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建筑工程混凝土强度的主要检测技术及应用

2016-03-19 14:08 字体:   打印 收藏 

摘要:混凝土强度检测是建筑结构状态评估和加固、管养策略制定的重要基础,论文剖析了三种主要的无损检测技术:钻芯法、回弹法和超声波回弹法,分析了三种检测技术的物理原理、实现过程,并总结了各自的优点和缺点,提出检测技术在工程实践中需要关注的主要问题。最后基于三种方法的比较研究,提出结合钻芯法和回弹法的综合检测技术,可以充分发挥各自优势且互补相对缺点,能够达到全面而准确检测的目标,建议应用于建筑工程混凝土强度检测中。
关键词:混凝土强度,检测技术,回弹法,钻芯法,建筑工程

    混凝土是我国建筑结构采用的主要材料形式,因为自身碱骨料反应及外界环境荷载作用下产生的碳化、氯离子侵蚀、盐化等,使得服役期混凝土的材料性能发生劣化,严重影响结构的使用及安全性能。强度是混凝土的最重要结构参数,混凝土强度的检测是评估建筑结构在役性能及其加固、管养措施的重要基础[1,2]
目前针对混凝土强度主要采用无损检测技术,常用的方法主要是钻芯法、回弹法和超声回弹法,这三种方法具有各自特点和优势,实际的建筑工程实践中,应根据项目特征选择适宜的检测方法。
1.     钻芯法检测技术
    钻芯法实质是一种半破损检测技术,采用取芯机从现场混凝土结构钻芯取样,然后通过钻芯样本的强度试验判断混凝土整体强度[3]。钻芯法虽然对原有混凝土结构进行一定程度损坏,但这种损坏是以不影响结构受力性能为前提的,因而一般需要回避具有钢筋、预应力筋及应力较大等区域,不能进行大面积的取芯采样。取芯样本一般需要进行锯切、磨平和晾干处理才能开展抗压试验,因而检测周期一般需要7天。
钻芯法优点是能直接检测混凝土内部质量如浇筑质量、退化情况及裂缝分布等,方法直观明确,检测精度很高且结果可信。钻芯法主要缺点是需要对原结构进行一定程度损坏,且检测周期较长、成本较高,此外这种检测技术的应用(数量和点位)还会受到限制,因而不容易通过大面积的检测估算混凝土结构的整体性能。
钻芯法应用于建筑工程检测中,需要注意如下要点:1)钻芯过程不能损坏的结构性能,因而需要避免复杂和高应力、含带钢筋或预应力筋的区域。2)应根据结构特点选择钻芯孔径,根据混凝土级配和结构钢筋布置情况,选择合适的孔径使钻芯样本使测试混凝土强度能代表原位状态。3)取芯样本会存在长短不齐现象,需要采用补平技术保证样本的一致性,且在试验前应尽可能降低对样本的损坏。4)根据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(CECS032007),应该取芯样试件混凝土强度换算值中的最小值作为单个构件或单个构件的局部区域混凝土强度的代表值。
2.     回弹法检测技术
    回弹法是采用弹簧驱动的重锤,通过弹击杆(传力杆)弹击混凝土表面,并测出重锤被反弹回来的距离,以回弹值(反弹距离与弹簧初始长度之比)作为与强度相关的指标,来推定混凝土强度的一种方法。回弹法在混凝土表面测量,属于一种表面硬度方法,是基于混凝土表面硬度与强度之间相关性而建立的检测手段,是一种间接方法,可用于任意场合的混凝土强度检测[4]
    回弹法的优点是回弹仪重量轻、体积小、可便携、操作简单、耗时短且经济性好,检测范围不受限制,利于混凝土强度的快速检测。回弹法由于是基于表面硬度与强度的相关性原理建立的,当混凝土由于外部环境如氯离子侵蚀、碳化和盐化等作用时,表明与内部混凝土质量存在较大差异,因而测试结果的准确性无法保证。此外,不同的混凝土保护层厚度及钢筋密集度设计,混凝土的回弹值也有较大差异。
    回弹法在实际的建筑工程应用中,需要重视如下要点:1)确保回弹仪处于标准状态,现场回弹仪的频繁使用以及粉尘等环境干扰,回弹仪可能处于非标准状态且弹回能量不能达到标称能量,产生测试误差。2)明确混凝土保护层厚度、碳化、表面缺陷及表层钢筋等对混凝土回弹值的影响,在这些因素下实测的回弹换算值可能无法准确代表实际的混凝土强度,应该进行修正。3)选择合适的回弹检测面,检测面应尽可能平整清洁,采用砂轮清楚表层蜂窝、孔洞、麻面等缺陷,确保测试为原状混凝土表面。
1.     超声回弹检测技术
    超声回弹法是建立在超声波传播速度和回弹值与混凝土抗压强度之间相关关系的基础上,以声速和回弹值综合反映混凝土抗压强度的一种非破损检测技术。它充分利用了回弹法操作简单、便捷及耗时短的优点,同时采用超声波技术识别内部混凝土状态,补充了回弹法仅能捕捉表面混凝土状况的缺陷,取长补短能较为全面地评估混凝土质量。存在的主要缺点是技术要求较高[5]
    超声回弹法应用于建筑工程检测,需要关注如下要点:1)需选择合适的检测面,需要对不平整平面进行磨光处理,测试表面一定要为相对的两个测试面。2)注意钢筋或者预应力筋对检测结果的影响,测试中应该采用钢筋检测仪,回避钢筋位置。3)需考虑湿度对测试结果影响,水的存在会改变超声波的传播速率从而改变测试结果,由于声速在混凝土传播速率要大于混凝土,因而湿度越大一般造成混凝土的回弹值偏低。4)超声回弹法对测试人员技术要求高,测试人员应该在一测试区域先进行回弹测试再进行超声波检测,必须严格按照操作规程避免混淆使用。
2.     常用检测技术的比较研究
    根据钻芯法、回弹法和超声波回弹法的基本特点和使用技术,将三种建筑工程混凝土强度常规检测技术总结如表1。可知,三种常规检测技术均有各自优缺点及关键影响因素,其工程应用状况也是不相同的。
    若要既要对建筑结构中的混凝土进行全面检测,又需要保证检测精度和结果准确性,钻芯法和回弹法的辅助结合技术,能充分发挥各自的优势且一定程度补充各自劣势,可以较为有效地增加混凝土强度检测的效率和效果。钻芯法和回弹法的配合使用,首先可以基于回弹法对建筑结构混凝土的强度状态进行全面检测,然后适当采用钻芯法在小范围区域采集样本,基于样本试验结果补充并修正回弹法测试结果,达到准确而全面检测的目的。
                                           表1. 常规检测技术的比较研究

