混凝土结构常用无损检测方法

混凝土结构常用无损检测方法

摘要:介绍了回弹法、超声波法、雷达法等各种混凝土无损检测方法的工作原理，分析了各自的特点及适用范围。在实际工程中，宜使用两种或两种以上方法进行检测，以互相验证，提高检测的效率及可靠性。?

无论是工业及民用建筑，还是公路、铁路、水利及水电工程等都广泛使用混凝土材料，混凝土的质量关系到整个工程的质量。传统的混凝土强度检验方法是在浇筑地点随机抽取试样，对试样进行抗压强度试验，由试验结果来评定混凝土的强度。由于试样的制作条件、养护环境及受力状态与原位混凝土均存在着明显的差异，试样的实验结果难以全面、准确地反映原位混凝土的质量状况，显然无损检测是获得原位混凝土真实质量的有效方法。早在20 世纪30 年代，人们就开始研究混凝土无损检测技术。1948 年，瑞士科学家施密特（ E. Schmidt ）研制成回弹仪；1949 年莱斯利（Leslie ）等人用超声脉冲成功检测混凝土；60年代费格瓦洛（I. Facaoaru）提岀用声速、回弹综合法估算混凝土强度；80年代中期，美国的Mary Sansalone 等用机械波反射法进行混凝土无损检测；90 年代以来，随着科学技术的快速发展，涌现岀一批新的测试方法，如微波吸收、雷达扫描、红外线谱、脉冲回波等方法。我国从50年代开始引进瑞士、英国、波兰等国的超声波仪器和回弹仪，并结合工程应用开展了一定的研究工作；60 年代初我国研制成功多种型号的超声波仪器，随后广泛进行了混凝土无损检测技术的研究和应用；80 年代混凝土无损检测技术在我国得到快速发展，并取得了一定的研究成果，除了超声、回弹等无损检测方法外，还进行了钻芯法、后装拔岀法的研究；90 年代以来，雷达技术、红外成像技术、冲击回

波技术等进入实用阶段，同时超声波检测仪器也由模拟式发展为数字式，可将测试数据传入计算机进行各种数据处理，以进一步提高检测的可靠性。

混凝土无损检测的方法主要有回弹法、超声法、超声回弹综合法、雷达法、冲击回波法、红外成像法、钻芯法、拔岀法及超声波CT 法等，其中钻芯法和拔岀法属局部破损或半破损检测方法。以下就各种方法的工作原理、特点及适用范围作以述评。

各种无损检测方法工作原理及其特点述评

1.1 回弹法

回弹法是以在混凝土结构或构件上测得的回弹值和碳化深度来评定混凝土结构或构件强度的一种方法，它不会对结构或构件的力学性质和承载能力产生不利影响，在工程上已得到广泛应用。

回弹法使用的仪器为回弹仪，它是一种直射锤击式仪器，是用一弹击锤来冲击与混凝土表面接触的弹击杆，然后弹击锤向后弹回，并在回弹仪的刻度标尺上指示岀回弹数值。回弹值的大小取决于与冲击能量有关的回弹能量，而回弹能量则反映了混凝土表层硬度与混凝土抗压强度之间的函数关系，即可以在混凝土的抗压强度与回弹值之间建立起一种函数关系，以回弹值来表示混凝土的抗压强度。回弹法只能测得混凝土表层的质量状况，内部情况却无法得知，这便限制了回弹法的应用范围，但由于回弹法操作简便，价格低廉，在工程上还是得到了广泛应用。

