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土木工程檢測(cè)應(yīng)用之混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)

更新時(shí)間：2021-04-10 17:51

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任何一個(gè)土木工程項(xiàng)目的質(zhì)量安全，都涉及原材料、結(jié)構(gòu)、施工、竣工、運(yùn)營(yíng)及養(yǎng)護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)，每一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，都會(huì)影響到工程的質(zhì)量安全，甚至引發(fā)工程災(zāi)害。因此，工程建設(shè)的每一步都必須進(jìn)行質(zhì)量及安全檢測(cè)，保證工程的安全施工；竣工后的運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)管理嚴(yán)重影響工程的使用壽命，長(zhǎng)期的工程監(jiān)測(cè)是確保工程質(zhì)量及安全的主要手段。
土木工程檢測(cè)應(yīng)用
    土木工程檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用非常廣泛，從工程的勘察、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)等不同的階段，需要對(duì)工程質(zhì)量安全的不同參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。由于各種因素的影響，需要正確評(píng)價(jià)工程材料、結(jié)構(gòu)、施工的可靠等級(jí)，以便進(jìn)一步采取措施，這就離不開(kāi)完善的結(jié)構(gòu)檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)。土木工程的檢測(cè)是工程質(zhì)量可靠性鑒定工作中的重要環(huán)節(jié)，內(nèi)容一般有原材料、結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能檢測(cè)、結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施檢測(cè)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸和鋼筋位置及直徑的檢測(cè)、結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的開(kāi)裂和變形情況檢測(cè)、施工過(guò)程中基礎(chǔ)環(huán)節(jié)、工程驗(yàn)收整體結(jié)構(gòu)檢測(cè)以及后期的運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)檢測(cè)等。
一、原材料及結(jié)構(gòu)檢測(cè)
    原材料及結(jié)構(gòu)檢測(cè)是利用儀器設(shè)備對(duì)結(jié)構(gòu)物或試驗(yàn)對(duì)象，以各種試驗(yàn)技術(shù)為手段，在施加各種作用（荷載，機(jī)械擾動(dòng)、模擬地震風(fēng)力、溫度、變形等）的工況下，通過(guò)量測(cè)和試驗(yàn)對(duì)象工作性能有關(guān)的各種參數(shù)（應(yīng)變、變形、振幅、頻率等）和試驗(yàn)對(duì)象的實(shí)際破壞形態(tài)，來(lái)評(píng)定試驗(yàn)對(duì)象的剛度、抗裂度、裂縫狀態(tài)、強(qiáng)度、承載力、穩(wěn)定和耗能能力等，確保工程材料的安全性能。目前用于土木工程建設(shè)的材料很多，但是最主要的還是混凝土及鋼材，其他的都是輔助性材料，用來(lái)提高混凝土或鋼材的強(qiáng)度，以適應(yīng)不同的工程質(zhì)量需求。
（一）混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)
    混凝土，簡(jiǎn)稱(chēng)為“砼”，是由膠凝材料將骨料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料的統(tǒng)稱(chēng)。通常講的混凝土是指用水泥作膠凝材料，砂、石作骨料；與水（可含外加劑和摻合料）按一定比例配合，經(jīng)攪拌而得的水泥混凝土，也稱(chēng)普通混凝土，是目前土木工程中應(yīng)用最廣的材料：
