预应力混凝土质量检测

结构
单面反射法 （厚度既知）
单面传播法
双面透过法 有 2 个测试面
VP1 VP2 /VR VP3
钢筋修正
动弹模 Ed 静弹模 EC
动弹模 Ed
抗压强度
SC
混凝土材质无损检测流程
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15. 管道灌浆密实度测试方法：FLEA、FLPV、PFTF、IEEV；
16. 管道灌浆密实度测试范围：最大 150m；
17. 锚索张力测试内容：锚索（杆）的有效张力（包括空悬锚索、拉杆、埋入式锚索、已灌
浆锚索）；
18. 锚索张力测试方法：等效质量法（TTEM）、弦振动法；
19. 锚索张力测试范围：不同型锚具需事前标定（本公司提供部分锚具的标定参数）；
25. 混凝土缺陷测试内容：内部缺陷（内部空洞、蜂窝等）；
26. 混凝土缺陷测试方法：弹性波雷达扫描（EWR）；
27. 混凝土缺陷测试范围：壁厚范围；
28. 厚度及尺寸测试内容：壁厚；
29. 厚度及尺寸测试方法：单面反射法（重复反射、单一反射）；
30. 厚度及尺寸测试范围：0.1-2m ；
31. 同幅表示最大波形条数：300；
20. 锚杆长度测试方法：按照相关规范；
21. 锚杆长度测试范围：最大 20m；
22. 混凝土材质测试内容：弹性模量 Ed、E0、Ec、换算强度；
23. 混凝土材质测试方法：单面反射法（P 波/瑞利波法）、单面传播法、双面透过法；
24. 混凝土材质测试范围：试件（最小 0.1m）、构件（最大 150m）；
32. 通道数：2（采用 VMC 技术，可将通道数扩展为 32）。
混凝土质量测试方法和原理
1.基本原理
在本系统中，采用冲击弹性波作为测试媒介，通过测试弹性波的波速，据此计算材 料的动弹性模量和推算相应的静弹模，进而根据静弹模与抗压强度的相关关系推算混凝
土的抗压强度。其核心在于精确地测试混凝土材料的弹性模量EC 。
方法
测试方案
测试对象
梁、柱构件
冲击回波法 在构件的侧面、内面测试
单面传播法
构件局部的混凝土质量
双面透过法
在构件的两端测试
较大范围的混凝土质量
板构件
冲击回波法 单面传播法
在板的上表面测试
需预先测出板的厚度
试件
冲击回波法
在试件的一端测试
棱形试件、标准试件
2.构件测试
1） 单面（重复）反射法
在被测混凝土结构的壁厚既知的前提下，利用弹性波的重复反射，可测出弹性波在 被测混凝土试件的传播时间和弹性波波速，从而计算出混凝土的弹性模量，进而能够推 算混凝土的强度指标。该方法也称“冲击回波法”，具有测试效率高、测试结果客观性 强的特点，可优先采用。
4.测试波速修正
混 凝土结构测试波速比较（取泊松比为 0.25）
对象
梁、柱、块体、厚板
薄板
棱形试件 标准试件
方法 冲击回波法 单面传播法 双面透过法 冲击回波法 单面传播法 冲击回波法 冲击回波法
波速 1.05×0.96
1.05
1.08
1.03×0.96
1.03
1
0.93
5.测试流程
试件
单面反射法
VP1
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模方面有所显现。
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为此，在高铁梁的施工中，不仅要求控制抗压强度（通常为 C50），也要求控制弹模
EC 在 34.5GPa 以上。
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图 2-2A 单 面传播法 该方法对测试对象的要求最小，但 P 波信号一般较为微弱，因此需要采用移动传感 器距离多次测试，即 VMC（虚拟多频道）技术。 结合检层技术，还可以对层状结构（如混凝土表面有装饰层、风化层）进行测试。
图 2-3 双 面透过法
表 2-1 混 凝土结构弹性模量测试方法比较
优点
缺点
测试效率高、精度好
要求壁厚既知
Hale Waihona Puke Baidu
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单面传播法
英国钢筋混凝土结构设计规范 BS8110（Part2）中，对于高性能混凝土（GPa）：
Ec = 1.25Ed −19
（1-5）
而根据 Neville [11]的研究成果，有：
Ec = 0.83Ed
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（1-6）
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在壁厚未知时也可测试 受表面状态（如装饰层）影响小
测试效率低，精度稍差
双面透过法
测试范围广，精度高
要求双面作业、对测试条件有一 定要求
在钢筋混凝土结构中，由于弹性波在钢筋中传播的速度要快于在混凝土中的速度， 会给测试带来误差。为此，我们开发了相应的钢筋影响修正技术，并申请国家发明专利。
3.试件测试
采用单面（重复）反射法（即冲击回波法），但其波速的修正方法与构件不同。
