混凝土無損檢測技術

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摘要：應用無損檢測技術（如超聲回彈綜合法、電磁感應法），對某建筑工程框架結構現澆混凝土的強度及其內部鋼筋分布情況進行了抽樣檢測，取得了該結構混凝土的強度指標和鋼筋分布特征，為建設工程的竣工驗收和質量評價提供了科學依據。

關鍵詞：無損檢測技術超聲回彈綜合法電磁感應法混凝土強度

1概述

混凝土無損檢測技術，是在不破壞結構構件的前提下，直接從結構物上測試，推定混凝土強度或缺陷以及鋼筋位置，可對混凝土結構進行重復測試，它既適用于工程建設過程中混凝土質量監測，又適用于工程竣工驗收和建筑物使用期間混凝土質量檢定[1]。本文主要介紹超聲回彈綜合法和電磁感應法在建筑物結構混凝土質量檢測中的應用，不妥之處，敬請指正。

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

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

2檢測方法與技術

2.1超聲回彈綜合法

首先選定待測混凝土構件，并按規程或有關規定布置一定數量的測區(測區尺寸為20×20cm2；相對應的兩個20×20cm2方塊視為一個測區)，然后按圖1布點方式進行回彈值、超聲聲速值的測試(對于同一測區宜先進行回彈測試，后進行超聲測試)。

2.1.1回彈法

在每個測區相對應的兩個測面上分別測讀8個回彈值(如圖1所示，兩面共測取16個回彈值)，剔除3個最大值和3個最小值后，將剩余的10個回彈值進行平均取得該測區的平均回彈值，計算公式如下：

式中：rm—測區平均回彈值；ri—第i個測點的回彈值。

如非水平狀態測得的回彈值，應按下式進行修正：

如頂面或底面測得的回彈值，應按下式進行修正：

式中：ra—修正后的測區回彈值；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，如儀器處于非水平狀態，同時構件測區又非混凝土的澆筑側面，則應對測得的回彈值，先進行角度修正，后進行澆筑面修正。

2.1.2超聲法

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

式中：vi—測區聲速值，m/s；l—超聲測距，m；tmi—第i個測區平均聲時值，s；t1、t2、t3—分別為測區中3個測點的聲時值，s。

當在混凝土澆筑的頂面和底面測試時，由于上表面砂漿較多強度偏低，底面粗骨料較多強度偏高，綜合起來與成型側面是有區別的，另外澆筑表面不平整，因此，會使聲速偏低，所以進行上表面與底面測試時聲速應進行修正：

式中：va—修正后的測區聲速值，m/s。

2.2電磁感應法

現場施測首先選定待測混凝土構件，并在該構件上確定測試面，然后使探針軸線平行于設計鋼筋走向并從混凝土測試面的邊部或任意一點在垂直探針軸線的方向上移動探針來測定鋼筋位置和保護層厚度。如果混凝土內分布有主筋和箍筋時應分別測定，首先圈定主筋(或箍筋)的位置和展布情況，然后在兩個相鄰箍筋(或主筋)的中間部位順其走向進行測試，即可精確測定主筋(或箍筋)的位置和保護層厚度。

3工程概況

某居民小區位于膠東半島某市的經濟技術開發區，由20余座住宅樓和商業網點樓以及小區花園等建筑物組成。其中1#、6#、7#、8#住宅樓均為六層框架結構，建筑面積分別為3390m2、3390m2、4050m2、4812m2。工程于2002年10月開工建設，至2003年3月整體工程已進入裝修、裝飾階段。

受建設單位委托，水利部天津水利水電勘測設計研究院巖土工程技術中心工程質量檢測部，于2003年3月28～31日對該項目框架現澆混凝土構件強度及鋼筋分布情況進行了抽樣檢測。至測試之日，抽樣中混凝土構件的齡期基本達到28天的要求。抽檢結果較為全面、客觀的反映了該結構混凝土強度指標和鋼筋的分布特征，為建設工程的竣工驗收和評價提供了科學依據。

使用儀器為：①北京市康科瑞工程檢測技術有限責任公司生產的ht—225w全自動數字式回彈儀；②湖南湘潭市自動化技術研究所生產的sd-1型聲波檢測儀以及與之配套的50khz平面型厚度振動模式換能器；③瑞士proceqazurich公司生產的profometer5型混凝土鋼筋掃描儀。測試所用儀器設備均在計量認證有效期內，現場實施期間性能穩定、工作正常。

4檢測結果及分析

4.1混凝土強度檢測

由各構件不同測區內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度技術規程》(cecs02：88)推薦的結構混凝土測強計算公式(7)(當粗骨料為碎石時)換算混凝土強度：

式中：fcuc,i—第i測區混凝土強度換算值，mpa；vai—第i個測區修正后聲速值，km/s；rai—第i個測區修正后的回彈值。

結構或構件的混凝土強度推定值fcu,e可按：①單個構件處理，②批量構件處理等方式求得(具體步驟詳見有關規范或規程)，選用時應視具體情況而定。本次抽檢按單個構件處理方式求取混凝土強度推定值，即取該構件各測區中最小的混凝土強度換算值為該構件強度推定值。

