回弹法超声回弹综合法课件.ppt

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回弹法、超声回弹综合法检测混凝土抗压强度重庆市建筑科学研究院李建茹 回弹法检测混凝土抗压强度1应用概况回弹仪最早由瑞士人施米特(E.Schmidt)于1948年发明。后由苏黎世材料试验室发表了研究报告，此后便开始应用回弹仪检测混凝土的强度，应用至今已有60多年的历史。虽然其间无损检测混凝土强度不断有新的方法出现，但由于回弹仪构造简单、操作方法简便、测试值在一定条件下与混凝土强度有较好的相关性、测试费用低廉等特点，至今它仍然未失去现场应用的优越性，被国际学术界公认为混凝土无损检测的基本方法之一。许多国家或协会都制定了回弹法的应用技术标准。 我国自50年代中期开始采用回弹仪测定混凝土抗压强度。1963年建设部建研院结构所先后召开和出版了“回弹仪检测混凝土强度和构件试验方法技术交流会”和《混凝土强度的回弹仪检测技术》一书，促进了回弹法测定混凝土强度的推广和应用。1978年国家建委将混凝土无损检测技术研究列入建筑科学发展计划，组建了以陕西省建筑科学研究设计院为组长单位的全国性的协作研究组，开始对回弹法仪器的性能、测试技术、数据处理及强度推算方法等进行系统研究并于85年颁布了JGJ23－85《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》。之后又于1992年、2001年先后2次修订为JGJ/T23－92、JGJ/T23－2001标准。重庆市建筑科学研究院是全国协作研究组成员单位之一。在参与国家项目研究和规程的编制中于1975年开始，同时开始了重庆地区混凝土强度的回弹法检测研究和应用并于84年12月完成《重庆市回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》的编制并经重庆市建委批准颁布执行(编号为DBJ20Y13－84)。2006年12月又完成对该规程的修编并批准于2007年3月执行(编号DBJ5-057-2006)。回弹仪检测混凝土强度方法现已广泛用于建设工程中，成为控制、评定混凝土强度质量不可缺少的重要方法。 回弹仪是由一个弹簧驱动的重锤，通过撞击弹击杆，将力传于混凝土表面，使重锤反弹。把重锤反弹的距离以回弹值表示，作为与混凝土强度相关的指标(即反弹距离与弹簧初始长度之比)，来推定混凝土强度。由于测量是在混凝土表面进行，所以应属于一种表面硬度法。当重锤被拉伸到冲击前的起始状态时，若重锤的质量一定，则这时重锤所具有的势能e为：（2.1）式中Es—拉力弹簧的刚度系数；l—拉力弹簧的起始拉伸长度。2回弹仪测强的基本原理 当混凝土受重锤冲击后，产生瞬时弹性变形，其恢复力使重锤被反弹，反弹的距离若为x，此时具有的势能为：（2.2）式中x—重锤反弹位置时弹簧的的拉伸长度。重锤弹击后，所消耗的能量为：（2.3）将（2.1）、（2.2）式代入（2.3）式得：（2.4）令，因为l为定值，所以R与x成正比。将R代入(2.4）式，得，称R为回弹值，回弹值R反映了重锤冲击过程中能量的损失。 3回弹仪3.1回弹仪的类型目前我国生产的回弹仪按冲击动能分为轻型、中型和重型；按示值显示方式分为指针式和数显式。普通混凝土强度检测通常使用冲击动能为2.207J的中型指针式回弹仪。重庆地区现一般使用天津建筑仪器厂生产的HT225型或山东乐陵市回弹仪厂生产的ZCA－3型回弹仪。随着高强混凝土在工程中的应用，现已研制并生产出多种用于检测C60~C80等级的高强混凝土回弹仪。回弹仪内部构造及外形见下图。 冲击动能为2.207J指针式混凝土回弹仪冲击动能为2.207J数字式混凝土回弹仪检测高强混凝土强度的重型的回弹仪，现已开发定型的有由中国建研院结构所研制的GHT450型(标准冲击动能为4.5J)、由山东乐陵市回弹仪厂生产的ZC1型(标准冲击动能为5.5J)和天津建筑仪器厂生产的HT1000型(标准冲击动能为9.5J)。