混凝土結(jié)構(gòu)的無損檢測
2015-07-09
引 言
混凝土結(jié)構(gòu)是我國建筑工程中最主要的結(jié)構(gòu)形式，混凝土和鋼筋是最為重要的材料，其質(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全。用試件實驗測得的混凝土性能指標(biāo)，往往與結(jié)構(gòu)物中的混凝土的性能有一定差別。結(jié)構(gòu)鋼筋是隱蔽材料，其位置的準(zhǔn)確與否亦關(guān)乎結(jié)構(gòu)的安全和耐久，而傳統(tǒng)方法無法在非破損情況下對其位移進(jìn)行檢測，因此，無破損情況下在結(jié)構(gòu)物上檢測混凝土質(zhì)量和鋼筋位置的現(xiàn)場檢測技術(shù)，已成為混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量管理的重要手段，這一檢測技術(shù)已引起各國建筑工程界的重視和承認(rèn)。
對混凝土進(jìn)行非破損檢測，即在不影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受力性能或其它使用功能的前提下，直接在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上通過測定某些適當(dāng)?shù)奈锢砹?，并通過這些物理量與混凝土、鋼筋的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而推定混凝土的強度、均勻性、連續(xù)性、耐久性等系列性能。
無損檢測技術(shù)是多學(xué)科緊密結(jié)合的高技術(shù)產(chǎn)物，現(xiàn)代材料學(xué)和應(yīng)用物理學(xué)的發(fā)展為無損檢測技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。而現(xiàn)代電子技術(shù)和計算機科學(xué)的發(fā)展又為無損檢測技術(shù)提供了現(xiàn)代化的測試工具。本文簡要介紹了混凝土無損檢測技術(shù)的形成與發(fā)展，并對混凝土強度無損檢測技術(shù)進(jìn)行了分類，對無損檢測技術(shù)在建筑工程應(yīng)用中的出現(xiàn)的問題進(jìn)行了總結(jié)。
1 我國混凝土無損檢測技術(shù)回顧
我國的無損檢測技術(shù)工作開始于20世紀(jì)50年代中期，開始引進(jìn)瑞士、英國等國的回彈儀和超聲儀，并結(jié)合工程應(yīng)用開展了許多研究工作。70年代以后，我國曾多次組織力量攻關(guān)，大大推進(jìn)了結(jié)構(gòu)混凝土無損檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用，并使回彈法、超聲回彈綜合法、鉆芯法、拔出法、超聲缺陷檢測法等主要無損檢測檢測技術(shù)規(guī)范化，已制定相應(yīng)的的規(guī)程.同時，有關(guān)儀器的研究也發(fā)展迅速，并制定了有關(guān)儀器標(biāo)準(zhǔn)。
例如某工程，鋼筋混凝土梁柱在驗收過程沒能準(zhǔn)確檢測強度，驗收者只是根據(jù)經(jīng)驗和施工單位提供的同條件強度實驗報告便將其判定為合格工程，致使房屋在交驗入住后就出現(xiàn)裂縫、后經(jīng)專家在現(xiàn)場對每個構(gòu)件逐一檢查和重點局部破損檢驗，綜合分析后，得出的結(jié)論是混凝土內(nèi)部不密實，鉆芯試塊強度低于設(shè)計要求。該工程花了相當(dāng)大的代價才將其加固，后期加固費用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)時處理的費用，給工程有關(guān)各方造成了很大損失。另一工程的三層現(xiàn)澆懸挑板，因施工中踩踏鋼筋，其負(fù)彎矩鋼筋保護(hù)層厚度遠(yuǎn)高于設(shè)計值，從而導(dǎo)致板面出現(xiàn)裂縫，但這種問題在現(xiàn)場無法準(zhǔn)確判定出來，往往在竣工驗收后才被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致后期發(fā)生很多索賠糾紛。
以上所舉的情況以及類似的建筑工程質(zhì)量問題在全國范圍亦屢屢發(fā)生，為此，建設(shè)部進(jìn)行了廣泛深入的調(diào)查研究，通過專題研究和工程試點，并總結(jié)了我國混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗收的實踐經(jīng)驗，出臺了新的施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50204-2004》。新規(guī)范對無損檢測技術(shù)提出了更高的要求，混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢測向數(shù)字化、圖像化方向發(fā)展已成為必然趨勢。