混凝土在土木工程中的應(yīng)用可以追溯到古老的年代，其所用的膠凝材料主要為黏土、石灰、石膏、火山灰等。自19世紀(jì)20年代出現(xiàn)了波特蘭水泥后，由多種材料配制成的混凝土具有工程所需要的強(qiáng)度和耐久性，而且原料易得，造價(jià)較低，特別是能耗較低，因而用途極為廣泛。60年代以來(lái)，混凝土中廣泛應(yīng)用減水劑，出現(xiàn)了高效減水劑和相應(yīng)的流態(tài)混凝土；高分子材料逐漸進(jìn)入混凝土材料領(lǐng)域，出現(xiàn)了聚合物混凝土；隨著土木工程使用要求的提高，多種纖維被用于分散配筋的纖維混凝土。
    由于混凝土是水泥、石灰、石膏等無(wú)機(jī)膠凝材料與水拌和使混凝土拌合物具有可塑性通過(guò)化學(xué)和物理化學(xué)作用凝結(jié)硬化而產(chǎn)生強(qiáng)度。混凝土拌和用水中過(guò)量的酸、堿、鹽和有機(jī)物都會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生有害的影響，而且集料在起到填充作用的同時(shí)，對(duì)混凝土的容重、強(qiáng)度變形等性質(zhì)有重要影響。為改善混凝土的某些性質(zhì)，常在混凝土中加入外加劑，為改善混凝土拌合物的和易性或硬化后混凝土的性能，節(jié)約水泥，在混凝土攪拌時(shí)也可摻入磨細(xì)的礦物材料——摻合料。
    因此，混凝土中水、外加劑、集料及摻合料等性質(zhì)和數(shù)量，影響混凝土的強(qiáng)度、變形、水化熱、抗?jié)B性和顏色等。如果混凝土的一些物理、化學(xué)及力學(xué)性質(zhì)達(dá)不到土木工程設(shè)計(jì)要求，就會(huì)存在工程質(zhì)量安全隱患，在使用之前，必須進(jìn)行檢測(cè)。
1. 混凝土強(qiáng)度
    凝土強(qiáng)度有立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度?；炷恋目估瓘?qiáng)度低，只有混凝土抗壓強(qiáng)度的1110 - 1/20，隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，比值有所降低(‘)通常我們所說(shuō)的混凝土強(qiáng)度主要是指混凝土的抗壓強(qiáng)度，其強(qiáng)度等級(jí)以混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值劃分，采用符號(hào)c與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（單位以N/rrirri2或MPa計(jì)）表示。20世紀(jì)初水灰比等學(xué)說(shuō)的實(shí)驗(yàn)成功，初步奠定了混凝土強(qiáng)度的理論基礎(chǔ)?；炷劣不蟮淖钪匾牧W(xué)性能，是指混凝土抵抗壓、拉、彎、剪等應(yīng)力的能力。
    混凝土質(zhì)量的主要指標(biāo)之一是抗壓強(qiáng)度，通常指混凝土軸心抗拉強(qiáng)度，是指試件受拉力后斷裂時(shí)所承受的最大負(fù)荷載除以截面積所得的應(yīng)力值，即試件抗壓強(qiáng)度(MPa)=試件破壞荷載(N)/試件承壓面積(IIlII12)。從混凝土強(qiáng)度表達(dá)式不難看出，混凝土抗壓強(qiáng)度與混土用水泥的強(qiáng)度成正比，按公式計(jì)算，當(dāng)水灰比相等時(shí)，高標(biāo)號(hào)水泥比低標(biāo)號(hào)水泥配不變時(shí)，用增加水，泥用量來(lái)提高混凝土強(qiáng)度是錯(cuò)誤的，此時(shí)只能增大混凝土和易性，增大混凝土的收縮縮和變形。所以說(shuō)，影響混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素是水泥強(qiáng)度和水灰比，控制好混凝土質(zhì)量，最重要的是控制好水泥質(zhì)量和混凝土的水灰比兩個(gè)主要環(huán)節(jié)。水灰比、水泥品種和用量、集料的品種和用量以及攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)，都直接影響混凝土的強(qiáng)度。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)方法很多，如鉆芯法、拔出法、壓痕法、射擊法、回彈法、超聲法、回彈超聲綜合法、超聲衰減綜合法，射線法、落球法等。射擊法可到一定深度，但也不是全部，且屬破壞檢測(cè)，而且有一定的危險(xiǎn)性；取芯法，最直觀的反應(yīng)結(jié)果，但是破壞最大，且代表性亦有限?；貜椃ㄒ蠡炷羷蛸|(zhì)，否則碳化表層對(duì)結(jié)果影響較大，也就是無(wú)法檢測(cè)內(nèi)部，是無(wú)損檢測(cè)；超聲回彈綜合法，可以判別混凝土的勻質(zhì)性，內(nèi)部缺陷等，也屬于無(wú)損檢測(cè)。
2. 強(qiáng)度檢測(cè)方法——回彈法
