水工混凝土建筑物的现场检测技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,水工混凝土建筑物的现场检测技术,第一章 概 述,第一节 检测的目的,1、国内水库大坝安全状况,据2001年初统计：,全国水利系统管理的水库：83725座，病险库30381座。其中大型水库143座，中型1092座，分别占大、中型水库的42%和41%。,电力部门负责管理的水电站：130多座，自1987年开始至1998年底，全国共有96座大、中型水电站大坝进行了检查和评价工作，其中有2座评为险坝，其它坝也都不同程度地存在一些不安全因素。,第一章 概 述,2、检查发现的主要现象,（1）约有40%的大坝防洪标准低于现行规范的要求。,（2）有60的大坝呈现出明显的老化现象。,（3）老化主要表现,坝基帷幕防渗降压能力随着时间的推移而衰减，坝基扬压力和渗漏量逐渐增大；,混凝土坝体从排水孔或裂缝析出大量钙质；,泄洪建筑物磨损、气蚀破坏严重；,表层混凝土剥蚀或碳化较深；,反复遭受冻融、冻胀破坏后，混凝土变得疏松脆弱；,约占总数73%的混凝土建筑物存在较多裂缝，有的裂缝对结构强度产生显著危害，有的裂缝不仅降低大坝稳定安全度，而且有大量渗漏水。,第一章 概 述,3、水工混凝土建筑物的检测目的,（1）及时掌握水工混凝土建筑物的运行状态。为了保证结构的正常安全运行，延长结构的使用年限，掌握水工混凝土建筑物的运行状态，需要在不影响结构安全运行的前提下进行一系列的现场检测；,（2）为建筑物的安全评估与修补加固处理提供科学依据。,第二节 检测的内容,一、现场普查内容,（1）观察外观缺陷。,（2）描述裂缝的分布、量测裂缝长度、宽度、深度及数量。,（3）记录暴露于自然环境中的状态损伤、冻融、剥蚀、脱落及冲蚀。,（4）记录渗漏情况，点、线或面渗漏的痕迹及描述。,（5）描述伸缩接缝的工作状态及变形情况。,（6）记录高应力区域的情况，有无混凝土压碎的部位。,（7）记录基础和结构的变形或倾斜的情况。,（8）向施工、管理单位有关人员了解施工、运行情况及存在的问题。,（9）在普查的基础上，确定下一步工作内容和数量。,第二节 检测的内容,二、现场检测内容,（1）混凝土强度,（2）混凝土抗冻标号,（3）混凝土的剥蚀和冲蚀程度,（4）混凝土碳化深度,（5）钢筋锈蚀,（6）混凝土氯离子含量,（7）混凝土的抗渗系数,（8）混凝土的密实度,（9）混凝土的裂缝,（10）混凝土底板是否脱空,（11）衬砌混凝土的厚度及外水压力等,第三节 检测技术的发展,1、无损检测技术的起始及发展过程,混凝土无损检测技术和方法的研究始于20世纪30年代初，并获得迅速的发展。,(1)1930年首先出现了表面压痕法；,(2)1935年格里姆(G.Grimet)把共振法用于测量混凝土的弹性模量；,(3）1948年施米特(E.Schmid)研制成功回弹仪；,（4）1949年加拿大的莱斯利(Leslie)等运用超声脉冲技术进行混凝土检测获得成功；,（5）英国的琼斯使用放射性同位素进行混凝土密实度和强度的检测。,上述研究为混凝土无损检测技术奠定了基础。,第三节 检测技术的发展,2、无损检测近期新技术,20世纪80年代以来，涌现出一批新的测试方法：,（1）微波吸收。,利用微波的定向辐射、反射特性及吸收特性等来检测相应物理量；,（2）探地雷达扫描。,电磁波的发射以及遇不同材料反射。,（3）红外热谱。,通过接收物体发射的红外线和进行成像处理，能够检测出物体细微的热状态变化，以判断缺陷的存在；,（4）脉冲回波。,多种频率成分的脉冲回波在一定厚度的混凝土产生周期性反射，如果存在碎片、分层或水平缺陷则会吸收其他频率成分；,（5）面波检测技术。,利用人工震源激发产生多种频率的瑞利波，通过波速随频率的变化关系确定面波速度与深度的关系反映是否存在缺陷。,第三节 检测技术的发展,3、我国无损检测技术的发展,（1）,20世纪50年代中期，通过引进瑞士、英国、波兰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。