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混凝土无损检测技术在房屋质量检测中的应用实践

(2011-04-25 19:55:54)
标签:

混凝土强度

无损检测

房屋质量

杂谈

分类: 加固施工技术

混凝土无损检测技术在房屋质量检测中的应用实践

朱卫华

(上海宝冶工程技术有限公司  上海  200941

  要:在房屋质量检测过程中,由于混凝土结构质量检测工作量极大和钢筋布置等各种现场与设计条件的制约,混凝土质量的检测不宜大量采用钻孔取芯法。混凝土无损检测技术(如回弹法、超声回弹综合法、电磁感应法等)较适用于不同结构混凝土内部质量的检测,通过在对房屋检测时对某既有框架结构现浇混凝土的强度及其内部钢筋分布情况进行了抽样检测,取得了该结构混凝土的强度指标和钢筋分布特征,为建设工程的竣工验收和质量评价提供了科学依据。

关键词房屋质量,无损检测,回弹,应用

1 概述

房屋检测主要针对既有建筑即投入使用两年以上的建筑物,在对混凝土框架、排架结构房屋检测中,对混凝土的强度等性能进行检测是整个检测项目中的重中之重,而混凝土无损检测技术,是在不破坏结构构件的前提下,直接从结构物上测试,推定混凝土强度或缺陷以及钢筋位置,可对混凝土结构进行重复测试,它既适用于工程建设过程中混凝土质量监测,又适用于工程竣工验收和建筑物使用期间混凝土质量检定。混凝土是我国工程建设中使用最为普遍的结构材料之一,其质量直接影响到结构的适用性、安全性和耐久性。为此,人们对混凝土的质量给予了极大的关注。

以笔者所在的上海宝冶工程技术有限公司为例,我司拥有权威建筑工程司法鉴定、上海市房屋质量检测甲级等资质,检测业务范围主要是建(构)筑物结构检测鉴定、建筑工程司法鉴定、灾后结构检测鉴定等,具体包括房屋完损状况检测、房屋安全检测、房屋损坏趋势检测、房屋结构和使用功能改变检测、房屋质量综合检测、房屋其他类型检测、各类灾后(雪灾、火灾、震灾)质量检测七大类。 除此之外,针对业主的特殊要求,我司还开拓延伸检测项目,包括钢包外形几何尺寸测量、储存气体球罐沉降监控测量、行车轨道调整测量、烟囱等高耸构筑物、桥梁工程的质量检测和大型户外广告牌的检测。 

混凝土是一种多组分的混合材料,从配料、搅拌、成型至养护诸工艺环节,无不影响混凝土的质量,如技术上疏忽或管理不善,势必造成工程质量事故。传统的混凝土质量检测方法是以按规定取样制作的试件试验为基础的,但由于试件的制作条件、养护环境及受力状态与结构物中原位混凝土有明显差异,其试验结果难以反映原位混凝土的质量状态。由于其抗拉强度相对较小,可能产生裂缝,或者施工振捣不足,内部存在蜂窝狗洞、或建筑物使用期长而碳化、或预留试件不足与代表性不强、或施工期混凝土强度增长与建筑物的长期跟踪管理等,都需要对结构物进行检测。无损检测对混凝土结构不造成破坏,利用声、光、电、磁和射线等方法,测定有关混凝土性能方面的物理量,推定混凝土强度、密实性、均匀性、以及存在的缺陷等。无损检测仪器简单、操作方便、费用较低、可进行重复测试,它既适用于工程施工过程中混凝土质量的监测,又适用于工程的竣工验收和建筑物使用期间混凝土质量的检定。上述优点及大量的工程需求,使得混凝土无损检测技术得到较快发展和广泛应用。

回弹法是在混凝土侧面或顶面(底面)均匀布置一定数量的测点,利用回弹仪测得混凝土的回弹值,并根据已知的测强曲线,以及混凝土抗压强度与混凝土表面回弹值之间存在的统计相关关系,通过换算求得混凝土当前状态的强度。以检验混凝土的质量和抗压强度。其优点在于:仪器构造简单,方法易于掌握;测试工作有较好的灵活性,可以在结构物的任何部位迅速进行;适用于施工现场对混凝土的强度进行随机的、大量的检测。但是,回弹法反映的仅是混凝土表面1015mm厚范围内的质量,即只能用于检测混凝土表面的质量。