通过大量试验研究，建立了高强混凝土回弹法测强曲线，并颁布或即将颁布相关检测技术规程，如中国建研院结构所的Q/JY17-2000《回弹法检测高强混凝土强度技术规程》、陕西省建研院即将修编完成的JGJ/T23-20××《回弹法检测混凝土强度技术规程》、中国建研院的JGJ/T《高强混凝土强度检测技术规程》。重庆市建科院目前在已取得高强混凝土强度检测技术研究和试验的成果基础上，已开始编制重庆地区高强混凝土强度检测技术规程。 3.2影响回弹仪性能的主要因素1）机芯主要零件的装配尺寸2）零件的质量3）机芯装配质量弹击拉簧的工作长度弹击锤的冲击长度弹击锤的起跳位置拉簧的刚度弹击杆前端曲率半径和后端的冲击面指针长度和摩擦力影响起跳位置的有关零件 3.3回弹仪的操作、保养及校验1）回弹仪使用要求及检测技术见DBJ50-057-2006规程第3章、第4章2）保养及时清除伸出仪器外壳的弹击杆、刻度尺表面及外壳上的污垢和尘土；测试次数较多，对测试值有怀疑时，应将仪器拆卸，并用清洗剂清洗机芯的主要零件及冲击锤内孔。3）校验仪器超过检定期限，累计次数超过规定或零部件受到损坏需要更换等情况皆应送校验单位进行校验。校验合格的仪器应符合下列标准状态：a.弹击脱钩瞬间，标称动能应为2.207J，率定值为80±2；b.弹击拉簧的工作长度应为61.5mm，冲击长度应为75mm；c.指针块在指针轴全长上的摩擦力为0.5～0.8N；d.弹击杆前端的曲率半径为25mm；e.操作轻便，脱钩灵活。 3.4钢砧率定的作用1）作为校验回弹仪标准状态的一种方法；2）可反映弹击杆、中心导杆和弹击锤的加工精度或工作时三者的同轴性；3）率定时通过转动弹击杆方向弹击，检查回弹仪测试性能的稳定性；4）判断仪器经使用后有无损坏的零部件或其它故障或有无污物。总之，钢砧率定值仅是校验仪器标准状态的一项指标，是确定回弹仪应进行保养、检定、可否使用的一个有效检验方法。率定回弹仪时，若回弹值不能保持为80±2时，不能简单的用调整回弹仪尾盖上调零螺丝调整回弹值，因调零螺丝的作用是保证使重锤冲击长度为75mm（即回弹仪的冲击动能为2.027J），它的位置在检定后是已固定了的。3.5回弹仪的常见故障及排除方法 回弹仪常见故障及排除方法故障情况原因分析检修方法弹击时指针块不动指针片相对于指针轴上的张角太小；指针片折断卸下指针块，将指针片的张角适当扳大；更换指针片指针块在弹击过程中抖动上升指针片的张角略小；指针块与指针轴之间配合太松；指针块与刻度尺的局部碰撞摩擦将指针片的张角扳大；将指针摩擦力调大些；修锉指针块的上平面指针块在弹击前就被带上来无法读数指针片张角过大调小张角弹击锤过早击发挂钩端部已成小钝角弹击锤的尾端局部破碎更换挂钩更换弹击锤不能弹击挂钩簧已脱落；挂钩的钩端已折断；弹击拉簧已拉断装上挂钩拉簧；更换挂钩；更换弹击拉簧率定值偏低弹击锤与弹击杆的冲击平面有污物；弹击锤与中心导杆摩擦力大；机芯破坏清洁或更换零件 4回弹法检测混凝土强度的影响因素(普通混凝土)影响因素影响因素作用程度混凝土原材料水泥不同品种及同一品种不同标号和水泥用量对回弹法的影响，在考虑了碳化深度影响条件下，可以不予考虑。细骨料没有显著影响。粗骨料在满足粒径要求的条件下，石子品种的影响在我国不同地区，影响尚不统一，各地区可结合具体情况制定自己的测强曲线。外加剂凡混凝土未掺加非引气型外加剂，对回弹法测强影响均不显著。成型工艺没有显著影响。模板没有显著影响。养护方法没有显著影响。表面干、湿状态表面呈潮湿状态，对较低强度混凝土的检测影响较大，随着强度的增长，影响逐渐减少。目前国内还在进行混凝土表面湿度对回弹法影响的深入研究。碳化及龄期龄期影响实质上是混凝土的碳化影响所致。在一定碳化深度内，影响显著。根据试验研究结果，碳化达到一定深度后，影响程度趋于恒定。其它如：环境温度、构件的厚度和刚度、构件上不同应力区、测试技术等均有程度不同的影响。 