来说其局限性主要表现在它的灵敏度上，对于材料来说这种灵敏度更加的敏感。同时，也正是因为这种敏感使得该项技术非常容易受到来自于环境中的各种因素的影响。因此，对于所采集和接受到的数据进行鉴别、分析和正确的判断具有重要的意义。

2)声发射检测是实际应用的过程中，由于作业环境和条件的限制，我们在实先要加载一定的程序。因此，在通常的情况下，可利用现成的加载条件，但有时还需要特殊准备。

3)从声发射的过程上来看，整个过程是一个不可逆的过程。换句话说，整个过程一旦发生，其结果就是唯一的。整个过程不可能重新来过。这就对整个信息获取的过程提出了较高的要求。要求我们的操作人员，在相关数据信息获取的过程中要注意数据的收集准确和保存及时。

2 声发射的研究历史

最早在工程材料方面对声发射进行研究的是Obert(1941)和Hodgs on(1942)。而声发射技术作为一门新型技术和科学研究工作，则是德国科学家凯塞(Kaiser)从1950年开始进行的。他最有意义的发现是材料形变声发射现象的不可逆效应，即凯塞效应(Kaiser Effe ct)：“材料被重新加载期间，在应力值达到上次加载最大应力之前不产生声发射信号”。同时Kaiser提出了连续型和突发型声发射信号的概念。

从七十年代开始，到整个八十年代初期，大家研究和探索的主要方向集中在对声发射源的基本原理和声波的传播方式上了。这对于后续相关工作的研究起到了促进和推动的作用。

到了八十年代，声发射技术本身已经取得了一定的进展，但是从整个发展过程来说，在这一阶段的发展速度相对来说还是比较缓慢的。从研究领域的宽度上来看，八十年代的研究对象领域有所拓展，已经扩展到了多种材料领域;在信号处理方面，美国PAC公司根据大量的实践研究和经验，对现有的技术进行了总结和改进，运用多领域的学科技术拓展了现有的技术手段和方法，不断的将现代微处理计算机技术进行相关的发展，并融入了声发射检测系统。在积累和结合多领域的优点的基础之上，推陈出新，创造性的设计了第二代源定位声发射检测仪器。该仪器与前一代产品相比较，其体型、体积和重量方面均表现出了较强了优势。

到了九十年代，随着计算机技术的不断发展已经相关配套基础实施的不断完善，国际上的一些大公司对相关技术进行了计算机化的改造。这些大公司包含了美国著名的PAC公司、DW公司，同时还有德国的Vallen Systeme公司。与此同时，我国的一些公司也在这一趋势下，不断的进行技术的改造和升级，对相关技术进行了研究。也取得了一定的成果。中国广州声华公司就结合计算机化的技术开创研究了更先进的第三代数字化多通道声发射检测分析系统，该系统与上一代系统的产品相比较，其优势更加明显。体积、重量、效力方面的优势，使其在实践应用的过程中更加方便。在某种意义上来说，第三代数字化多通道声发射检测分析系统的研制成功与实践应用为声发射技术稳步高速发展提供的必要的促进作用。

3 声发射技术在混凝土材料中的应用

1959年，Rus ch对混凝土受力后的声发射信号首次进行了研究，并证实在混凝土材料中，凯塞效应仅存在于极限应力的70%～85%以下的范围内。1959年和1960年，L·Hermite报导了关于混凝土在变形过程中的噪音(声发射)的研究成果。1965年Robinson研究了砂浆体及不同骨料掺量、不同骨料粒径时混凝土的声发射特征，并发现产生自混凝土的声发射信号有两个主频率，即2kHz和13～14kHz，这两个主频信号主要发生在混凝土的声速和泊松比发生改变的载荷水平。1970年We lls制造了一个用来记录混凝土在变形状态下产生的声发射的仪器，利用该仪器可在2～20kHz的频率范围内“读”值。并用砂浆试块和混凝土试块进行了试验，成功记录了检测到的噪音的波形。1970年Gre e n发表了当时较为全面的研究工作结果，他用了12个φ15×30cm的混凝土试块，分四组采用不同的骨料(石灰石、砂浆及黑硅石)，按照ASTM标准，对混凝土的抗压强度、弹性模量、泊松比和劈裂抗压强度等指标进行了声发射的实时监测。1988年，日本学者Enoki和Kis chi进一步发展了由Aki和Richords提出的定量声发射理论，使混凝土中的微裂纹的位置大小和方向完全能用张量来表征，并将反分析技术用于声发射源的特征研究。1994年Zongjin Li等应用声发射定位技术研究了混凝土轴拉破坏时裂缝的形成与扩展。结果表明，声发射事件率能较好的反映混凝土内部的损伤破坏程度，微裂纹定位图能较好的描述裂缝的发展。2006年，周继凯等应用声发射技术研究了全级配混凝土动静载荷作用下的破坏和损伤机制，并发现在全级配混凝土静动加载过程中存在典型的Kaiser现象。

从大的方面讲，过去和现在国内外对混凝土声发射技术的研究主要集中在几个方面，即：1)对混凝土材料声发射基本属性的研究，其中包括配合比、水灰比、骨料特性、龄期、加载方式等对声发射行为的影响;2)对混凝土中裂纹的产生、扩展的规律(即混凝土的失稳模式同声发射间的关系)的研究，包括混凝土材料的损伤机理、断裂机理及断裂预报等;3)裂纹缺陷定位技术的研究。

参考文献

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[3]李家伟.超声波检测[M].北京:机械工业出版社,2011.

[4]Maury-Ramirez A,Demeestere K,De Belie N.Photocatalytic activity of titani-um dioxide nanoparticle coatings applied onautoclaved aerated concrete:effect ofweathering on coating physicalcharacteristics and gaseous toluene removal,J HazardMater,2012.

[5]王祖荫.声发射技术基础[M].山东科学技术出版社,2011.

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[9]戴舜,刘丽华,吴秉横等.钢筋混凝土无损检测的手持式探地雷达研制.湖南大学学报(自然科学版),2010.

混凝土无损检测 篇2

，

它首先向混凝土发射电磁波，当遇到电磁性质不同的缺陷或钢筋时，将产生反射电磁波，接收此反射电磁波可得到一波形图，据此波形图可得知混凝土内部缺陷的状况及钢筋的位置等。雷达法主要是根据混凝土内部介质之间电磁性质的差异来工作的，差异越大，反射波信号越强。 雷达法检测混凝土其探测深度较浅，一般为20 cm 以内，探地雷达使用较低频率电磁波，探测深度可稍大些。此外，该法受钢筋低阻屏蔽作用影响较大，且仪器本身价格昂贵，故实际工程上应用的并不多。

混凝土梁无损检测新技术及其进展 篇3

【摘要】混凝土梁无损检测技术这几年的发展大致有三个方向：一是冲击回波法、超声脉冲法、声发射技术和表面波频谱分析法等一些以应力波为基础的检测手段：二是利用电磁波技术的探地雷达等：第三类是计算机断层x射线扫描技术和红外热像法等采用射线进行检测的方法。实践和经验表明混凝土梁无损检测的精度和效率因为这些新技术的使用得到了很大的提高，本文根据国内外当前混凝土梁无损检测技术的应用做出一些推测和建议。

【关键词】混凝土梁 无损检测 应力波 探地雷达 红外热像 透析成像

【中图分类号】U446 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0298-01

如今建筑行业内，混凝土梁已经得到了广泛的应用，所以摆在土木工程界面前的一个急待解决的问题就是对混凝土梁的质量检测及性能评估。而无损检测技术在对混凝土梁进行结构性质与力学性能的评估以及测量和定位混凝土梁的内部缺陷方面，方便快捷，具有很好的适用性，无损检测技术在桥梁结构的保养、诊断和维修上已拥有无可替代的作用。

一、以应力波理论为基础的混凝土梁无损检测技术

1、混凝土中的应力波

混凝土梁的某一块受到表面上的荷载作用时，起先只是表面上的介质质点受到直接荷载，因而该部分质点脱离平衡位置，不过它们的移动就和相邻的介质质点之间有了相对运动，所以这部分表面质点会有相邻介质施加的作用力，而作用力反作用力的影响下，相邻介质质点也会因为挤压运动脱离平衡位置。

2、冲击回波技术

混凝土梁钢筋保护层的厚度、内部缺陷的位置和开放性表面裂缝深度等混凝土梁内部的问题能够用冲击回波技术进行检测，该方法是先用小钢球撞击混凝土梁，撞击过程中会产生P波和s波，撞击产生的波以球形波阵形式传播往混凝土的内部，而在缺陷界面或密度变化的界面（内置钢筋表面等）及外部成界的地方会反射应力波，反射波传到表面就再次反射。撞击产生的波中，P波能够使表面质点在垂直方向上产生相比s波更大的位移，所以，传感器接收到的更多是P波信号，而这些传感器接收到的时域信号由于快速Fourier变换（FFT）为频域信号，即P波反射波信号的频率谱，能够得到混凝土梁的问题缺陷。