,（2）,20世纪60年代初，开始批量生产回弹仪，并研制成功了多种型号的超声检测仪；,（3）对检测方法进行研究并取得了许多进展；,（4）制定了相应的规程，使回弹法、超声回弹综合法、钻芯法、拨出法、超声缺陷检测法等无损检测技术规范化。,第二章 水工混凝土强度无损检测方法,混凝土强度：,是结构应力及稳定复合计算的重要参数,。,强度检测的方法大致可分为:,无损检测；有损检测。,无损检测:,指在不破坏混凝土结构整体性的情况下，通过测定某些与混凝土抗压强度具有一定相关关系的物理参量来推定混凝土的强度。适用于对混凝土结构进行大面积的检测。,目前国内外比较成熟、应用较广泛的方法有:回弹法、超声回弹综合法、表面波法等。,有损检测：,现场取样做试验,。,第一节 回弹法检测混凝土强度,1、回弹法的使用条件：,由于它是根据表面硬度来推测混凝土的强度,因此,其检测范围适用于内外均质的混凝土。,2、测定回弹值的仪器：,数显式混凝土回弹仪；指针直读式的混凝土回弹仪。,3、直读式混凝土回弹仪按其标称动能分为:,中型回弹仪,标称动能为2.2J；,重型回弹仪,标称动能为29.4J。,第一节 回弹法检测混凝土强度,4、检测步骤,(1)在被测混凝土结构或构件上均匀布置测区,测区数不少于10个。,用中型回弹仪的测区面积为400cm,2,；用重型回弹仪的测区面积为2500 cm,2,。,(2)根据混凝土结构、构件厚度或骨料最大料径,选用回弹仪；,混凝土结构或构件厚度小于等于60cm,或骨料最大粒径小于等于4Omm,宜选中型回弹仪。,混凝土结构或构件厚度大于60cm,或骨料最大粒径大于40cm,宜选重型回弹仪。,第一节 回弹法检测混凝土强度,5、检测结果处理,(1)从测区的16个回弹值中,舍弃三个最大值和三个最小值,将余下的10个回弹值按式（21）计算测区平均回弹值m,N,（准确至0.1）：,（21）,式中,m,N,-一测区平均回弹值；,N,i,第i个测点回弹值(i=1,2,3,10)；,i一一测点数,为10。,第一节 回弹法检测混凝土强度,（2）当回弹仪在非水平方向测试时,将测区平均回弹值m,Na,换算成水平方向测试的测区平均回弹值m,N,(准至0.1)：,（22）,式中 m,Na,一回弹仪与水平方向成角测试时测区的平均回弹值；,N,a,按表（2-1）查出的不同测试角度的回弹修正值。,第一节 回弹法检测混凝土强度,(3)推定混凝土强度的回弹值应是水平方向测试的回弹值m,N,。,(4)混凝土强度换算值可采用以下三类测强曲线计算,宜优先采用本地区或本部门的测强曲线和专用混凝土强度公式。,1）测强曲线,统一测强曲线。由全国有代表性的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件,通过试验所建立的曲线。,地区测强曲线。由本地区常用的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件,通过试验所建立的曲线。,专用测强曲线。由与结构或构件混凝土相同的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件,通过试验所建立的曲线。,2）混凝土强度计算公式,当无专用混凝土强度公式时,DL/T5150-2001水工混凝土试验规程中规定,可根据回弹仪型号,采用式（2-3）,式（2-5）推定混凝土强度。,第一节 回弹法检测混凝土强度,中型回弹仪,普通混凝土强度:,（23）,引气混凝土强度:,（24）,重型回弹仪,（25）,式中 f,N,一混凝土抗压强度,MPa；,m,N,一测区平均回弹值。,第一节 回弹法检测混凝土强度,(5)当混凝土结构或构件碳化至一定深度时,须将推定的混凝土抗压强度按下式修正。,式中 f,CN,一碳化深度修正后的混凝土抗压强度值,MPa；,f,N,一按公式推定的混凝土抗压强度值,MPa；,C一查表23的碳化深度修正值。,第一节 回弹法检测混凝土强度,(6)计算构件的平均强度f,cu,e,根据各测点区的混凝土强度f,CN,，计算构件的平均强度m,f,、标准差S,f,和变异系数C,V,，可评估构件的混凝土强度和均匀性。