5回弹法测强曲线5.1分类统一测强曲线、地区测强曲线、专用测强曲线三种类型，其定义、适用范围、误差要求见下表。相关曲线用回归方程式表示，通常采用幂函数形式：统一测强曲线地区测强曲线专用测强曲线定义由全国有代表性的材料、成型、养护工艺配制的混凝土试块，通过大量破损与非破损试验建立的曲线。由地区常用的的材料、成型、养护工艺配制的混凝土与试块，通过较多破损与非破损试验建立的曲线。由与结构或构件混凝土相同材料、成型、养护工艺配制的混凝土试块，通过一定数量破损与非破损试验建立的曲线。适用范围适用于无地区曲线或专用曲线时检测符合规定条件的构件或结构混凝土强度。适用于无专用曲线时检测符合规定条件的构件或结构混凝土强度。适用于与建立该类测强曲线条件相同的专项特殊工程的结构或构件混凝土强度检测。误差要求测强曲线的平均相对误差≤±15％，相对标准差≤±18％。测强曲线的平均相对误差≤±14％，相对标准差≤±17％。测强曲线的平均相对误差≤±12％，相对标准差≤±14％。 5.2测强曲线建立方法试块成型试块测试建立曲线1.材料相同、标准试件150×150×150mm；2.拆模时间相同；3.在与被测构件相同的硬化条件下养护。1.加压30～50kN、固定；2.回弹测试，每侧面8个点；3.试块加荷至破坏，计算抗压强度。按最小二乘法原理，推荐形式： 6重庆地区回弹法测强相关标准1)国家计量检定规程《混凝土回弹仪》GB/T9138。2)《重庆市回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》DBJ50-057-2006。3)《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23－2001）《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004。《回弹法检测高强混凝土强度技术规程》Q/JY17-2000。－仅参考或经误差验证能满足要求后采用 7现行JGJ/T23－2001、DBJ50-057-2006标准行业标准JGJ/T23－2001重庆市地方标准DBJ50-057-2006标准执行优先级未建立地区、专用测强曲线时采用未建立专用测强曲线时，优先采用测强曲线全国统一的砼测强曲线分别建立重庆地区碎石、卵石、泵送砼测强曲线测强曲线误差平均相对误差不大于±15％相对标准差不大于±18％三条测强曲线误差均满足：平均相对误差小于±14％；相对标准差小于±17％使用范围抗压强度10～60MPa、龄期14～1000天、表面干燥的普通砼强度检测抗压强度10～60MPa(卵石砼10～40MPa)、龄期14～1000天、表面干燥的普通砼强度检测。可对龄期＞1000天砼检测强度进行龄期修正 8有关回弹法测得的强度概念、术语的含义8.1测区换算强度由构件上测区的平均回弹值和碳化深度值按测强曲线计算得到的现龄期测区混凝土抗压强度值。8.2构件推定强度测区换算强度值总体分布的保证率不低于95％的结构或构件混凝土抗压强度。强调的是混凝土施工质量验收只能按《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300－2001）第3.0.3条强制性规定执行。推定强度可作为处理混凝土质量的依据。8.3测区回弹值及换算强度的修正1)回弹值修正回弹仪在非水平状态或测试面为非混凝土浇筑侧面检测时，对测区平均回弹值的修正。即将回弹值转换为在混凝土浇筑侧面、水平状态下的回弹值。 非水平方向检测混凝土浇筑侧面时，应按下式修正：水平方向检测混凝土浇筑顶面或底面时，应按下列公式修正：2）测区换算强度修正指对测区换算强度进行的碳化深度影响、对取有芯样时、长龄期砼强度的修正8.4标准差：衡量构件各部位或构件检验批强度波动大小的指标。1）按单个构件原则检测时指该构件测区换算强度波动指标。2）按检验批原则检测时，指该批构件测区换算强度波动指标。 9检测技术要求9.1一般规定混凝土材料、施工情况和资料的了解；抽样量规定；测试面要求；测区、测点确定原则等。