    回彈法是用一彈簧驅(qū)動(dòng)的重錘，通過(guò)彈擊桿（傳力桿）彈擊混凝土表面，并測(cè)出重錘被反彈回來(lái)的距離，以回彈值（反彈距離與彈簧初始長(zhǎng)度之比）作為與強(qiáng)度相關(guān)的指標(biāo)，來(lái)推定混凝土強(qiáng)度的一種方法。由于測(cè)量在混凝土表面進(jìn)行，所以應(yīng)屬于一種表面硬度法，是基于混凝土表面硬度和強(qiáng)度之間存在相關(guān)性而建立的一種檢測(cè)方法。
    由于混凝土的抗壓強(qiáng)度與其表面硬度之間存在某種相關(guān)關(guān)系，而回彈儀的彈擊錘被一定的彈力打擊在混凝土表面上，其回彈高度（通過(guò)回彈儀讀得回彈值）與混凝土表面硬度成一定的比例關(guān)系（圖1-1）。因此以回彈值反映混凝土表面硬度，根據(jù)表面硬度則可推求混凝土的抗壓強(qiáng)度。

當(dāng)有下列情況之一時(shí)，可按回彈法評(píng)定混凝土強(qiáng)度，并作為混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)的依據(jù)之一。
(1) 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件或同條件試件數(shù)量不足或未按規(guī)定制作試件時(shí)。
(2) 當(dāng)所制作的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件或同條件試件與所成型的構(gòu)件在材料用量、配合比、水灰
(3) 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件或同條件試件的試驗(yàn)結(jié)果，不符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范規(guī)定的對(duì)結(jié)構(gòu)或
3．使用回彈儀時(shí)應(yīng)遵循的原則
    國(guó)家頒布的回彈法行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T23-2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》中明確規(guī)定測(cè)量時(shí)應(yīng)遵循的原則如下：
(1) 為避免單點(diǎn)測(cè)量出現(xiàn)較大的誤差，必須將被測(cè)結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)測(cè)區(qū)且測(cè)區(qū)數(shù)不應(yīng)<n于10個(gè)。每個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)選擇16個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)得16個(gè)回彈值，將最大的3個(gè)和最小的3個(gè)剔除，將剩余10個(gè)的算數(shù)平均值作為該測(cè)區(qū)的測(cè)量結(jié)果，從而降低測(cè)量誤差。
(2) 測(cè)點(diǎn)不應(yīng)選在氣孔、外露的骨料上。據(jù)外露的鋼筋和預(yù)埋件的距離不應(yīng)小于30mm，從而盡可能避免這些因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
(3) 同時(shí)要測(cè)量混凝土表面的碳化深度，根據(jù)碳化深度對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行換算調(diào)整。
(4) 使用回彈儀進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要將混凝土表面打磨光滑平整，保持回彈儀與被測(cè)混凝土表面水平垂直，如果無(wú)法水平垂直，要根據(jù)入射角度對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行換算調(diào)整。
(5) )為盡可能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，要根據(jù)實(shí)際情況正確選擇測(cè)強(qiáng)曲線對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行換算。 <n于10個(gè)。每個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)選擇16個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)得16個(gè)回彈值，將最大的3個(gè)和最小的3個(gè)剔除，將剩余10個(gè)的算數(shù)平均值作為該測(cè)區(qū)的測(cè)量結(jié)果，從而降低測(cè)量誤差。 (2) 測(cè)點(diǎn)不應(yīng)選在氣孔、外露的骨料上。