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在本系统中，采用了 1-6 式的计算方法。
由于测试对象和测试位置的不同，在系统中也集成了多种测试方法。主要有：
1） 基于反射特性的测试方法，如冲击回波法；
2） 基于透过特性的测试方法，如单面传播法和双面透过法。
表 1- 2 混凝土弹性模量测试项目一览表
在本系统中，弹模的测试主要是通过对波速的测试。
对于 1 维均质弹性体，其弹性模量 E 与弹性波 P 波波速VP1的关系可以表示为：
VP1 =
Ed ρ
(1-1)
其中， ρ 为材料的密度，对于混凝土， ρ 一般为 2400kg/m3 左右。当测试对象为 2
维或 3 维时，P 波速度有一定的变化。
2 维： Vp2 =
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9. 笔记本电脑平台主屏参数：液晶显示，1024*768 像数；一体化平台主屏参数：真彩，
高亮度，LED 触控屏， 1024*768 像数，9.7 英寸；
表 1-1 混 凝土弹性模量测试项目一览表
动泊松比 µ
VP3 /VP1
VP2 /VP1
VR /VP1
VP3 /VR
0.20
1.05
1.02
0.588
1.78
0.25
1.10
1.03
0.581
1.89
需要指出的是，上面得到的是材料在小应变条件下的动弹性模量（ Ed ），而非静弹 性模量 E 。对于钢材这样的均质弹性材料， Ed 与 E 非常接近，而对于混凝土这样的非 线性材料而言， Ed 与 E 之间则有一定的差异。
混凝土的弹性模量 EC 不仅影响到结构的变形，而且也是反映混凝土质量、耐久性
的重要指标：
1） 可以反映材料的刚性特性，在结构的变形计算中是重要的参数。特别是对于高 强度混凝土，简单地采用抗压强度反推弹模的方法往往具有较大的误差；
2） 混凝土材料的老化往往先从弹模的降低开始，而新建结构的施工不良也会在弹
Ed ρ(1− µ 2)
(1-2)
3 维： VP3 =
Ed ⋅ (1 − µ) ρ (1+ µ)(1− 2µ)
（1-3）
而对于表面波（瑞利波），其关系可以表示为：
瑞利波：
VR
=
0.87 + 1.12µ 1+ µ
Ed ⋅ 1 ρ 2(1 + µ)
（1-4）
一般来说，混凝土的动泊松比 µ 为 0.2～0.25，其不同波速间的比较如下：
我们开发的预应力混凝土梁的无损检测系统 SPE-MATS 中也包括了针对混凝土质量 的测试技术。其中，能够准确、快速地测试混凝土的弹性模量是重要的特点。
预应力混凝土梁多功能检测仪 SPC-MATS
技术参数： 1. 笔记本电脑操作平台/小型一体化平台； 2. 操作系统：windows； 3. 温度：0-40℃； 4. 湿度：35-85%RH； 5. 最大采集频率：500KHz，可调； 6. 最小采样间隔：2us，可调； 7. 最大采集点数：20000，可调； 8. 采样精度：16 位；
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预应力混凝土质量检测
（四川升拓检测技术有限责任公司，四川 成都 610045）
摘要：近期，某高速路频现塌陷的事故给路桥建设者敲响了工程质量的警钟，而对 于预应力混凝土桥梁的检测及监理单位，如何选择无损检测仪器去检测从而把好质量关 也成为他们所考虑的重点。四川升拓检测技术有限责任公司研发生产的预应力混凝土多 功能检测仪采用冲击回波法、单面传播法、双面透过法测试混凝土质量。
图 2-1 单 面反射（冲击回波）法
对于板、壁结构，波速Vp1 可由板厚 H 与纵向共振频率 f 求出。
Vp1 = 2H ⋅ f
2） 单面传播法
（1-7）
在混凝土壁厚未知时，可在同一表面测 P 波并通常可得到 2 维弹性波波速Vp2 。
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双层构造
渐变构造（Mirage 构造）
图 2-2B 单 面传播法测试层状结构 此外，由于瑞利波信号能量比 P 波强，对于面积较大、厚度较厚的板、壁等结构， 采用瑞利波测试也是有效的方法。 3） 双面透过法
在条件允许时，采用双面透过法的方法测试 3 维弹性波波速Vp3 ，可测试整个构件
的弹性模量。
方法 冲击回波法
10. 噪声处理：平滑/LPF/BPF/HPF/合成增幅；
11. 统计处理：各种平均、偏差处理以及异常信号的自动抽取；
12. 信号处理：积分处理、频谱分析、相关分析、积算处理；
13. 图形处理：等值线、浓淡图、弹性波雷达扫描（EWR）、快速成像、快速平面成像（QPG）、
三维切片（3DS）；
14. 管道灌浆密实度测试内容：后张法预应力管道灌浆质量；
关键词：预应力混凝土，预应力检测，混凝土检测，无损检测，升拓技术
近期，某高速路频现塌陷的事故给路桥建设者敲响了工程质量的警钟，而对于预应 力混凝土桥梁的检测及监理单位，如何选择无损检测仪器去检测从而把好质量关也成为 他们所考虑的重点。四川升拓检测技术有限责任公司研发生产的预应力混凝土多功能检 测仪采用冲击回波法、单面传播法、双面透过法测试混凝土质量。