1）抽样方式：单个检测、批量检测2）构件测区数：不应少于10个；构件尺寸较小时测区数可减少，但不应少于5个(某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的构件)。9.2回弹值测量同一测点只应弹击一次，测点应避开外露石子和表面缺陷，每一测区记取16个回弹值，读数估读至1。9.3碳化深度测量在有代表性的位置上测量碳化深度值，测点数不应少于构件测区数的30％，取其平均值作为该构件每测区的碳化深度值。 10检测数据处理及强度计算1）回弹值Rm平均值角度修正浇筑面修正2）测区换算强度计算回弹值Rm碳化深度d强度换算值a.单个构件测区数少于10个时：b.单个测区数不少于10个时：c.测区强度中出现小于10MPa时：<10MPa3）构件推定强度计算 11原始记录和检测报告为了规范检测行为，记录、表达与检测相关的工程或构件主要信息，为需进行后期处理的工作提供依据，检测人员对工程结构或构件进行检测，应认真填写真实的原始记录。检测后出具有检测单位盖章的检测报告，检测报告应包括以下主要内容（摘自重庆地区规程）：1、工程和结构或构件名称、工程地点；2、建设单位、委托单位、施工单位、设计单位、监理单位；3、施工日期、检测及出具报告的日期；4、检测原因、检测内容、检测数量；5、检测环境；6、检测依据；7、检测设备(规格、型号、编号和检定证号)；8、结构或构件的测区换算强度平均值、标准差、最小值、推定强度值(必要时给出构件测区布置图或工程施工平面图)；9、检测单位名称、审核人、检测负责人、试验人员姓名及资质；10、其它需要说明的事项。 超声回弹综合法检测混凝土抗压强度1“超声—回弹”综合法技术概述“超声—回弹”综合法检测混凝土强度，就是采用非金属超声仪和回弹仪，在结构混凝土同一测区分别测量声时值及回弹值，然后用建立的测强公式推算该测区混凝土强度的方法。该方法首次由罗马尼亚建筑及建筑经济科学研究院在1966年提出，并编制了有关技术规程。后受到各国技术工作者的重视。1976年我国引进这一方法，在结合我国具体情况的基础上，通过近十余年的试验，在完成了多项科研成果基础上，于1988年由中国工程标准化委员会批准了我国第一部《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CECS02：88），在后来的混凝土结构工程的质量检测中得到了广泛的推广和应用。该规程经近20年的应用，于2005年12月1日，由中国建筑科学研究院修编为（CECS02：2005）技术规程。 2综合法测强应符合的原则2.1单一法测试时仪器性能、测试技术和测试误差都应满足规定的要求。2.2分别采取一种测试方法时影响较大，但综合方法测试时作用相反，可抵消或减小影响。2.3应有较小的测试误差和较宽的适应范围。2.4适用于确定表里性能一致的混凝土强度检测。 3“超声—回弹”综合法影响因素影响因素试验验证范围影响程度修正方法水泥品种和用量普通水泥、矿查水泥、粉煤灰水泥；250～450kg/M3不显著不修正细骨料品种及砂率山砂、特细纱、中砂；28～40％不显著不修正粗骨料品种及用量卵石、碎石、骨灰比；1：4.5～1：5.5显著必须修正或制定不同的测强曲线粗骨料粒径0.5～2、0.5～3.2、0.5～4cm不显著不修正外加剂木钙减水剂、硫酸钠、三乙醇铵不显著不修正碳化深度不显著不修正混凝土含水率有影响尽可能干燥状态测试测试面探头于浇筑的两侧面与探头于浇筑上表面及底面比较有影响对声速和回弹值分别进行修正探头于浇筑的两相邻侧面（角测）有影响限制探头与构件边缘距离探头于构件同一表面（平测）有影响需修正 4“超声—回弹”综合法的特点4.1能减少龄期和含水率的影响混凝土龄期和含水率对单一超声法和回弹法的检测参数都有影响，但影响的本质不同。混凝土含水率大，超声检测值（声速）偏高，而回弹值偏低；混凝土龄期长，超声检测值（声速）增长率下降，而回弹值因混凝土碳化程度的增大而提高。