,第一节 回弹法检测混凝土强度,6、混凝土碳化深度的检测,混凝土碳化：,混凝土硬化后其表面与空气中的CO,2,作用,使混凝土中的水泥水化生成的产物Ca(OH),2,生成CaC0,3,，并使混凝土孔隙溶液pH值降低。,碳化可能产生的危害：因使混凝土孔隙溶液pH值降低，导致钢筋表面钝化膜破坏而引起钢筋锈蚀。前提是碳化深度超过钢筋保护层厚。,碳化深度值测量步骤：,（1）钻孔。一般可用电动冲击钻在被检测部位钻一个直径20mm、深70mm的孔洞；,（2）除净孔洞中的粉末和碎屑,不得用水冲洗；,（3）用浓度为1的酚酞乙醇溶液滴在孔洞内壁的边缘处（分界处颜色有区别，已碳化颜色不变）；,（4）量测碳化深度。分界线到孔口的距离就是碳化深度。,第二节 超声波法检测混凝土强度,1、原理,超声波：,机械振动产生的一种弹性波,频率高于20kHz。,原理：,将电能通过发射探头转换成机械能,发出超声波穿透混凝土结构,然后经接收探头拾取而转换成微弱电信号。根据超声波在混凝土中的传播速度(简称波速)来推求结构混凝土强度。,使用条件：,（1）超声波不宜单独测强,因为波速与强度之间并不存在密切的关系。在强度较低时(小于等于30MPa),声速随混凝土强度改变变化很灵敏,但强度较高时声速变化较迟钝,它只能反映混凝土的内部缺陷。,（2）超声波法不宜用于强度等级在C30以上或在超声传播方向上钢筋布置太密的混凝土。,第二节 超声波法检测混凝土强度,2、检测步骤,（1）超声波检测仪零读数的校正,仪器零读数:当发、收换能器之间仅有藕合介质薄膜时仪器的时间读数t,0,。,有零校正回路的仪器：按照说明书,用仪器所附的标准棒在测量前校正好零读数,然后测量。,零校正回路的仪器：先求得零读数值,t0,从每次仪器读数中扣除t,0,。,（2）建立强度一波速关系,建立强度一波速关系包括:,试件制作；,试件的测试(超声波测试和抗压强度测试)；,结果整理(建立强度与波速之间的关系)。,试件的波速按式(2-7)计算：,（2-7）,第二节 超声波法检测混凝土强度,波速或强度均取一组三个试件测值的平均值作为一个数据；以强度为纵坐标,波速为横坐标,绘制强度一波速关系曲线；,较精确的方法是根据实测数据,以最小二乘法计算出曲线的回归方程式。,对于方程式的函数形式,推荐二次函数式、指数函数式和幕函数式三种,可根据回归线的相关性和精度来选用。,第二节 超声波法检测混凝土强度,（3）现场检测,在建筑物相对的两面均匀地划出网格，网格交点即测点；,在测点处涂上耦合剂后将换能器压紧在测点上；,调整仪器增益，使接收信号第一个半波的幅度至某一幅度（与测试试件同样大小），读取传播时间t；,按V=1000L/t计算波速。,（4）检测结果处理,根据测得的波速按强度-波速关系换算出各测点的混凝土强度；,按数理统计方法计算平均强度、标准差、变异系数；,根据统计结果比较各部位混凝土的均匀性。,3、注意事项,(1)被测体与换能器接触处应平整光滑,若混凝土表面粗糙不平而又无法避开时,应将表面铲磨平整,或用适当材料(熟石膏或水泥浆等)填平、抹光。,（2）在测量过程中应注意波形的变化和波速的大小，如发现异常波形和过低的波速时，应反复测量并检查测点的平整度和耦合是否良好。,第三节 超声回弹综合法检测混凝土强度,一、基本原理,回弹法：,反映了材料的弹性性质，同时在一定程度上也反映了材料的塑性性质，但它只能确切反映混凝土表层的状态。,超声法：,主要反映材料的弹性性质，当超声波经混凝土传播后，它将携带有关混凝土材料性能、内部结构及组成的有关信息。,超声与回弹法综合：既能反映混凝土的弹性,又能反映混凝土的塑性；既能反映表层的状态，又能反映内部的构造，与单一法相比具有较小的测试误差和较宽的适用范围。,超声回弹综合法,原理,：,采用低频超声仪和中型回弹仪,在结构混凝土同一测区分别测量波速值及回弹值,然后利用已建立起来的测强公式推算该测区混凝土强度的一种测试方法。,第三节 超声回弹综合法检测混凝土强度,与单一法(回弹法和超声法)相比,综合法具