3、表面波频谱分析法

该检测是基于应力波层状弹性介质的传播理论。表面波频谱分析研究的是R波，它是以圆柱体形的波阵面进行的深度为一个波长的传播，所以混凝土梁内水平方向的缺陷和变化可以由同一波长瑞利波的传播特征来显示。层状弹性介质中，波速cR由波的频率决定，激振信号中有丰富的频率成分，因此可以利用频率域内两信号的相差来计算相应频率的R波传播的时间差，进一步计算两个测量点之间波的平均相速度，这是表面波频谱分析法的基本原理。

4、声发射技术

材料内部分区域受外部环境应力或温度等的影响，产生的能量快速释放同时生成瞬态弹性波现象即为声发射，而声发射技术是指对声发射信号用仪器记录分析来推断声发射源的技术。

5、超声脉冲检测方法

《超声法检测混凝土缺陷技术规程》中规定超声脉冲检测方法是利用超声波传感器测量超声波的声速进而分析判断混凝土缺陷的技术。在这一技术领域，我国很早就有了探索研究，上世纪六十年代初期，中国科学院水电研究所就尝试用超声脉冲波检测混凝土表面裂缝，1982年至1983年，水电部和建设部都进行了超声脉冲检测混凝土缺陷科研成果的鉴定，如今这项技术更是在我国进入实用阶段，并被广泛应用。

二、利用电磁波对混凝土梁的无损检测技术

探地雷达是采用微波频段的电磁波当做探测媒介的无损检测新技术，使用的微波频段为90～1000 MHz，电磁波的传播时间、反射系数和折射率等数据可以测量得到，然后通过对这些信息的分析计算，能够推出测量物的性质和形状等。非金属材料的含水量差别会被电磁微波分辨出，因而混凝土梁的内部结构能够被探地雷达检测得到比较准确的像，比如钢筋的分布就能够清晰显现，然后可以分析混凝土梁内部的缺陷问题，检测混凝土梁的质量并评估其性能。近些年来，探地雷达已经逐渐兴起，在国外探地雷达的后期技术支持因为它的广泛应用也比较成熟，我国上世纪八十年代就引入了相关设备用来寻找水源和地下矿床等资源，而探地雷达的技术优势逐渐展现，也得到了岩土工程界及检测部门的关注。

在实际应用中，混凝土梁的探地雷达检测内容包含了梁体翼板钢筋和梁体腹板钢筋骨架的分布及其保护层厚度，预应力钢束的分布和位置，预应力管道灌浆密实度。而探地雷达的质量检测过程为以下几个环节：①刷白被测面，布置横纵两个方向的测线，探测天线的频率和测试参数的选择要结合实际混凝土材料的组成和结构特点；②将探头沿测线扫描并存储测试数据，这一步要由专业测试人员进行；③对收集到的数据转换为图像，处理诊断，以判定突出异常的相关参数；④联系梁的实际情况和图像处理结果来评估混凝土梁的质量和性能。探地雷达重量轻操作简便测试准确，利用探地雷达对混凝土梁做无损检测是新的研究方向，也是提高混凝土梁无损检测的精确度和准确性重要措施。

三、利用射线的混凝土梁无损检测技术

1、红外热像检测技术。根据物体的红外辐射、表面温度和材料特性三个方面的内在联系，可以凭借红外热像仪把所测物体的红外辐射转换为热图像，能够直接观测，然后分析热图像的特征，通过物体表面的温度分布可以判断出混凝土梁内部结构和表面状态。

2、计算机断层x射线扫描技术。即透析成像技术，这是一张从数据到图像的重建技术，通过得到的所测物断面的投影数据，利用计算机处理，能够获取所测物断面的图像。

信号源和探测器是x射线CT扫描仪最重要的两个组件，它的工作流程是先由x射线穿透所测物断面，旋转扫描，采集x射线在经过某层面的不同物质后x射线衰减的信息，然后用计算机处理数据，得出与CT探测空间内任意点x射线吸收系数L直接相关联的CT数H，进而得到所测物的断层数字图像，最后在分析判断。

工业CT中最基础的图像重建技术就是计算机断层x射线扫描技术，因为x射线经过所测物体后会衰减，所以要得到足够的x射线经某层面不同物质的衰减信息，有时候不得不增加x射线的发射剂量，所以这种检测的操作安全需要关注。利用超声波信息来分析物体内部构造的超声波CT技术相对比较经济、方便和安全，而声波在混凝土梁中传播时容易发生折射、反射和散射等，进行图像重建是非几何光学图像重建，这其中还有很多急待研究解决的技术难题。

四、展望

1、高速检测技术。对现在的桥梁结构进行检测，因为待测面积大、数据多，使得逐点检测已经不能适应检测的需要，需要提高检测速度。近来发展了一种特殊的混凝土梁超声脉冲扫描装置，UPV结构扫描系统，该系统使用了可以在测试面上移动的特殊超声脉冲信号发送和接收设备，极大的提高了扫描检测的速度。

混凝土无损检测技术浅析 篇4

1 混凝土无损检测的含义

混凝土无损检测是指在不破坏混凝土结构的条件下, 在混凝土结构的原位上对混凝土的强度以及缺陷等进行直接的定量和定性的检测。无损检测具有三层意义, 分别为无损评价、无损检查、无损检测。

传统的无损检测即指无损检测最基本的内容, 但是随着近些年有关技术和要求的发展, 无损检测已经从无损检测转向了无损检查和无损评价, 其内涵大大扩大了。由于无损评价涵盖了无损检查及无损检测, 所以无损评价就具有了更加广泛的含义。传统的检测仅是仅仅是检测出缺陷, 并对对检测对象的使用性进行判定即可, 但是现在的无损评价需要对研究对象的可靠性、完整性和使用性能等进行评价, 这就对工作者提出了更强的要求, 使得工作者具有更强的综合分析能力。

2 无损检测的特点

混凝土的无损检测方法较常规的破损检测方法具有诸多优点, 这些优点使得混凝土无损检测技术得到了飞速的发展。

(1) 无损检测方法不仅在已有的旧建筑的检测、评价等方面有应用, 而且还广泛的应用在新建的建筑物, 该方法具有很好的适用性。

(2) 在所要检测的对象表面即可进行实施, 很够很好的检测所要检测对象的强度、缺陷等信息。

(3) 应用该方法检测的对象不受本身条件的影响, 无损检测都可以进行检测评价。

(4) 该方法对所检测的建筑物的损害最小, 不会造成较大的伤害, 同时该方法还具有操作简单, 灵活方便等特点, 反复使用也不影响其使用性的优势。

3 混凝土无损检测方法

现在混凝土的无损检测技术法主要包括射线法检测技术、超声回弹综合法检测技术、红外成像检测技术、冲击回波检测技术、超声波检测技术、探地雷达检测技术等, 现对各技术进行阐述。

3.1 射线法检测技术

该技术是根据Y射线在混凝土中的散射强度以及穿透衰减的程度来计算所检测的混凝土密实程度。根据所监测到的数据来推定混凝土强度, 但是这种方法需要具备良好的射线防护, 所以该方法在我国应用还很少。

3.2 超声回弹综合法检测技术

该技术继承了超声波检测技术和回弹检测技术的特点记忆优势, 是两种技术的综合应用。在施工现场, 应用该技术可以对混凝土的强度进行随机且大量的检测。但是, 该技术仅能反应出混凝土表面10mm~15mm内的混凝土质量, 不适合深度检测。同时, 超声回弹综合测强技术却受到一些外界因素和介质本身条件的影响, 这些因素的影响, 如包括水泥种类、水泥用量、骨料的含量、外界的温度、环境的湿度等。

3.3 红外成像检测技术

红外成像检测技术运用到了红外热成像技术, 红外无损检测技术在国内外发展的十分迅速, 应该得到更加广泛的关注。当红外热像仪探测到物体各部分辐射的红外线能量时, 就会根据物体表面温度场的分布状况形成直观的数据材料, 这能对不连续的缺陷进行检测。红外检测技术可以应用于房屋质量以及功能的监测, 因其在我国还处于起步阶段, 所以还具有很广阔的应用空间。

该技术对于建筑物墙体剥离、渗漏、房屋保温等的检测, 具有速度快, 面积大, 视觉直观等特点, 它具有其他无损检测技术所不具备的优良特性, 所以在工程中推广红外无损检测技术是十分必要的一项工作。

3.4 冲击回波检测技术

近年来无损检测技术的成果之一就是冲击回波技术。该技术是在对象的表面施一个微小的冲击, 和冲击产生的应力波在材料中会传播到缺陷处, 这事就将产生微小的位移响应, 再进行分析, 根据分析来确定缺陷发生的位置以及深度等信息。