測試成果按建筑物分類進行數理統計得表1及混凝土推定占設計強度等級百分比的分布圖(圖2)。

表1混凝土構件檢測結果統計表

建筑物名稱

抽檢構

件數量

設計強

度等級

推定強度(mpa)

離差系數

(%)

范圍值

平均值

標準差

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

根據測試結果，結合測試期間施工進度的具體情況，分析表1及圖2可得如下基本結論：

①1#住宅樓抽檢結果：抽檢構件中有11.1%的構件強度低于設計強度等級，其中設計強度等級為c30構件的推定最大強度值為37.3mpa，達到設計強度等級的124.4%，而構件最小強度值為29.2mpa，達到設計強度等級的97.3%；設計強度等級為c25構件的推定最大強度值為39.8mpa，達到設計強度等級的159.1%，而構件最小強度值為23.1mpa，達到設計強度等級的92.3%，說明抽檢構件中絕大多數混凝土強度達到或超過設計強度等級，最小的也達到設計強度的92%以上，基本滿足設計要求。

②6#住宅樓抽檢結果：抽檢構件中混凝土強度均達到或超過設計強度等級，其中設計強度等級為c25構件的推定最大強度值為28.9mpa，達到設計強度等級的115.5%，而構件最小強度值為25.5mpa，達到設計強度等級的101.8%；設計強度等級為c20構件的推定最大強度值為36.1mpa，達到設計強度等級的180.3%，而構件最小強度值為23.6mpa，達到設計強度等級的140.6%，滿足設計要求。

③7#住宅樓抽檢結果：抽檢構件中混凝土強度均達到或超過設計強度等級，其中設計強度等級為c25構件的推定最大強度值為41.1mpa，達到設計強度等級的164.4%，而構件最小強度值為32.7mpa，達到設計強度等級的130.9%；設計強度等級為c20構件的推定最大強度值為35.2mpa，達到設計強度等級的176.2%，而構件最小強度值為20.0mpa，達到設計強度等級的100%，滿足設計要求。

④8#住宅樓抽檢結果：抽檢構件中混凝土強度均達到或超過設計強度等級，其中設計強度等級為c25構件的推定最大強度值為35.8mpa，達到設計強度等級的143.4%，而構件最小強度值為25.0mpa，達到設計強度等級的100.1%；設計強度等級為c20構件的推定最大強度值為32.3mpa，達到設計強度等級的161.7%，而構件最小強度值為21.0mpa，達到設計強度等級的105.0%，滿足設計要求。

另外，圖2表明，盡管抽檢混凝土構件推定強度滿足或基本滿足設計要求，但強度分布范圍較大，數據較離散，呈多峰型(1#樓為單峰)，表明混凝土的均勻性較差，其施工質量并不穩定。相對而言，所測建筑物混凝土的整體均勻性和施工質量由優到劣的順序為：1#樓→8#樓→6#樓→7#樓。

4.2鋼筋位置及保護層厚度檢測

通過抽樣檢測，構件內鋼筋分布基本均勻，保護層厚度為20～48mm。實測典型記錄見圖3。

圖3混凝土構件鋼筋掃描圖

5結語

無損檢測技術具有非破損、簡便、快速、便于大面積測試等優點，已在工業與民用建筑、水利、電力等工程建設項目的混凝土質量檢測和評價中得到廣泛應用，取得了良好的應用效果，并在工程實踐中不斷總結、完善和提高。

超聲回彈綜合法利用聲速和回彈這兩個物理量來推定混凝土強度，較為全面客觀地反映了影響混凝土強度的各種因素，提高了無損法檢測混凝土強度的精度。這是因為聲速主要反映材料的密實度，而密實度與材料強度有關，同時，由于它穿過材料，因而也反映了材料內部結構的均勻性、連續性等各項質量指標。回彈值則反映了材料的表面硬度，而硬度也與強度有關，因此能確切地反映混凝土表面(深3cm左右)的狀態。可見，超聲回彈的綜合應用，能較確切地反映構件混凝土強度，對保證新建工程質量，以及對已建工程的安全性評價等方面提供科學依據。其中聲波法還可用于混凝土內部缺陷的檢測。

而電磁感應法——鋼筋掃描儀的發射功率有限，測試深度(即保護層厚度)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，故一般情況下鋼筋掃描儀實際測試深度(即保護層厚度)不大于15cm，此探測深度對一般建筑物的混凝土構件檢測已滿足要求。當探測較深部的鋼筋或金屬物時可采用電磁輻射法——地質雷達來測定，此技術還可用于混凝土內部缺陷的檢測。

參考文獻

1.國家建筑工程質量監督檢驗中心主編.混凝土無損檢測技術[m].北京：中國建材工業出版社，1996.

2.劉康和.超聲回彈綜合法推定混凝土強度的實例[j].水電站設計，1995，11(2)86～87.

3.雷林源.城市地下管線探測與測漏[m].北京：冶金工業出版社，2003.