2 無損檢測常用方法
?。?）回彈法：利用回彈儀檢測混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗壓強度的方法簡稱回彈法。回彈值大小反映了與沖擊能量有關(guān)的回彈能量，而回彈能量反映了混凝土表層硬度與混凝土抗壓強度之間的關(guān)系。
回彈法操作最簡單，費用最低廉，檢測效率最高，檢測數(shù)量可靈活，且被測物的形狀尺寸一般不受限制。但回彈法精度相對較差，由于它是利用表層混凝土（1～3mm）的質(zhì)量來推斷混凝土的整體質(zhì)量，因此，當(dāng)試測部位表層與內(nèi)部的質(zhì)量有明顯差異或內(nèi)部存在缺陷時、遭受化學(xué)腐蝕或火災(zāi)的混凝土、硬化期間遭受凍害的混凝土、鋼筋密集區(qū)或預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固區(qū)的混凝土等，不宜采用該法。
?。?）超聲波法：其檢測原理是依據(jù)超聲儀產(chǎn)生高壓電脈沖，激勵發(fā)射換能器內(nèi)的壓電晶體獲得高頻聲脈沖聲脈沖傳人混凝土介質(zhì)中，由接受換能器接收通過混凝土傳來的聲信號，測出超聲波在混凝土中傳播的時間和距離，算出超聲波在混凝土中的傳播速度。它的傳播速度與混凝土的密實度有關(guān)，而混凝土的密實性與其強度存在一定的關(guān)系。
實際中由于影響超聲測強的因素較多，這些影響因素如果不經(jīng)修正都會影響檢測結(jié)果，因此建立測強曲線時應(yīng)加以綜合考慮影響因素的修正。
?。?）超聲回彈綜合法：超聲回彈綜合法是采用超聲儀和回彈儀，在結(jié)構(gòu)混凝土同一測區(qū)分別測量聲時值及回彈值，然后利用已建立起來的測強公式推算該測區(qū)混凝土強度。
綜合法的最大優(yōu)點就是能較全面地反映構(gòu)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(guān)關(guān)系的因素，提高了混凝土強度檢測的精度和可靠性。因此許多學(xué)者認(rèn)為綜合法是混凝土強度無損檢測技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。
?。?）鉆芯法：鉆芯法是利用專用鉆機和人造金剛石空心薄壁鉆頭直接在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件上鉆取芯樣以檢測混凝土強度和混凝土內(nèi)部缺陷的方法。
其測試結(jié)果能真實地反應(yīng)混凝土的強度，因而其測試結(jié)果將更可靠、更準(zhǔn)確。但它對結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成局部損傷，大量取芯往往受到一定的限制，因此取芯前應(yīng)考慮到取芯對結(jié)構(gòu)帶來的影響，取得的試樣要有質(zhì)量代表性，且確保結(jié)構(gòu)被取芯后仍有足夠的安全度。
（5）拔出法：拔出法是指將安裝在混凝土中的錨固件拔出，測出極限拔出力，利用事先建立的極限拔出力和混凝土強度問的相關(guān)關(guān)系，推定被測混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度的方法，是一種半破損或微破損檢測方法。
拔出法又可分為預(yù)埋拔出法和后裝拔出法兩類。預(yù)埋拔出法是在混凝土表層以下一定距離處預(yù)先埋入一個鋼制錨固件，混凝土硬化以后，通過錨固件施加拔出力，記錄極限拔出力，并根據(jù)提供的測強曲線用拔出力換算混凝土的抗壓強度。預(yù)埋拔出法必須事先做好計劃，不能在混凝土硬化后隨時進(jìn)行。而后裝拔出法可以克服上述缺點，只要避開鋼筋位置，在已硬化的新舊混凝土的各種構(gòu)件上都可使用。
3 混凝土無損檢測技術(shù)應(yīng)用展望
隨著我國工程界對新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，對檢測技術(shù)也提出了新的要求，如高強、高性能混凝土的應(yīng)用，以及再生混凝土等新材料的應(yīng)用對結(jié)構(gòu)工程無損檢測技術(shù)提出了新的要求。
計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將與新一代檢測儀器和檢測技術(shù)緊密結(jié)合。伴隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，儀器處理能力得到提高，模糊聚類分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)甚至人工智能等先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理手段將得到更廣泛的應(yīng)用，使其能進(jìn)行快速的、大量信息的處理，使檢測結(jié)果更加可靠、檢測水平不斷提高。