冲击回波方法具有单面检测方法的优点, 可以克服超声方法在对象两侧放置传感器所产生的弱点。目前该方法已经被成功应用于混凝土的厚度、对象内部缺陷等的检测。该方法具有巨大的发展潜力。

3.5 超声波检测技术

目前最常用的无损检测法就是超声波检测法。超声波法在应用时, 需要在被测物体表面或者是钻孔内部布置一些测量点, 利用低频超声波可以测混凝土的质量均匀性和内部缺陷等。在测量时, 可以在被物体的表面或者相向面进行对测, 同时也可以在钻孔内部进行测量。当测试时的超声脉可以冲穿透混凝土的全部厚度, 这测试结果就可以很好地反映出被测对象的质量优劣。所以这样的测试具有很好的灵活性, 同时可以在同一部位进行多次的重复性无损检测。超声法已经大量地应用到了混凝土裂缝深度、内部缺陷、钻孔桩基检测等诸多领域。但是超声法检测缺陷时也受到了一些因素的限制, 这包括混凝土的含水量以及钢筋量等。

3.6 探地雷达检测技术

探地雷达应用到了内部不可见物体以及地下物体的电磁。它的原理如下, 利用天线发射电磁波, 还有一个天线接受发射回来的反射波, 电磁波在介质中传播时, 许多量会随着所穿透介质的性质和几何形状发生变化。根据接受到的波的资料, 就可以推断介质的内部结构及缺陷。探地雷达技术已经成功应用到了公路路面的调查、桥梁隧道的调查、混凝土检测等诸多领域。但是在缺陷检测时, 钢筋以及水分对测量的精度具有一定影响。

4 结语

以上诸多无损检测技术, 包括超传统的声波检测技术, 回弹法检测技术、超声波回弹综合检测技术等, 以及红外成像检测技术、冲击回波检测技术、超声波检测技术、探地雷达检测技术等新兴技术都具有非破损、简便、快捷、可大面积实施的优点。混凝土无损检测技术已经在工业与民用建筑等工程建设的混凝土检测和评价中得到了极其广泛的应用, 并且取得了很好的实际应用效果, 这些检测技术今后需要不断改进和大力发展。

摘要：无损检测就是指利用声、光、电、磁和射线等方法对混凝土的所有性能进行测定, 它可以对混凝土的结构不造成任何破坏。经过无损检测, 可以推定混凝土的均匀性, 密实度、强度、存在的缺陷等信息。无损检测所使用的仪器具有简单快捷、方便灵活、费用低、可重复测试等特点, 检测方法可适用于工程施工过程中混凝土质量监测, 以及工程竣工验收等的检定工作。由于无损检测具有诸多的优点, 为了满足大量的工程需求, 混凝土无损检测技术必将得到快速的发展以及广泛的应用。

关键词：混凝土,无损检测,缺陷,方法

参考文献

[1]邱平.新编混凝土无损检测技术[M].北京:中国环境科学出版社, 2007.

[2]吴新璇.混凝土无损检测技术手册[M].北京:人民交通出版社, 2003.

混凝土原材料检测报告 篇5

我国南海岛礁众多，珊瑚资源丰富。在岛礁工程建设中，混凝土施工就地取材，即利用珊瑚骨料代替传统砂石作为混凝土骨料并采用海水拌养，不仅能够大大节省工程造价，而且可以摆脱远距离海上运输的制约。我国早于 1988 年就有学者开始就珊瑚混凝土应用进行可行性研究， 年就在西沙某岛护岸、防波堤、防沙堤等水工工程以及一些道路工程中使用了海水拌养珊瑚礁砂混凝土;近年来，广西大学对珊瑚混凝土材料性能进行了深入系统的研究，所用珊瑚集料多采自近海岛屿(广西北海涠洲岛开挖的珊瑚礁)。为了研究利用珊瑚砂作细骨料、采用海水拌养的珊瑚砂混凝土的抗压强度，分析不同原材料对珊瑚砂混凝土抗压强度的影响，本文采用全因子试验的方法，设计了立方体抗压强度试验，试件所用水泥分别为普通硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥，细骨料分别为天然珊瑚砂和普通河砂，分别采用淡水和海水拌养，对采用不同原材料制作的混凝土试件的立方体抗压强度变化及其原因进行分析。

1混凝土原材料与试件制作

1.1混凝土原材料和配合比

试验所用 42.5 级普通硅酸盐水泥为唐山市大安水泥厂生产的风神牌水泥，所用 42.5 级抗硫酸盐硅酸盐水泥为淄博中昌水泥厂生产的中昌牌水泥。

试验所用淡水为普通自来水。海水为参照南海海水指标人工配制的海水。

2 试验结果对比分析

2.1 试验总体情况

针对三变量二因素，共制作了 24 组试件，其 28 天立方体抗压强度。

从试验中可以看出，试块在受压前期表现为延性破坏，在达到强度峰值后出现明显的竖向裂纹，继续施加压力则试件侧面迅速隆起剥落，试件整体破碎。

以下对不同品种水泥、不同细骨料，分别采用淡水和海水拌养试块的试验结果进行对比。

2.2不同品种水泥的试验结果比较

试验涉及珊瑚砂和海水，二者都含有较多的氯盐和硫酸盐离子，卢博提出[7,8]，使用抗硫酸盐水泥可以提高珊瑚混凝土抗压强度。本文分别采用普通硅酸盐水泥和抗硫酸盐水泥制作了混凝土试件，对比其抗压强度。

可以看出，抗硫酸盐硅酸盐水泥制作的试块强度与普通硅酸盐水泥相比，强度高约 10%。尤其在采用珊瑚砂制作的试件中更明显。

在混凝土中，硫酸盐与氢氧化钙反应生成硫酸钙，再与铝酸三钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，该物质含有 31 个结晶水，体积膨胀为原体积的 1.5 倍，使结构内部出现许多空隙，对于已经固化的水泥石具有较大的破坏作用。在抗硫酸盐水泥中，铝酸三钙的含量得到了限制，小于总量的 3%，使得结构内部微观空隙减少，强度提高。而珊瑚砂中含有较多盐分，所以抗硫酸盐水泥的强度提高效果更明显。

2.3不同细骨料的试验结果比较

珊瑚砂代替普通河砂可以节约工程成本，但是不能确定其工作性能和强度能否满足实际需要，所以按照相同的配合比，制作了珊瑚砂混凝土和普通河砂混凝土试件，进行强度对比。可以看出，河砂混凝土的强度明显低于珊瑚砂混凝土，而在拌和过程中也发现河砂混凝土坍落度过大，黏聚性差。这是因为珊瑚砂具有丰富的内部孔隙，一小时吸水率为 2.97%，较河砂高出很多，所以应对河砂混凝土的配合比进行调整。按照河砂和珊瑚砂一小时吸水率之差减少河砂混凝土用水量，得到河砂混凝土相对于相同净用水量珊瑚砂混凝土的等效配合比。

调整配合比后，河砂混凝土与珊瑚砂混凝土的等效配合比相当。河砂混凝土的工作性能明显提高，坍落度均值为 4.7cm，黏聚性良好。但珊瑚砂混凝土的强度仍比河砂混凝土高出 5%左右，因为珊瑚砂内部孔隙丰富，在拌和时吸收了大量水分，而在养护过程中又将水分释放，使水泥石水化反应更彻底，减少了水泥石与骨料接触面因水化反应而形成的空隙，提高了混凝土的密实度。 碳酸钙作为珊瑚砂的主要成分，自身强度并不低，而珊瑚砂强度较低是由孔隙较多导致的，在混凝土试件中水泥凝胶体填充了珊瑚砂的部分孔隙，使得其强度得到提高。在混凝土拌和过程中，受机械作用和粗骨料磨碾，部分珊瑚砂结构破碎，使得粒径减小，也进一步提高了水泥石性能。 所以在混凝土结构中，使用珊瑚砂代替普通河砂完全满足强度要求，而采用珊瑚砂的混凝土中，考虑到珊瑚砂较高的吸水率，应适当增加用水量，否则会造成混凝土拌和物干硬、黏聚性差等问题。

2.4淡水和海水拌养的试验结果对比

此前有部分学者对海水拌养混凝土进行了研究，认为海水拌养的素混凝土与淡水相比，强度相差不大，在安定性和标准稠度方面也没有明显差别。虽然试件出现泛霜现象，并且后期结构耐久性有一定降低，但只要控制施工质量就可以满足工程耐久性要求。并且在施工时应注意海水的清洁。

可以看出在使用普通硅酸盐水泥制作混凝土时，海水拌养比淡水拌养强度高约 5%，而抗硫酸盐水泥制作的试件中，是否为海水拌养则对强度影响相对较小。

海水的早强作用，主要是受海水中氯盐的影响，使得前期水泥水化反应加快，强度增长迅速，对后期强度影响不大，所以海水拌养的混凝土满足强度要求，施工时应注意海水清洁，避免海洋污物影响混凝土内部结构，降低强度。