據(jù)外露的鋼筋和預(yù)埋件的距離不應(yīng)小于30mm，從而盡可能避免這些因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 (3) 同時(shí)要測(cè)量混凝土表面的碳化深度，根據(jù)碳化深度對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行換算調(diào)整。 (4) 使用回彈儀進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要將混凝土表面打磨光滑平整，保持回彈儀與被測(cè)混凝土表面水平垂直，如果無(wú)法水平垂直，要根據(jù)入射角度對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行換算調(diào)整。 (5) )為盡可能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，要根據(jù)實(shí)際情況正確選擇測(cè)強(qiáng)曲線對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行換算。
4．回彈儀的局限性
    回彈值實(shí)際上反映的是混凝土的表面硬度。混凝土表面硬度與強(qiáng)度有一定的相關(guān)性，因此，通過(guò)一系列換算，能夠用回彈值推導(dǎo)出混凝土的強(qiáng)度。
    從回彈儀的基本工作原理看，通過(guò)回彈距離推斷混凝土的強(qiáng)度有很大的局限性，因?yàn)榛貜椌嚯x與彈擊錘的動(dòng)能和動(dòng)能被吸收的方式有關(guān)。彈擊錘的一部分動(dòng)能在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被機(jī)械摩擦吸收，這部分動(dòng)能與回彈距離無(wú)關(guān)。另一部分動(dòng)能在彈擊過(guò)程中被混凝土吸收，這部分動(dòng)能與回彈距離直接相關(guān)?；炷廖盏哪芰颗c其應(yīng)力—應(yīng)變有關(guān)，也就是與混凝土的強(qiáng)度和硬度相關(guān)。強(qiáng)度和硬度都較低的混凝土所吸收的動(dòng)能比強(qiáng)度和硬度都較高的混凝土所吸收的動(dòng)能多，作用于彈擊錘使其回彈的動(dòng)能就少，因此回彈距離短。這樣就帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，如果混凝土的強(qiáng)度相同而硬度不同，回彈儀的回彈距離就可能不同，因此測(cè)定的強(qiáng)度也有可能不同的。同理，如果混凝土的強(qiáng)度不同而硬度相同，回彈距離有可能是相同的，因此測(cè)密d<1己鼠睜柏可能是相同的。更有甚者，如果混凝十的強(qiáng)度低而硬度高，，回彈儀測(cè)得的強(qiáng)度可能大于那些強(qiáng)度高而硬度低的混凝土。
    由于回彈儀僅僅作用于混凝土表面的一點(diǎn)，因此，彈擊點(diǎn)附近混凝土的性能對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。如果彈擊點(diǎn)剛好位于一個(gè)硬度較大的骨料之上，測(cè)得的回彈值就會(huì)較大。同樣，如果彈擊點(diǎn)剛好打在一個(gè)空穴之上，由于該點(diǎn)的硬度較低，因此回彈值就會(huì)較小、。如果彈擊點(diǎn)剛好打在鋼筋之上且混凝土保護(hù)層較薄，此點(diǎn)的硬度會(huì)較大，測(cè)得的回彈值也會(huì)較大。同樣，如果彈擊點(diǎn)剛好打在一個(gè)空穴之上，由于該點(diǎn)的硬度較低，因此回彈值就會(huì)較小。如果彈擊點(diǎn)剛好打在鋼筋之上且混凝土保護(hù)層較薄，此點(diǎn)的硬度會(huì)較大，測(cè)得的回彈值也會(huì)較大。由此可見(jiàn)，單次測(cè)量的誤差可能很大。從混凝土的角度看，對(duì)回彈值的影響主要來(lái)源于1昆凝土的表層，混凝土內(nèi)曾性能對(duì)回從輥璇土的角度看，對(duì)回彈值的影響主要來(lái)源于混凝主要來(lái)源于混凝土的表層，混凝土內(nèi)部的性能對(duì)回彈值影響較小。如果混凝土表面有碳化層，由于碳化層的密實(shí)度較高，硬度較大，因此測(cè)得的回彈值也就較大；干燥的混凝土表面測(cè)得的回彈值會(huì)比潮濕表面測(cè)得的回彈值，如果表面較粗糙，在彈擊時(shí)可能會(huì)造成表面局部出現(xiàn)微小的開(kāi)裂或破碎，從而吸收的動(dòng)能較大，使回彈距離減少，導(dǎo)致測(cè)得的強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度不符；被測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，如果在彈擊瞬間結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)，會(huì)影響對(duì)動(dòng)能的)吸收，從而影響回彈距離，因此影響測(cè)量結(jié)果。