因此二者结合起来检测就可以减少龄期和含水率的影响。4.2能弥补各自检测方法的不足“超声—回弹”综合法是用两个参数反映混凝土内部和表面的性能，比一个参数的反映更可靠。4.3能提高测试精度，减小测试误差由于综合法可减少一些因素的影响程度，较全面的反映混凝土质量，所以对提高混凝土强度的检测精度，减小测试误差具有明显的效果。 5综合法检测仪器5.1混凝土回弹仪回弹仪：回弹仪性能、检定要求、维护保养等与单一回弹法测强的规定相同。5.2非金属超声波检测仪超声仪技术要求及校准和保养，见《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CECS02：2005）第4章及附录E，外形见下图。 CTS－35A模拟非金属超声波检测仪CTS－25模拟非金属超声波检测仪NM－4A/B型便携型非金属数字式超声波检测仪 6综合法测强曲线6.1分为统一测强曲线、地区测强曲线、专用测强曲线三种类型，其定义、适用范围、建立的测强曲线误差要求见下表。统一测强曲线地区测强曲线专用测强曲线定义由全国有代表性的材料、成型、养护工艺配制的混凝土试块，通过大量破损与非破损试验建立的曲线。由地区常用的的材料、成型、养护工艺配制的混凝土与试块，通过较多破损与非破损试验建立的曲线。由与结构或构件混凝土相同材料、成型、养护工艺配制的混凝土试块，通过一定数量破损与非破损试验建立的曲线。适用范围适用于无地区曲线或专用曲线时检测符合规定条件的构件或结构混凝土强度。适用于无专用曲线时检测符合规定条件的构件或结构混凝土强度。适用于无专用曲线时检测符合规定条件的构件或结构混凝土强度。误差要求测强曲线相对标准差≤±15％，曲线相关系数≥0.9。测强曲线相对标准差≤±14％,曲线相关系数≥0.9。测强曲线相对标准差≤±12％,曲线相关系数≥0.9。 由于粗骨料（石子）品种和用量因素影响较大，通常按粗骨料品种分别制定测强曲线；对其他有影响的因素，则可通过对测试量或测区换算强度进行修正。测强曲线回归形式宜采用幂函数：6.2测强曲线建立方法见（CECS02：2005）技术规程附录A。本规程测区砼强度换算公式：当粗骨料为卵石时：6.1-1式当粗骨料为碎石时：6.1-1式 7综合法测强相关标准7.1《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS02：20057.2《混凝土超声波检测仪》（JT/T5004－92）7.3其它省市地方标准。如：辽宁省DB21/T834－2000规程，长龄期—3年；17～58MPa卵石、16～44MPa碎石普通砼。北京市DBJ/T01－78－2003规程，28～365天；10～60MPa泵送砼。 8现行标准CECS02：2005的适用范围1.混凝土用水泥应符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175、《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》GB1344和《复合硅酸盐水泥》GB12958的要求；2.混凝土用砂、石骨料应符合现行行业标准《普通混凝土用砂石质量标准及检验方法》的要求；3.可掺或不掺矿物掺合料、外加剂、粉煤灰、泵送剂；4.人工或一般机械搅拌的混凝土或泵送混凝土；5.自然养护；6.龄期7～2000天；7.混凝土强度10～70MPa。 9综合法测强概念、术语的含义9.1规程部分检测单元、测区、测点超声波速度、波幅、抗压强度换算值抗压强度推定值9.2超声仪部分探头、手动游标读数、自动整型读数、程序判读声时、衰减器等。 10检测技术要求10.1一般规定1.检测数量：单个构件检测时，应在构件上均匀布置测区，数量不少于10个。2.构件分批：按砼设计强度等级相同；砼原材料、配合比、成型工艺、养护条件、龄期基本相同；构件种类相同；施工阶段所处状态基本相同等条件按批抽样检测，抽样数量不少于同批构件的30％，且不应少于10个。