3结论

对比试验结果发现，采用抗硫酸盐水泥较之采用普通硅酸盐水泥制作的混凝土，立方体抗压强度有所提高，但提高幅度不大;采用珊瑚砂制作的混凝土，不仅工作性能满足要求，强度也明显高于相同配合比的河砂混凝土，也高于使用等效配合比配制的河砂混凝土;海水拌养较之淡水拌养，混凝土具有早期强度高的特点，28 天强度则差异不大。 采用海水拌养的珊瑚砂混凝土，当水泥为抗硫酸盐水泥时，较之普通硅酸盐水泥，不仅具早强、黏聚性好等优点，而且满足中等强度等级混凝土的设计强度要求，可以认为其满足实际工程需要，可用于素混凝土或其他可以有效避免氯离子对钢材侵蚀的特殊结构型式。

水运工程混凝土实体检测的探讨 篇6

关键词：水运工程；混凝土；实体；检测；探讨

水运工程混凝土结构实体检测是在工程施工单位自检合格后，由建设单位与质监机构共同对工程中所使用的混凝土结构实体的质量进行的抽样检测，或者是进行的验证性检测，其主要是建设单位和质监机构对工程质量进行科学评价的重要方法，有效的保证了实体工程的质量。

1、水运工程混凝土实体存在的主要问题及防治措施

当前，水运工程混凝土的现场生产必须要求有先进的搅拌设备较、清晰的工艺流程和严格的操作程序，要不然就会造成混凝土的质量稳定性不强，离散性较大的问题，严重影响了混凝土的质量，对工程的安全造成威胁。水运工程混凝土实体存在的主要问题及防治措施如下：

1.1 配合比不准确及防治措施

通常情况下，需要反复的试验才能确定混凝土配合比，同时还要依据施工过程中工地的实际环境条件反复的进行调整。但因为有些工地设定的含水量不准确，导致很难有效控制水灰比，造成配合比不准确，严重影响了混凝土的结构强度。所以，主要的预防措施就是含水率一定要设定准确，要对混凝土的原材料比例进行反复试验，才能够有效解决混凝土产生的竖体结构问题。

1.2 搅拌时间不准确及防治措施

很多情况下，没有设置搅拌机的搅拌时间，搅拌完全是操作人员在进行人为的控制，导致混凝土的搅拌过程非常随意，产生搅拌不充分的问题，严重影响了混凝土的质量，主要的预防措施是施工单位必须制定严格的规章制度，确定每一个环节的搅拌时间，每次在搅拌机内加完料，搅拌时间必须超过90秒，搅拌机如果是强制式的，搅拌时间必须超过60秒；如果在混凝土中添加外加剂，搅拌时间要超过120秒。

1.3 养护问题及防治措施

目前，有许多施工单位为早日完成工程施工，就故意缩减混凝土的养护时间， 养护时不覆盖浇水，导致混凝土不能达到规范要求的湿润状态，不能长时间的保持湿润状态，失水过早，混凝土难以水化，强度不符合设计要求。主要的防治措施是按照规范的要求，浇筑混凝土后12小时之内必须实施养护，普通的混凝土必须达到7天的养护时间，特殊要求的混凝土养护时间不能少于14天。

2、水运工程混凝土结构实体检测注意事项

2.1组织实施检测的单位与机构

建设单位与质监机构一起负责组织实施对水运工程的混凝土结构实体开展检测工作，为确保混凝土结构实体检测的客观、公平、公正，通常不要求施工单位和见证单位参与检测过程。

2.2 检测时间要求和检测部位

因为对水运工程混凝土结构实体的检测是一种验证性的检测，所以，检测时间选择在施工单位自检符合要求后进行。依据工程结构的实际情况选择检测部位，部位的选定由质监机构与设计单位和建设单位共同选定。

2.3检测机构及检测人员

因为验证性检测必须确保科学与公正，所以检测的机构必须具备水运工程试验检测相应的资质能力，同时要通过质监机构的审核和认可。负责开展检测工作的项目负责人必须具备水运工程试验检测工程师及以上资格。

2.4 确定构件种类

对混凝土强度大小与钢筋保护层厚度进行检测时，通常按照不同构件划分检测批次，在构件的类型相似，环境不同或浇注工艺不同时，又要对其进行分别的划分，比如混凝土中的梁类构件，由于成型或浇筑工艺不一样，划分为预制纵梁、现浇横梁、预应力轨道梁等，这种条件下就要按照类型不同的构件进行分别抽检。

2.5 抗氯离子渗透性能试验检测

在《水运工程质量检验标准》附录D中，要求凡是具备抗氯离子渗透性能的构件必须进行抗氯离子渗透性能试验检测，这就导致抗氯离子渗透性能试验检测项目成为极少量需要进行检测的项目之一。

3、水运工程混凝土实体检测质量控制

3.1 检测钢筋保护层厚度时的质量控制

在混凝土结构实体检测时，要确定钢筋保护层厚度的检测部位，不单单是柱、梁、墙等这些构件的重要部位，要依据检验数量的要求，有施工单位与监理机构选择具体的位置。梁类构件需要检测受力钢筋，对于板类构件来说，需要检验6根以上的受力钢筋。每根钢筋的检验需要在特定部位测量检验，梁类构件测量的位置在梁底跨中的1/3之内，板类构件的测量位置在板底跨中1/3之内，悬挑构件的测量位置在顶部紧连根部的地方。

3.2 混凝土结构检测时的质量控制

工作的实施要求是检测单位一定要具备水运工程试验检测相应的资质能力；检测技术人员必须持证上岗；检测的设备仪器必须合格；必须按照检验规范要求开展检验工作。检验的报告最后必须盖有检测单位的公章，必须有项目负责人、检测技术人员、审核监督人员的签字。混凝土结构强度检测报告中为了却分标养试块，需要标注出“同等条件试块”。要在钢筋保护层厚度检验报告中描述出检测的位置，绘出位置简图。

4、结束语

水运工程中混凝土质量的好坏直接影响着建筑的安全性能，所以技术人员必须依据混凝土实体检测质量控制要点开展质量控制。对水运工程项目的特点进行分析和总结，依据工程项目的实际情况，制定科学、合理、针对性强的试验检测方案，保证水运工程建筑结构的稳定性、耐久性和安全性。随着《水运工程质量检验标准》的实施，统一了水运工程混凝土实体检测的规范要求和标准，确保了试验检测更加规范、科学，确保了水运工程项目的施工质量。

参考文献

[1] 梁萌，李俊毅，卢秀敏，李晓明.混凝土保护层厚度施工允许偏差[J].中国港湾建设. 2006（03）

[2] 李树奇，李俊毅，李晓明.检测实体混凝土保护层厚度允许偏差的商榷[J].中国港湾建设.2006（04）

[3] 赵晖，吴晓明，刘冠国，黄丽.钢筋混凝土保护层厚度检测精度的影响因素[J].无损检测. 2009（07）

混凝土超声无损检测系统设计 篇7

四通道超声波混凝土无损检测电路具体设计见图1。

1 超声波发射部分

超声发射电路的实质就是激励换能器的压电晶片, 使其将电信号转换成超声波, 本系统的发射电路由脉冲整形电路模块和高压脉冲产生模块组成。

本系统同步触发脉冲是由FPGA控制产生的, 其触发频率为100 Hz、脉宽为1 us。由于触发脉冲是一个方波信号, 含有丰富的高频分量, 若这些信号进入模拟系统将影响超声回波信号的质量, 有时甚至得不到超声回波信号。为此, 在该设计中, 通过加入光耦HCPL-0630 将数字系统与模拟系统充分隔离。由于8N80MOS管需要12 V驱动, 因此需要通过TC4427 将5 V脉冲整型成12 V脉冲。经过整型的脉冲信号通过控制8N80MOS管的通断来对电容进行充放电, 从而产生高压脉冲波, 激励探头产生超声波。

2 超声波模拟接收部分

超声波接收电路实现了超声波回波信号的前期处理, 主要由前级阻抗匹配放大电路、低噪声放大电路、巴特沃斯滤波器、全波放大电路五部分构成。本系统采用单电源供电系统, 具有携带方便、易于集成化等优点。

2. 1 前级阻抗匹配放大电路模块

由于超声波传感器接收到的回波信号仅有几毫伏, 所以前级信号处理的好坏直接决定了超声波接收电路的整体性能。尽管随着当今科技的高速发展, 很多低噪声高性能集成运算放大器被研发出来, 但其噪声系数仍远大于分立元件的噪声放大系数。为了高精度地检测微弱信号, 得到放大器的最小噪声系数, 本课题选用由结型场效应管J310 构成的低噪声、高输入阻抗的前级阻抗匹配放大电路。相比于其他形式的前级电路, 场效应管阻抗匹配电路具有输入阻抗高、噪声系数小、制造工艺简单、耗能少、供电电压范围大等优势。由于其导电粒子只有多子, 因此其稳定性极好, 抗辐射能力极强。前级阻抗匹配放大电路模块如图2 所示。