超声回弹综合法是以声速值、回弹值与混凝土强度之间的相关关系为基本依据,在自然状态下测试出混凝土的某些物理量,进而按相关关系推算出混凝土的特征强度。然而混凝土是一种多相复合材料,均质性较差,应用单一的无损检测方法(如单一回弹法或超声法)推算混凝土强度,因影响因素多,使推算的混凝土强度不能达到一定的精度。如果采用两种或两种以上的无损检测方法,获取多种物理力学参量,并建立混凝土强度与多项物理力学参量的综合相关关系,以便从不同角度综合评价混凝土的强度。由于综合法采用多项物理力学参量,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,因而它比单一物理量的无损检测方法具有更高的准确性和可靠性。

电磁感应法是人工向混凝土构件发射脉冲电磁波并对其内部的金属物(如钢筋)产生电磁感应作用,从而使该金属物产生感应电流,于是在其周围形成二次电磁场,通过专业仪器观测感应电磁场的变化或异常即可确定混凝土内部钢筋的位置和埋深(即保护层厚度)

现浇楼板、墙体等厚度情况是评定建筑物安全性能的重要指标,越来越受到国家有关部门的重视,各级质量监督检测单位对楼板,墙体厚度的非破损检测技术也十分关注,但长期以来,始终没有高精度的非破损检测仪器符合要求,传统方法采用钻孔测量,不仅误差大,而且属破损测量,既费时又费力。而今,楼板测厚仪,它突破传统测试方法,取得了超乎想象的测试精度,给检测工作带来耳目一新的感觉。

近年来,随着我国工程建设质量管理的加强,混凝土无损检测技术的作用日益明显,从而也促进了该项技术的迅猛发展。不仅已有的方法更趋成熟和普及,而且新技术、新方法不断涌现。可以说目前混凝土无损检测技术已跨入了一个崭新的发展阶段。本文主要介绍回弹法、超声回弹综合法和电磁感应法在建筑物结构混凝土质量检测中的应用。

2 检测方法与技术

2.1 超声回弹综合法

首先选定待测混凝土构件,并按规程或有关规定布置一定数量的测区(测区尺寸为20×20cm2;相对应的两个20×20cm2方块视为一个测区),然后按图1布点方式进行回弹值、超声声速值的测试(对于同一测区宜先进行回弹测试,后进行超声测试)

 

 

2.1.1 回弹法

 

 

 

在每个测区相对应的两个测面上(也可选在一个可测的侧面上)分别测读8个回弹值(如图1所示,两面共测取16个回弹值),剔除3个最大值和3个最小值后,将剩余的10个回弹值进行平均取得该测区的平均回弹值,计算公式如下:

式中:Rm—测区平均回弹值;Ri—第i个测点的回弹值。如非水平状态测得的回弹值,应按下式进行修正:

 

 

 

如顶面或底面测得的回弹值,应按下式进行修正:

式中:Ra—修正后的测区回弹值;R—测试角度为α的回弹修正值,可查表得到;Rat—测试顶面回弹修正值,可查表得到;Rab—测试底面回弹修正值,可查表得到。

测试时,如仪器处于非水平状态,同时构件测区又非混凝土的浇筑侧面,则应对测得的回弹值,先进行角度修正,后进行浇筑面修正。

2.1.2 超声法

在每个测区相对应的两个测面上各布置3个测点(如图1所示),在保证换能器与混凝土耦合良好的前提下,使发射和接收换能器在同一轴线上。测区声速采用下式计算:式中:vi—测区声速值,m/sl—超声测距,mtmi—第i个测区平均声时值,st1t2t3—分别为测区中3个测点的声时值,s

当在混凝土浇筑的顶面和底面测试时,由于上表面砂浆较多强度偏低,底面粗骨料较多强度偏高,综合起来与成型侧面是有区别的,另外浇筑表面不平整,因此,会使声速偏低,所以进行上表面与底面测试时声速应进行修正:

式中:va—修正后的测区声速值,m/s

2.2 电磁感应法测钢筋

现场施测首先选定待测混凝土构件,并在该构件上确定测试面,然后使探针轴线平行于设计钢筋走向并从混凝土测试面的边部或任意一点在垂直探针轴线的方向上移动探针来测定钢筋位置和保护层厚度。如果混凝土内分布有主筋和箍筋时应分别测定,首先圈定主筋(或箍筋)的位置和展布情况,然后在两个相邻箍筋(或主筋)的中间部位顺其走向进行测试,即可精确测定主筋(或箍筋)的位置和保护层厚度。

2.3 电磁感应法测楼板厚度

基于电磁波运动学、动力学原理和现在电子技术。DJLC—A楼板测厚仪主要由信号发射、接收、信号处理和信号显示等单元组成,当探头接收到发射探头电磁信号后,信号处理单元根据电磁波的运动学特性进行分析,自动计算出发射到接收探头的距离,该距离即为测试板的厚度,并完成厚度值得显示,存储和传输。发射探头与接收探头分别置于被测楼板的上下两侧,仪器上显示的值即为两探头之间的距离,只需移动接收探头,当仪器显示为最小值时,即为楼板的厚度。