检测
技术
优点 缺点 影响因素 工程应用
钻芯法 直观明确、精度高、结果准确 周期长、成本高、会损坏原结构、检测区域受限 孔径大小、样本是否扰动、配筋情况 检测范围受限,回避受力大及配筋区域
回弹法 操作简单、耗时短、经济性好、检测范围不受限 测试非直接、测试准确性难把握 检测面、混凝土保护层厚度、配筋情况、碳化及腐蚀等 可大范围检测,但应尽量回避钢筋区域
超声回弹法 操作简单、耗时短、经济性好、检测范围不受限、结果准确 技术要求高 检测面、混凝土湿度、配筋情况
3.     结论
    论文研究了建筑工程混凝土强度检测的三种常用技术:钻芯法,回弹法和超声回弹法,分析了这三种方法各自的基本原理、操作流程、优缺点和工程应用的重要要点,通过比较分析发现:回弹法的主要优势是测试区域的全面性和操作的简便快捷性,缺点是测试结果受多种因素影响而可能不准确;钻芯法的主要优势是测试的直观和直接性,结果准确可信,缺点是测试区域受限。如若需要对在役建筑结构混凝土进行全面而准确的测试,综合钻芯法和回弹法的检测技术,可以互补缺点而充分发挥各自优势,达到全面而准确检测的目的。
参考文献
[1]刘振江, 王琳贤. 结构混凝土强度检测技术的现状与展望[J]. 山西建筑. 2002. 28(12):21-22
[2]向阳. 混凝土强度检测技术在建筑工程质量评定中的应用[J]. 福建建材. 2011年第4期:33+60
[3]胡在良, 李晋平, 张佰战. 混凝土强度钻芯法检测与评定的若干问题分析[J]. 铁道建筑. 2011年第11期:131-135
[4]宋力, 李鹏, 汤进伟, 薛松. 工程检测中回弹法测强不确定性影响因素分析[J]. 长江科学院院报. 2009. 26(12):98-101
[5]熊静, 宿文姬, 罗旭辉. 超声回弹综合法在混凝土强度检测中的应用[J]. 无损检测. 2014. 36(10):58-60



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