图2 是J310 场效应管构成的超声波接收电路的前级阻抗匹配放大部分, 图中二极管和稳压管的作用是保护接收电路, 防止电路受高压脉冲的冲击, RA3 电阻选用1 MΩ 保证其输入阻抗大输出阻抗小, 起到电路阻抗匹配的作用。

2. 2 低噪声放大电路模块

低噪声放大器是信号处理中一个极其重要的部分, 常用于小信号处理的前级, 不仅能放大传感器微弱信号, 而且能有效地抑制噪声, 提高电路分辨率。若在信号处理前级放置低噪声、高性能运放, 就能在尽可能满足增益的同时, 又有效地抑制电路的噪声, 从而使整个电路噪声大大减小, 提高了信噪比与分辨率。由此可见低噪声前级运放的性能决定了整个信号处理电路的性能, 对于整个系统技术参数的提高, 起到了至关重要作用。低噪声放大电路模块如图3 所示。

在这里选用带宽为100 M的低噪声运放AD8072。其中, 电容CB3 的作用是为了滤除前级J310 输出的直流分量, 电容CB3 选用0. 01 μF滤去回波信号中混有的50 Hz工频干扰。本系统采用单电源供电, 由于输入AD8072 的信号含有负峰信号, 为了防止输入信号烧毁芯片, 同时提高AD8072输出的动态范围, 必须在AD8072 同向端加入2. 5 V的偏置电压。

2. 3 二阶巴特沃斯带通滤波电路模块

由于超声波在混凝土内部传播时会遇到很多次折射、反射, 产生各种频率、各种幅值的噪声, 使超声波回波信号湮没到了噪声中无法识别, 为提高信号的信噪比和方便后续A/D对全波信号有效采集, 带通滤波器是必不可少的。相对于切比雪夫滤波器通带内增益不是单调变化, 贝塞尔滤波器有一个恒定的群延迟而言, 本文选用通带范围内平坦度较大的巴特沃斯带通滤波器。本系统设计了一个二阶巴特沃斯带通滤波器, 其中心频率为200 k Hz、带宽为100 k Hz。二阶巴特沃斯带通滤波电路如图4 所示。

2. 4 全波放大电路模块

经过前几级的放大后回波信号幅值仍然达不到要求, 因此对全波信号再进行放大是十分必要的。由于普通运放的信号峰峰值只可达到其电源电压的80% , 即出现饱和失真, 为了更好地解决问题, 本设计采用轨到轨输出的、高速电压反馈型、带宽为80 M的运放芯片AD8031 作为全波信号的放大器, 使回波信号幅值达到要求。全波放大电路模块如图5 所示。

3 数据采集部分

系统以FPGA为控制核心来完成四路回波信号的采集。其外围器件有AD采集芯片TLC5510、电平转换芯片74HC245、数据存储芯片IDT7205 及USB通信芯片CY7C68013A。上位机与下位机通过USB进行数据传输, 本系统设计的四通道采集卡可以实时观测采集波形, 并将采集数据读取保存, 以便后期的数据处理。

4 实验分析

实际合成孔径并不是将四路回波信号进行简单的叠加, 而是要经过复杂的聚焦过程来对信号进行重建, 图6 为本次实验波形合成孔径的示意图。

由图知各孔径到目标点P的距离rm是变化的, 可表示为:

其中, R为固定值, rm随着dm的不同呈曲线变化, 所以P点在各个孔径检测信号中反射回波到达时刻tm不同, 可表示为:

点P就可通过下式进行聚焦:

式中: F ( dm, tm) 为第m个孔径信号中点P的回波, s ( xi, yj) 为点P的重建信号, 按照上述SAFT算法, 混凝土结构中其它点也可进行聚焦[6]。按照以上理论我们对四路回波信号进行逐点时延, 通过合成孔径算法就能对回波信号进行重建。

上图是直径为10 cm的PVC管人工伤采集结果, 图7 为去掉直流偏置的四路有伤回波信号, 由以上分析理论可知, 要得到混凝土内某一点的聚焦成像, 只需要将每个探头接收的回波信号做时延处理并求和取平均即可, 这样既可以使超声回波信号幅值加强, 又可以使噪声信号幅值减弱, 达到了增强信号信噪比和横向分辨率的目的。图8 是通过合成孔径算法得到的回波信号。通过两图对比可以知道, 由合成孔径聚焦算法处理后的回波首波幅度为600 m V左右, 而传统方法采集的回波首波幅度为400 m V左右。表1 为合成孔径算法与传统测量方法测量结果。

表1 中 ΔV = V2- V1, 由表1 中数据可知, 合成孔径算法的回波幅度V2大于传统测量方法的回波幅度V1, 并且在缺陷尺寸越大时, ΔV的值越大, 合成孔径算法优势越明显。由实验数据可知该系统的分辨率得到了较大的提高。

5 结论

从实验数据可以看出: 混凝土检测系统分辨率得到了较大提高, 缺陷部位聚焦效果明显, 基本可以满足一般实用分辨要求。所以该系统结合合成孔径算法, 采取多组探头对于混凝土检测提供了一种很好的途径, 并且该系统具有快速、分辨率高、成本低等优点。

参考文献

[1]吕晓光, 王明全, 李光亚.超声合成孔径聚焦成像在混凝土探伤中的仿真[D].南京:南京航空航天大学, 2008.

[2]李小娟.基于合成孔径计较技术的轮对探伤成像算法研究[D].成都:西南交通大学, 2009.

[3]王治乐, 周彦平, 张伟, 等.合成孔径成像技术对比研究[J].哈尔滨工业大学学报, 2004, 36 (3) :384-387.

[4]李志强, 周宗辉, 徐东宇, 等.基于超声波技术的混凝土无损检测[J].计量检测, 2010 (3) :72-75.

[5]廖寅, 熊必成, 李秋锋, 等.混凝土结构超声阵列探头成像算法研究[J].压电与声光, 2013, 34 (6) :932-935.

混凝土无损检测 篇8

关键词：混凝土,无损检测

混凝土 (砼) 广泛的应用于建筑、桥梁、道路、隧道、大坝等土木工程中, 是最主要的工程材料之一, 混凝土在浇筑过程中, 容易产生空洞、缺陷。在基础工程中, 混凝土属于隐蔽工程;在桥梁、水利工程中桥梁墩台部分、坝基坝体部分的混凝土长期处于水下环境, 可见原材料、环境和施工质量等因素都会对混凝土结构的质量产生影响, 混凝土结构的质量一旦出现问题必然会影响整个工程的质量, 甚至造成生命财产的损失。所以, 在土木工程建设中对混凝土的质量控制、监测必不可少。[1]

传统的混凝土损伤检测方法主要依靠工程师的经验进行外观检查、微破损检测、现场荷载试验或者在特殊情况下进行抽样破坏性试验等, 难以保证检测的全面性、准确性, 尤其在隐蔽工程中更难控制。

无损检测是指以不损及材料将来使用和使用可靠性的方式, 对材料、构件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、化学成分、组织结构和力学性能变化的评定。混凝土检测中常用的无损检测技术有:射线检测法、超声波检测法、声发射检测法、雷达波检测法、红外检测法等, 无损检测技术具有准确、简单、快速、可靠、经济无损、实时的特点。

1 射线检测法

(1) 原理:通过X射线、γ射线和中子射线照射混凝土构件, 得到反映构件内部情况的二维图像, 通过观测二维图像真实的反映出混凝土构件内部缺陷位置及大小尺寸。

(2) 优点:射线法具有直观性、真实性、可追踪性、全面性等优点。

(3) 缺点:射线法设备笨重昂贵;由于焦点、焦距、缺陷位置的影响可能对图像产生放大、重叠等现象影响准确性;射线法检测速度慢且对人体有伤害;在对建筑结构中的混凝土进行检测时需要钻孔放置底片, 对建筑物会产生一定的破坏;建筑物会吸收部分x射线、γ射线, 导致穿透深度很小, 对于大型建筑物、大型横梁、桥梁墩台、水库堤坝的检测效果不理想。

2 超声波检测法[2]

(1) 原理:超声波测试技术是以人工激振的方式向混凝土发射超声波, 然后在另一端接收介质物理超声波, 通过测定出超声波穿透混凝土后声波信号中的声学参数 (包括超声波波速、波形、频率、频谱、振幅、衰减系数等) 的变化, 间接地计算出混凝土的强度、构件的厚度、缺陷的大小形状、位置等。

