混凝土质量检测技术

混凝土质量检测技术

目录

1 测试的意义 (2)

2 混凝土质量测试方法和原理 (3)

2.1 基本原理 (3)

2.2 构件测试 (4)

2.3 试件测试 (6)

2.4 测试波速修正 (6)

2.5 测试流程 (7)

3 模型及现场验证 (7)

3.1 弹性模量的验证 (7)

3.2 抗压强度的验证 (9)

3.3 与规范的对应 (12)

3.4 龄期及位置的影响（某梁场，2010.09） (13)

4 特点和适用范围 (14)

4.1 特点 (14)

4.2 适用范围 (14)

4.3 与超声波相比的优越性 (15)

4.4 与回弹仪相比的优越性 (16)

1测试的意义

在各种混凝土结构中，混凝土质量是非常重要的，直接影响到预应力梁的耐久性和安全性。然而，预应力梁体积庞大，形状也较为复杂。目前，通常利用混凝土试件（150×150×300的棱形试件）进行压载试验，以便测试混凝土的压缩强度和弹性模量。

但是，试件与构件在浇筑、振捣、养护等方面均有不小的区别，因此仅仅根据试件的测试结果并不能保证梁构件的质量。同时，对于既有混凝土结构，采用钻孔取样的方法显然存在诸多局限。

长期以来，基于超声波的测试方法得到了一定的应用，然而，其局限性（如测试范围窄、功能单一等）也日益显著，在测试裂缝深度、混凝土模量等方面的精度也因理论方面的缺陷而一直得不到提高。为此，自90年代以来，基于冲击弹性波（超声波为其一特例）的测试技术得到了飞速的发展，最广为人知的当为PIT（基桩完整性测试）方法。近年来，将冲击弹性波推广并应用于混凝土结构物的材质（强度、模量）、缺陷（裂缝、剥离、内部空洞、蜂窝等）以及几何尺寸（厚度、埋深等）的无损检测和评价已成为国际热门的研究方向，而且逐步进入工程实际应用。例如，美国材料学会标准ASTM-C1383-98就规定了利用弹性波测试混凝土厚度和波速的测试方法。在日本土木学会也基于冲击弹性波波速，对混凝土结构和试样弹性模量以及强度进行了标准化和规范化。

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。

混凝土多功能检测仪（SPC-MATS）S型

2 混凝土质量测试方法和原理

2.1 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C E 。

混凝土的弹性模量C E 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

模方面有所显现。

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

C E 在34.5GPa 以上。

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1P V 的关系可以表示为：

ρ

d

P E V =

1 (3-1)

其中，ρ为材料的密度，对于混凝土，ρ一般为2400kg/m 3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： )

1(22μρ-=

d

p E V (3-2)

3维： )21)(1()

1(3μμμρ-+-⋅

=

d

P E V （3-3）

而对于表面波（瑞利波），其关系可以表示为： 瑞利波： )1(21

112.187.0μρμ

μ

+⋅

++=

d

R E V （3-4）

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：

表 3-2-1 混凝土弹性模量测试项目一览表

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（d E ），而非静弹性模量E 。对于钢材这样的均质弹性材料，d E 与E 非常接近，而对于混凝土这样的非线性材料而言，d E 与E 之间则有一定的差异。

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 ）：

1925.1-=d c E E （3-5）

而根据Neville [11]的研究成果，有：

d c E E 83.0= （3-6）

在本系统中，采用了3-6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 3-1 混凝土弹性模量测试项目一览表

2.2 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。

图3-2-1 单面反射（冲击回波）法

对于板、壁结构，波速1p V 可由板厚H 与纵向共振频率f 求出。

f H V p ⋅=21 （3-7）

2） 单面传播法

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2p V 。

图3-2-2A 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3-2-2B 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，