3 工程概况

    主体建筑位于上海市的黄浦江流域附近,由于大部分建筑物已经规划拆除,只保留主厂房和一个船台作为保护建筑,厂房和船台分别为混凝土排架结构和框架结构,建筑面积分别为10032m22000m。主体结构于1972年竣工交付使用,至2007年主体结构已经使用至今有30多年,建筑物平面布置图见图23

 

受建设单位委托,我司于20076131日对该项目进行综合房屋质量检测,主要针对排架、框架现浇混凝土构件强度及钢筋分布情况及船台楼板厚度等进行了抽样检测。抽检结果较为全面、客观的反映了该结构混凝土强度指标、钢筋的分布特征等实际情况,为既有房屋建筑的继续使用和评估提供了科学依据。

使用仪器为:①北京大地华龙科技有限责任公司生产的HT225W全自动数字式回弹仪;②北京大地华龙科技有限责任公司生产的DJUS-05非金属超声波仪以及与之配套设备;③瑞士PROCEQAZURICH公司生产的PROFOMETER5型混凝土钢筋扫描仪;京大地公司华龙科技有限责任公司生产的DJLC-A楼板测厚仪。测试所用仪器设备均在计量认证有效期内,现场实施期间性能稳定、工作正常。

4 检测结果及分析

4.1 混凝土强度检测由各构件不同测区内测得的声速值和回弹值,按照《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS0288)推荐的结构混凝土测强计算公式(7)(当粗骨料为碎石时)换算混凝土强度:

式中:fcuc,i—第i测区混凝土强度换算值,MPavai—第i个测区修正后声速值,km/sRai—第i个测区修正后的回弹值。

结构或构件的混凝土强度推定值fcu,e可按:①单个构件处理,②批量构件处理等方式求得(具体步骤详见有关规范或规程),选用时应视具体情况而定。本次抽检按单个构件处理方式求取混凝土强度推定值,即取该构件各测区中最小的混凝土强度换算值为该构件强度推定值。

测试成果按建筑物分类进行数理统计得表1及混凝土推定占设计强度等级百分比的分布图(4)

 

 

5 结语

混凝土无损检测技术具有非破损、简便、快速、便于大面积测试等优点,已在工业与民用建筑、水利、电力等工程建设项目的混凝土质量检测和评价中得到广泛应用,取得了良好的应用效果,并在工程实践中不断总结、完善和提高。

超声回弹综合法利用声速和回弹这两个物理量来推定混凝土强度,较为全面客观地反映了影响混凝土强度的各种因素,提高了无损法检测混凝土强度的精度。这是因为声速主要反映材料的密实度,而密实度与材料强度有关,同时,由于它穿过材料,因而也反映了材料内部结构的均匀性、连续性等各项质量指标。回弹值则反映了材料的表面硬度,而硬度也与强度有关,因此能确切地反映混凝土表面(3cm左右)的状态。可见,超声回弹的综合应用,能较确切地反映构件混凝土强度,对保证新建工程质量,以及对已建工程的安全性评价等方面提供科学依据。其中声波法还可用于混凝土内部缺陷的检测。

电磁感应法——钢筋扫描仪的发射功率有限,测试深度(即保护层厚度)范围取决于待测钢筋的直径,并与相邻钢筋的距离以及周围其它电磁干扰有关,故一般情况下钢筋扫描仪实际测试深度(即保护层厚度)不大于150mm,此探测深度对一般建筑物的混凝土构件检测已满足要求。当探测较深部的钢筋或金属物时可采用电磁辐射法——地质雷达来测定,此技术还可用于混凝土内部缺陷的检测。

而电磁感应法——楼板测厚仪的发射功率有限,测试深度范围为50---350mm,故一般情况下楼板测厚仪实际测试深度不大于350mm,此探测深度对一般建筑物的混凝土构件检测基本满足要求。

参考文献

1. 国家建筑工程质量监督检验中心主编.混凝土无损检测技术手册.北京:人民交通出版社,2003.1

2. 刘康和.超声回弹综合法推定混凝土强度的实例[J].水电站设计,199511(2)8687.

3. 雷林源.城市地下管线探测与测漏[M].北京:冶金工业出版社,2003.

4.《既有建筑物结构检测与评定标准》(DG/T J08-804-2005);

5.《建筑结构检测技术标准》(GB/T 50344-2004);

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