(2) 优点:超声波具有频率高、波长短、传播能量大、穿透强、检测厚度大、指向性好、灵敏度高、成本低、对人体无害的优点。

(3) 缺点:

超声波检测对缺陷的显示不直观、技术难度大;检测结果不便于保存;对工作表面要求高:要求表面光滑、平整、耦合均匀;对技术人员要求高:要求富有经验的检验人员才能辨别出缺陷种类, 存在主观因素的判断。

3 声发射检测法

(1) 原理:物体在力的作用下产生变形、甚至断裂, 导致应力松弛, 释放出应力波, 那么物体内部的微裂纹、缺陷的部位就是应力波的声源所在。用声发射仪器记录下声发射源释放出的弹性波信号, 进行分析判断出混凝土缺陷位置大小。

(2) 优点:声发射检测属于动态检测, 可以检测对结构安全更为有害的活动性缺陷;对大型混凝土, 可以在整体范围布置足够传感器, 一次加载就可以快速确定缺陷的位置, 效率高;可以得到缺陷随着时间、载荷、温度等变化而变化的动态信息, 适合预测;声发射检测还适合形状复杂的几何构件, 且对构件的接近程度要求不高。

(3) 缺点:声发射信号复杂多变难以提取、易受外界干扰造成信息的失真;声发射检测具有不可逆性, 检测过程中的信号不可能通过多次加载重复获得, 所以数据保存非常重要。

4 雷达波检测法[3]

(1) 原理:是利用发射天线将高频电磁波 (10-2000MHz) 以短脉冲宽频带的形式向混凝土内部发射, 接收天线采集、接收雷达波的信号 (在混凝土界面上反射) , 根据参数 (波形、波幅、同相轴和双程走时) 分析判断出混凝土的内部结构和缺陷位置。

(2) 优点:雷达波检测技术对混凝土的穿透能力强, 可探测深度广;可以进行遥感检测, 具有极化特性, 可以确定出缺陷的形状、甚至走向;成像迅速连续、结果便于保存, 具有快速、直观、实时性。

(3) 缺点:双层、多层钢筋会反射信号, 造成雷达信号屏蔽, 所以当混凝土构件配筋量大时, 会使得探地雷达图像模糊, 无法判断钢筋底部缺陷, 降低检测的准确性;雷达信号在天线处开始发散, 随着深度的增加, 其扩散的面积亦越大, 在混凝土结构中绕射现象明显, 检测精度降低;混凝土介质复杂, 介电常数不确定产生频散, 影响检测精度;雷达图像处理上依靠人工识别分析, 主观性强。

5 红外检测法

(1) 原理:把混凝土构件的红外辐射转变成可见的热图像, 直观地分析出物体表面的温度分布。当物体表面温度分布连续时, 说明物体内部也连续没有缺陷;当物体表面出现温度梯度时, 说明构件内部有缺陷存在, 根据图像可以直观判断出缺陷空洞的位置及大小。

(2) 优点:红外检测法测量速度极快;操作方便安全、无干扰性;测量结果形象直观, 测量范围较大;灵敏度高, 测量精度较高, 具有自动化、实时性特点。

(3) 缺点:探测器在接收混凝土红外辐射的同时, 也会接收周围环境的辐射, 所以检测时对环境的要求很高。

6 结语

无损检测技术具有不破坏建筑物, 可进行全面检测, 能对内部缺陷、空洞、开裂等进行检测的特点, 快捷简便, 有些技术还可进行连续检测和重复性检测, 可广泛的适用于混凝土检测中。

参考文献

[1]曾海宁, 曾美玉, 曾芳金.混凝土无损检测方法及应用展望[J].山西建筑, 2007, 10∶88-89.

[2]董清华.混凝土超声波、声波检测的某些进展[J].混凝土, 2005, 11∶32-34.

钢管混凝土缺陷形式及无损检测方法 篇9

钢管混凝土结构是一种新型组合结构, 当核心混凝土压应力达到一定值, 混凝土横向变形急剧增大, 钢管壁产生拉应力, 约束混凝土的变形, 使混凝土处于三向应力状态, 提高了混凝土的抗压强[1]。由于钢管混凝土具有承载能力高、施工方便等优点, 在大型建筑工程中被广泛应用。但施工过程中, 混凝土内部难免会出现缺陷或钢管壁与混凝土脱空等, 因此对钢管混凝土质量的检测十分重要。目前我国《建筑结构检测技术标准》和相关规范均要求对钢管混凝土结构进行检测, 《钢管混凝土结构设计与施工规程》、《超声波检测混凝土缺陷技术规程》等现行的标准也对钢管混凝土检测提出一些方法。本文主要分析了钢管混凝土缺陷的主要形式, 以及现有检测方法的适用范围, 并提出相关检测建议。

1 钢管混凝土缺陷形式及其成因

钢管混凝土缺陷[2]主要有蜂窝、不密实、孔洞、钢管壁与核心混凝土粘结不良以及多腔钢管混凝土出现肋板与核心混凝土脱空等缺陷。

蜂窝。混凝土配合比设计不当, 浇筑时砂浆与骨料分离;卸料高度太高, 混凝土坍落度太小都可能形成蜂窝;或因振捣不足, 空气聚集在混凝土内部形成蜂窝。

不密实。由于施工过程中混凝土振捣不够, 在钢管顶部往往会有比较多的砂浆, 粗骨料较少, 下端粗骨料相对集中, 形成上下两端骨料不均匀, 造成混凝土密实度差, 强度较低。孔洞。孔洞大多出现在钢管内加强环下侧, 在浇筑混凝土过程中空气会在内加强环下侧聚积, 特别是当内加强环设计不当时, 空气无法排除, 又存在人为原因导致振捣不到位, 就会形成较大的孔洞。

脱黏。钢管壁与核心混凝土存在粘结不良、局部脱空[3]。主要原因有: (1) 化学收缩。水泥硬化时会产生收缩, 在钢管壁与混凝土之间会存在脱空。 (2) 温度影响。钢管壁的膨胀系数比混凝土的大, 钢管壁在阳光下照射下温度升高发生膨胀, 混凝土就会与钢管壁脱黏。 (3) 管壁内存在未除锈的部位。混凝土在此处很难与钢管壁胶凝在一起。

多腔钢管混凝土缺陷。随着超高层建筑日益增多, 大截面钢管混凝土得到广泛应用, 往往会在钢管壁布置一定数量的横隔板, 在横隔板与钢管壁粘结的下部, 因无法振捣, 混凝土会出现不密实现象, 甚至会出现脱空。加之大截面钢管混凝土中空气很难排尽, 在空气聚集处也容易形成孔洞。

2 钢管混凝土缺陷检测方法

钢管混凝土缺陷会对结构的整体受力性能和承载能力有较大影响。因此, 有必要对结构进行质量检测, 找出缺陷位置并做相应补救。常见的无损检测方法有:人工敲击、超声波检测、冲击回波法、红外热成像法、光纤传感检测和压电陶瓷检测等。

2.1 人工敲击法

人工敲击法是技术人员敲击钢管, 根据回响找出钢管与混凝土剥离的部位。该方法对检测条件要求小, 操作简单, 但不能定量检测缺陷。在工程中将其作为一种辅助的检测方法使用。

2.2 超声波检测

超声波检测钢管混凝土一般分为预埋声测管法和对测法, 工程上对测法应用较多。

对测法。钢管混凝土中有很多因素会影响超声波的传播, 每一个随机变量都会影响到超声波的传播及能量变化, 因此要定量测量钢管混凝土内部缺陷是十分困难的[4]。其工作原理:由超声仪通过发射装置发出具有一定周期的超声波, 波在传播过程中遇到各种缺陷就会在缺陷处改变路径, 同时能量也会在此处有衰减, 在另一端的接受装置上接受信号, 并将结果显示出来。由于混凝土内部情况十分复杂, 声波在其中传播也较复杂, 迭加的结果会使得超声波在接受端产生畸变, 通过波情况可以对钢管混凝土内部情况进行大致判断[5]。

对测法分三种:首波声时法、波形识别法和首波频率法。首波声时法。对于完整钢管混凝土结构, 超声波传播的理论计算公式为[6]:

式中:t1为超声波直接穿透钢管壁与混凝土所需时间;

D为除去钢管壁后混凝土直径;

d为钢管壁厚;

t2为超声波沿钢管壁传播所需的时间。

一般情况下t1<t2, 直射波先于绕射波到达接受装置。而当钢管混凝土内部出现缺陷时, 直射波就受到缺陷的影响, 路径发生变化, 影响传播时间, 通过首波两个时间的比值大致判断混凝土截面是否存在缺陷[7]。

波形识别法是依靠超声波在钢管混凝土传播过程中, 在介质界面相交处会发生反射、折射、绕射等现象, 声波迭加后会发生畸变, 通过畸变程度对混凝土内部缺陷进行分析, 若是波形比较清晰表示混凝土质量较好[7]。