回弹法的基本原理是利用混凝土强度与表面硬度之间的关系，通过一定动能的钢杆件弹击混凝土表

面，并测得杆件回弹的距离（回弹值），利用回弹值与强度之间的相关关系来推定混凝土强度。

通常采用试验的方法得到回弹值与强度之间的相关关系，即建立混凝土强度f c cu与回弹值R之间

的一元回归公式，或混凝土强度与回弹值R及主要影响因素（如碳化深度）之间的二元回归公式。回归

的公式可采用各种不同的函数方程形式，根据大量试验数据进行回归拟合，择其相关系数较大者作为实用经验公式。目常常用的形式主要有以下几种：

直线方程 f c cu A BR

幂函数方程 f c cu AR B

抛物线方程 f c cu A BR CR2

二元方程f c cu AR B10cl

c

各式中：f c cu --- 混凝土测区的推算强度；

R--- 测区平均回弹值；

l --- 测区平均碳化深度值；

A 、B、C--- 常数项，视原材料条件等因素不同而不同。

回弹法适用于工程结构普通混凝土抗压强度（以下简称混凝土强度）的检测，检测结果可作为处理混凝土质量问题的依据之一。回弹法不适用于表层与内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土结构或构件的检测。

1.2 超声波法

超声波法检测混凝土常用的频率为20〜250kHz，它既可用于检测混凝土强度，也可用于检测混凝

土缺陷。

超声波在混凝土中的传播速度与混凝土的弹性性质密切相关，而混凝土的弹性性质又可以反映其强

度大小，从而可以在混凝土超声波传播速度与其强度之间建立起一种相关关系，这种关系通常为非线性关系，可用经验公式或专用测强曲线来表示。由于混凝土本身是一种复合材料，其内部超声波传播速度受许多因素影响，如钢筋的配置方向、不同骨料及粒径的大小、各组分的比例变化、龄期、养护条件及混凝土的强度等级等，这些影响因素在建立测强关系时均应进行修正，显然这种修正是一项很复杂而又烦琐的工作。

超声波法检测混凝土缺陷是根据超声波在混凝土中传播的速度、振幅、相位及主频的变化来判断混凝土内部的缺陷情况。混凝土内部常见的缺陷有：蜂窝状或松散状的不密实区、空洞、杂物或受意外损伤而形成的酥松区等。当超声波遇到以上缺陷时，其速度、振幅等常会发生一定程度的异常变化，分析这种异常变化可推知混凝土内部的缺陷状况。超声波法检测混凝土内部缺陷时常需要进行一定的数据处理及统计计算，且需要测试人员具有一定的检测经验。

1.3 超声回弹综合法

超声-回弹综合法是利用测试混凝土的回弹值和超声声速值这两个参数确定混凝土强度，所得的混

f c

凝土强度换算值（ f cu）是根据用综合法取得的测值换算成相当于被测结构物所处条件及龄期下、边长150mm 立方体试块的抗压强度值。

混凝土超声检测目前主要是采用“穿透法”，即用一发射换能器重复发射超声脉冲，让超声波在所检测的混凝土中传播，然后由接收换能器接收。被接收到的超声波转化为电信号后再经超声仪放大显示在示波屏上，用超声仪测量直接收到的超声信号的声学参数。当超声波经混凝土中传播后，它将携带有关混凝土材料性能、内部结构及其组成的信息。准确测定这些声学参数的大小及变化，可以推断混凝土的性能、内部结构及其组成情况。目前在混凝土检测中所常用的声学参数为声速、振幅、频率以及波形。

1）声速声速即超声波在混凝土中传播的速度，它是混凝土超声检测中一个主要参数。混凝土的声速与混凝土的弹性性质有关，也与混凝土内部结构（孔隙、材料组成）有关，不同组成的混凝土，其声速各不相同。一般说来，弹性模量越高，内部越是致密，其声速也超高。而混凝土的强度也与它的弹性模量、与它的孔隙率（密实性）有密切关系。因此对于同种材料与配合比的混凝土，强度越高，其声速也越高。若混凝土内部有缺陷（孔洞、蜂窝体），则该处混凝土的声速将比正常部位低。当超声波穿过裂缝而传播时，所测得的声速也将比无裂缝处声速有所降低。因此，混凝土声速值能反映混凝土的性能及其内部情况。

声速v按下式计算：

式中：l—超声测距，即发、收换能器幅射面间被测体的尺寸；