3.对某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的构件，测区数不应少于5个。10.2回弹值测量在超声测试的发射面及接收面各测8个回弹值。测点布置同单一回弹法检测要求。10.3超声测试优先采用对测或角测，当不满足对测或角测条件时可采用单面平测检测声时值。一对测区内检测3个声时值。修编后的（CECS02：2005）规程与原（CECS02：88）比较，新增了超声波平测、角测内容；修改了卵石、碎石混凝土测强曲线、需做芯样修正时的芯样数量；提高了强度检测范围等。新增或修改的内容详见下表： 新规程条款原规程条款混凝土应由法定部门并按照国家现行标准《混凝土回弹仪》JJ817对回弹仪进行检定/用于混凝土的超声波检测仪分为以下两类：1.模拟式：接受信号为连续模拟量，可由时域波信号测读声学参数；2.数字式：接收信号转化为离散数字量，具有采集、存贮数字信号、测读声学参数和对数字信号处理的智能功能。/超声波检测仪应符合《混凝土超声波检测仪》JG/T5004标准的要求，并在法定计量检定有效期内使用/测区布置应符合下列规定：2.同批构件按批抽样检测时，构件抽样数不应少于同批构件的30％，且不应少于10件；3.对某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于或等于0.3m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于5个。测区布置应符合下列规定：二.对同批构件按批抽样检测时，构件抽样数不应少于同批构件的30％，且不应少于10件，每个构件测区数不应少于10个；三.对长度小于或等于2m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于3个。超声测点应布置在测试的同一测区内，每一测区布置3个测点。超声测试宜优先采用对测和角测，当被测构件不具备对测和角测条件时，可采用单面平测法。平测时两个换能器连线应与附近钢筋轴线保持40o～50o夹角，超声测距宜在350mm～450mm范围，具体测试方法见附录B。/ 11检测数据处理及强度计算11.1回弹值见（CECS02：2005）规程第5.2节。即与单一回弹法测强时回弹值的计算及修正方法相同。11.2声速值1.对测和角测：测区混凝土的声速代表值为：11-2-1式式中为测试面修正系数，当在侧面对测或角测时=1；当在混凝土浇筑的顶面和底面间对测或角测时＝1.034。角测时两探头间距离由几何关系进行计算。2.平测：平测测区混凝土的声速代表值为：11-2-2式式中为同一构件中对测声速与平测声速之比。当在构件浇筑顶面平测时＝1.05，当在构件浇筑底面平测时＝0.95。11.3测区换算强度、构件推定强度计算1.测区换算强度计算：按混凝土中粗骨料种类由6.1-1或6.1-2式计算或查本规程附录C得到。2.构件推定强度确定：按本规程6.0.7的三条规定确定。 12仪器校正和检定12.1回弹仪同（JGJ/T23－2001）规程的规定。12.2超声仪检定见（CECS02：2005）规程第4.1.3条规定；校正见（CECS02：2005）规程第4.3节规定校正方法见（CECS02：2005）规程附录E 13原始记录和检测报告（CECS02：2005）规程提供了检测记录表和结构混凝土抗压强度计算表格式，现场检测应按要求填写，并保留存档。检测报告应包括以下主要内容：1)工程和结构或构件名称、工程地点；2)建设单位、委托单位、施工单位、设计单位、监理单位；3)施工日期、检测及出具报告的日期；4)检测原因、检测内容、检测数量；5)检测环境；6)检测依据；7)检测设备(规格、型号、编号和检定证号)；8)检测结果、结论；9)检测单位名称(盖章)、审核人、检测负责人、试验人员姓名及资质；10)其它需要说明的事项和附图。 谢谢