首波频率法是依据接受装置接受到的首波的频率来检测钢管混凝土的质量, 由于混凝土内部分布不均匀, 当超声波穿过密实无缺陷的混凝土时能量衰减越小, 接收到的频率也就越高。因此, 可以用这种方法判断混凝土的密实性。

三山西桥钢管混凝土存在脱空, 脱空程度不等。利用超声波法选择了80多个测点的实测数据, 并对这些数据进行处理, 得到了脱空间距与声时的线性关系。朝阳东大桥钢管混凝土超声波检测中, 利用波形识别法判断出钢管混凝土的缺陷情况[8]。

超声波检测的优点: (1) 能较真实地反映混凝土内部较大的缺陷; (2) 穿透能力强, 可以对一些较厚的试件进行测量; (3) 设备轻便, 测量简单; (4) 灵敏度高。缺点: (1) 对于比较复杂的构件会有较大误差; (2) 很难定量测量缺陷, 检测比较耗时; (3) 探头与钢管壁耦合情况对结果影响较大[8]。

对于混凝土内部缺陷以及钢管壁与混凝土脱黏等较大的缺陷比较适合用超声波法, 多腔钢管混凝土等复杂结构想要测其缺陷难度较大, 而且对钢管混凝土的缺陷只能定性的分析, 定量计算则需要其它辅助方法。

2.3 冲击回波法

冲击回波法是在钢管表面施加冲击力产生应力波, 波在钢管混凝土内部传播到达缺陷处时, 在该处就会发生反射、折射。在混凝土与钢管粘结处再次被反射。这样就形成多次反射。在冲击点附近通过传感器收集信号波。根据波的变化特征, 就可以直观地观察到钢管混凝土内部缺陷。

测量原理:当冲击波到达缺陷处经过反射再被传感器接受到, 此时冲击波的传播路径大致是厚度的2倍, 冲击波的周期等于传播路径除以波速, 频率为周期的倒数, 可以得到[9]:

式中:f为反射波被接收后的频率最大值;

V为冲击波在介质中的传播速度。

对于密实性钢管混凝土, 冲击波经过反射、折射后信号能量衰减比较快, 而且频率单一。对于蜂窝状的钢管混凝土, 信号频谱不是单一的峰值, 而且周期逐渐增大。原因是应力波在绕过蜂窝缺陷时, 传播距离增大, 导致周期增大, 频率降低。对于脱空的钢管混凝土, 信号波几乎没有衰减, 振幅随时间变化很小[9]。根据接收到的信号出现的规律可以对缺陷进行定性的分析。

冲击波法与超声波法相比有其突出的优点, 这种方法可以直接根据接收到的信号直观地分析出缺陷的类型以及大致位置, 同时仪器轻便, 测试方法简单。但也有其缺点, 那就是不能准确地判断出钢管混凝土缺陷存在具体的位置及尺寸。对于多腔钢管混凝土以及比较复杂的构件, 一般不用冲击回波法。

2.4 红外热成像法

红外热成像技术起初应用于军事领域, 目前在各个方面都有所应用。著名的普朗克定律表明温度、波长和能量之间存在一定的关系。辐射总能量与温度T的关系可表达为[10]:

式中:P为辐射总能量;

σ为常数, σ=5.673×10-12W/ (cm2·K4) ;

T为物体表面的热力学温度;

ε为发射率, 0<ε<1。

红外热成像仪是利用被测物体辐射出的能量被红外探测器接收, 通过图像采集系统, 由计算机将物体辐射出的看不见的能量转化为可见的热图。

红外热成像技术也在钢管混凝土缺陷检测中得到应用。当钢管的表面温度比混凝土高时, 热就会从钢管壁传到混凝土中。由于钢管和混凝土热导系数各不相同, 而且空气的热导系数远小于钢管和混凝土。当外界温度升高时, 钢管壁的温度升高, 孔洞处的温度比正常部位的温度高。利用红外热成像技术可以快速地检测出混凝土内部出现的缺陷[3]。该方法在检测钢管混凝土缺陷时最大的优点在于可以大范围、非接触式地检测。但其缺点就是对温度、日照要求较高。

2.5 光纤传感检测法

基本原理:当混凝土脱空时, 会使预先埋置于混凝土内部的传感光纤发生微弯, 导致能量损耗, 其中最主要的损耗为瑞利散射[11]:

式中:x为散射点沿程距离;

S (x) 为后向散射光捕获;

V为光波导群速;

αf (x) 、αb (x) 各为光纤前向、后向衰减系数;

β (x) 为光纤辐射系数。

上式表明光纤的微弯会引起光传输能量的耗损, 而且微弯的曲率半径较小时, 损耗较大。

随着各种光纤传感器研究取得不断的研制成果[12,13], 光纤传感器在结构健康检测领域得到更多的应用。巫峡长江大桥就是利用光纤传感技术, 主要监测拱顶、1/4拱处、拱脚处混凝土的脱空情况。混凝土浇筑完成后, 系统便对结构进行监测, 传递出来的信号经过处理分析后就可以判断出钢管混凝土的缺陷情况。后期对其进行超声波检测和钻孔检测, 得到的结果和光纤传感监测法大致相同[14]。

光纤传感技术检测的钢管混凝土缺陷是在混凝土浇筑完成后对其进行检测, 因此对混凝土浇筑过程中产生的缺陷是无法进行检测的, 光纤监测技术对钢管混凝土在受力后所产生的裂缝、脱空现象具有比较敏感的反映。

2.6 压电陶瓷检测法

压电智能骨料[15,16]在钢管混凝土健康检测中提供了一种新的思路。压电陶瓷具有抗信号干扰能力强, 反应灵敏, 可同时作为驱动器和接收器。目前国内外利用压电陶瓷进行结构健康监测的方法有两大类:被动检测和主动监测[17], 工程上主要应用主动监测。

压电陶瓷的主动监测可以分为阻抗法和波动法两类。由于阻抗法比较费时, 在实际工程中应用较少。波动法的基本原理:钢管混凝土内部因介质的不同性质, 应力波的传播规律不同。当波从一种介质进入另一种介质时, 在介质界面会形成反射、折射等现象, 引起波的能量的耗散, 而能量的损耗是一个不可逆的过程, 并且随着缺陷的出现是增大的, 通过比较能量信号就可以判断出钢管混凝土内部的缺陷。

许斌[19]将压电陶瓷埋于钢管混凝土柱中, 在电信号作用下产生激励信号, 同时在四个面上用压电片作为传感器接受电压。分别对完好界面和有缺陷界面进行小波包总能量和小波包能量谱的分析。利用该种方法得到:无缺陷处的小波包能量谱比有缺陷处的稳定, 与应变片的位置和传播的路径无关。因此该方法可以十分有效地检测钢管混凝土缺陷。

将智能骨料埋在钢管混凝土内部, 利用波动法激励智能骨料, 通过压电片接受到的信号就可判断出钢管混凝土中混凝土的缺陷并起到监测作用。同时只要布置合理, 该方法可以应用到多腔钢管混凝土构件的动态性能和静态性能的检测。

3 总结

钢管混凝土充分利用了钢材的受拉性能以及混凝土的受压性能, 通过组合相互弥补各自缺点, 充分发挥各自优点。而钢管混凝土内部的缺陷却对其性能影响非常大, 对于钢管混凝土目前又没有十分有效的检测方法, 当前国内存在的几种检测方法都有各自的局限性。现阶段智能材料与智能结构的出现, 为钢管混凝土检测方法开辟出一条智能化的道路, 而且材料及其制作的监测装置价格低廉且精度可靠, 可广泛地应用于实际工程。

摘要：钢管混凝土承载能力高、施工方便、塑性性能较好, 广泛应用于桥梁、大型工业厂房、高层和超高层建筑中。钢管混凝土存在蜂窝、不密实、孔洞和粘结不良等缺陷, 对钢管混凝土结构安全造成极大威胁。分析了钢管混凝土常见缺陷形式, 以及现有检测技术的优缺点和适用范围, 并结合现有的研究成果展望了钢管混凝土检测技术的发展前景。

混凝土无损检测 篇10

对混凝土进行非破损检测,即在不影响结构或构件的受力性能或其它使用功能的前提下,直接在结构或构件上通过测定某些适当的物理量,并通过这些物理量与混凝土强度的相关关系,进而推定混凝土的强度、均匀性、连续性、耐久性等一系列性能。

本文简要介绍了混凝土无损检测技术的形成与发展,并对混凝土强度无损检测技术进行了分类,介绍了几种常用的检测方法,如回弹法、超声波法、钻芯法、拔出法等,讨论了这几种检测方法的优缺点及适用范围,对无损检测技术在建筑工程应用中的出现的问题进行了总结。

1 混凝土无损检测技术的形成与发展

早在20世纪30年代初,人们就开始探索和研究混凝土无损检测方法。1930年首先出现了表面压痕法,1935年格里姆(G.Grimet)、艾德(J.M.Ide)把共振法用于测量混凝土的弹性模量,1948年施米特(E.Schmid)研制成功第一台回弹仪,1949年加拿大的莱斯利(Leslie)和奇斯曼(Cheesman)、英国的琼斯(R.Jones)等运用超声脉冲进行混凝土检测也获得成功。随后,罗马尼亚的弗格瓦洛提出了用声速回弹法综合估算混凝土强度的方法,为混凝土无损检测技术开通了多因素综合分析的途径。60年代,吕施(H.Rusch)、格林(A.T.Green)等人先后研究了混凝土的发射特性,为声发射技术在混凝土结构中的应用打下了基础。此外,无损检测的另一个分支—钻芯法、拔出法、射击法等半破损法也得到了发展,从而形成了一个较为完整的混凝土无损检测技术方法体系[1]。

我国的无损检测技术工作开始于20世纪50年代中期,开始引进瑞士、英国等国的回弹仪和超声仪,并结合工程应用开展了许多研究工作。70年代以后,我国曾多次组织力量攻关,大大推进了结构混凝土无损检测技术的研究和应用,并使回弹法、超声回弹综合法、钻芯法、拔出法、超声缺陷检测法等主要无损检测检测技术规范化,已制定相应的的规程,同时,有关仪器的研究也发展迅速,并制定了有关仪器标准。

2 混凝土无损检测常用方法的分类和特点

2.1 常用方法分类

根据破损程度,混凝土强度无损检测方法分三类,即非破损法、半破损法、综合法。

非破损法是在不影响结构或构件混凝土任何性能的前提下,测试某些与强度相关的物理量,然后根据相关关系推算出被测混凝土的强度。属于这类方法的有回弹法、超声脉冲法、射线吸收与散射法、成熟度法等等[2]。

半破损法以不影响结构或构件的承载能力为前提,在结构或构件上直接进行局部破坏性试验,或直接钻取芯样进行破坏性试验,然后根据试验值与混凝土强度的相关关系,推算出混凝土的强度。属于这类方法的有钻芯法、拔出法、拔脱法、板折法、射击法、就地嵌注试件法等。

所谓综合法就是采用两种或两种以上的无损检测方法,获取多种物理参量,并建立强度与多项物理量之间的综合相关关系,以便从不同的角度综合评定混凝土的强度。目前使用的综合法有超声回弹综合法、超声钻芯综合法、声速衰减综合法等等。上述混凝土强度无损检测方法按其原理分类见表1所示。

2.2 常用方法简介

混凝土无损检测的常用方法有回弹法、超声波法、超声回弹综合法、钻芯法和拔出法。

(1)回弹法:

利用回弹仪检测混凝土结构构件抗压强度的方法简称回弹法。回弹值大小反映了与冲击能量有关的回弹能量,而回弹能量反映了混凝土表层硬度与混凝土抗压强度之间的关系[4]。

回弹法操作最简单,费用最低廉,检测效率最高,检测数量可灵活,且被测物的形状尺寸一般不受限制。但回弹法精度相对较差,由于它是利用表层混凝土(1～3mm)的质量来推断混凝土的整体质量,因此,当试测部位表层与内部的质量有明显差异或内部存在缺陷时、遭受化学腐蚀或火灾的混凝土、硬化期间遭受冻害的混凝土、钢筋密集区或预应力钢筋锚固区的混凝土等,不宜采用该法。

(2)超声波法:

其检测原理是依据超声仪产生高压电脉冲,激励发射换能器内的压电晶体获得高频声脉冲。声脉冲传入混凝土介质中,由接受换能器接收通过混凝土传来的声信号,测出超声波在混凝土中传播的时间和距离,算出超声波在混凝土中的传播速度。它的传播速度与混凝土的密实度有关,而混凝土的密实性与其强度存在一定的关系。

实际中由于影响超声测强的因素较多,这些影响因素如果不经修正都会影响检测结果,因此建立测强曲线时应加以综合考虑影响因素的修正。

(3)超声回弹综合法:

超声回弹综合法是采用超声仪和回弹仪,在结构混凝土同一测区分别测量声时值及回弹值,然后利用已建立起来的测强公式推算该测区混凝土强度[5]。

综合法的最大优点就是能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素,并且还能抵消部分影响强度与物理量相关关系的因素,提高了混凝土强度检测的精度和可靠性。因此许多学者认为综合法是混凝土强度无损检测技术的一个重要发展方向。

(4)钻芯法:

钻芯法是利用专用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头直接在混凝土结构构件上钻取芯样以检测混凝土强度和混凝土内部缺陷的方法[6]。

其测试结果能真实地反应混凝土的强度,因而其测试结果将更可靠、更准确。但它对结构构件造成局部损伤,大量取芯往往受到一定的限制,因此取芯前应考虑到取芯对结构带来的影响,取得的试样要有质量代表性,且确保结构被取芯后仍有足够的安全度。

(5)拔出法:

拔出法是指将安装在混凝土中的锚固件拔出,测出极限拔出力,利用事先建立的极限拔出力和混凝土强度间的相关关系,推定被测混凝土结构构件的强度的方法,是一种半破损或微破损检测方法[7]。

拔出法又可分为预埋拔出法和后装拔出法两类。预埋拔出法是在混凝土表层以下一定距离处预先埋入一个钢制锚固件,混凝土硬化以后,通过锚固件施加拔出力,记录极限拔出力,并根据提供的测强曲线用拔出力换算混凝土的抗压强度。预埋拔出法必须事先做好计划,不能在混凝土硬化后随时进行。而后装拔出法可以克服上述缺点,只要避开钢筋位置,在已硬化的新旧混凝土的各种构件上都可使用。

3 混凝土无损检测技术应用存在的问题

随着人们对工程质量的关注,以及无损检测技术的迅速发展和日臻完善,无损检测技术在建筑工程中的应用日益明显。

然而,由于各种制约因素的影响,在工程实际应用的过程中,混凝土结构无损检测技术也暴露出了其不足,主要体现在以下几个方面:

(1)测强曲线的建立还不够完善,目前,虽然已建立起全国统一的回弹测强曲线,然而由于地区间的差异性,以及影响混凝土强度的多因素性,导致不同地区按照统一曲线检测出的强度存在很大偏差,急需建立地区测强曲线与专用测强曲线,以减小地区差异带来的误差。同时测强曲线大多通过回归建立,方法单一。文献[7][8]通过采用神经网络与逆回归三参数方法建立起的关系曲线较现有的测强曲线误差更小。已有测强曲线建立所采用的方法有待进一步完善,这有待更加系统的实验研究与理论分析。

(2)超声波法检测混凝土结构一直以来存在较大争议,但这并不能代表超声波不能应用于混凝土强度的检测,如超声波检测在我国云南漫湾的应用就取得了良好的经济效率[9]。目前关于超声波检测混凝土强度在国内已展开相应研究[10]并取得了一定成果,但由于影响超声检测的诸多因素,单独用超声波检测混凝土强度的方法还未正式形成规程,超声法检测混凝土强度的方法还有待进一步的研究。

(3)目前建立的全国统一测强曲线主要是针对低于C60的普通混凝土,而对于高强混凝土与高性能混凝土的测强曲线目前尚未建立,已有的研究表明[11]:无损检测技术应用于高强混凝土中是切实可行的,而且随着高强混凝土在建筑市场上的大量应用,建立统一的高强混凝土测强曲线迫在眉睫。

(4)再生混凝土的研究,是目前我国混凝土材料方面的一个热点,同时,也为无损检测技术在再生混凝土工程中的应用提出了挑战。已有的研究表明[12]:在普通混凝土基础上,采用超声法与回弹法建立的测强曲线不再适用于再生混凝土,且无损检测技术在再生混凝土结构中的应用研究才刚刚开始,还有大量的研究工作需要开展。

(5)目前混凝土无损检测强度测强曲线大多是建立在新拌混凝土模型的基础之上,而对经高温作用后的混凝土其常温下建立起来的测强曲线不再适应[13]。建立灾后混凝土测强曲线势在必行。

(6)无损检测仪器精度有待提高:比如回弹法检测混凝土强度由于仅仅利用表层混凝土(1～3mm)的质量来推断混凝土的整体质量,存在一定片面性,由文献[14]所做实验可知,其所测强度比实际强度偏低,且离散性较大,说明回弹法的准确性较差。回弹仪的构造原理有待进一步改善。检测仪器的构造原理应建立在综合考虑影响混凝土强度各种因素的基础之上。

4 混凝土无损检测技术应用展望

(1)随着我国工程界对新技术、新材料的应用,对检测技术也提出了新的要求,如高强、高性能混凝土的应用,以及再生混凝土等新材料的应用对结构工程无损检测技术提出了新的要求。