第四节 钢筋混凝土结构缺陷检测.docx

第四节 钢筋混凝土结构缺陷检测一、概述钢筋混凝上结构的缺陷，是指那些在宏观材质不连续、性能参数有明显变异， 而且对结构的承载能力和使用性能产生影响的区域混凝土结构物，由于设计、 施工等原因或受使用环境、自然灾害的影响，在内部可能会存在不密实区域或空 洞、钢筋锈蚀等，在外部可能形成蜂窝、麻面、裂缝或损伤层等缺陷，这些缺陷 的存在会严重影响结构的承载能力和耐久性采用简便有效的方法查明混凝土各 种缺陷的性质、范围及大小，以便进行技术处理，是工程建设、运营、养护过程 中一个重要问题目前，在存诸多混凝土缺陷的无损检测方法中，应用最广泛、 最有效的是超声法检测1超声波检测混凝土缺陷的基本原理采用超声脉冲波检测混凝土缺陷的基本依据是：利用超声波在技术条件相同 (指混凝土原材料、配合比、龄期和测试距离一致)的混凝土中传播的时间(或速 度)、接收波的振幅和频率等声学参数的变化，来判定混凝土的缺陷因为超声 脉冲渡传播速度的快慢，与混凝土的密实程度有直接关系，对于技术条件相同的 混凝土来说，声速高则混凝上密实，相反则混凝土不密实当有空洞、裂缝等缺 陷存在时，破坏了混凝土的整体性，由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗 率，超声波遇到蜂窝、宅空洞或裂缝等缺陷时，会在缺陷界面发生反射和散射， 因此传播的路程会增大，测得的声时会延长，声速会降低。

其次，在缺陷界面超 声渡的声能被衰减，其中频率较高的部分衰减更快，因此接收信号的波幅明显降 低，频率明显减小或频率谱中高频成分明显减少再次，经缺陷反射或绕过缺陷 传播的超声渡信号与直达波信号之间存在相位差，叠加后互相干扰，致使接收信 号的波形发生畸变根据上述原理，在实际测试中，可以利用混凝土声学参数测 量值和相对变化综合分析，判别混凝土缺陷的位置和范围，或者估算缺陷的尺寸2超声波检测混凝土缺陷的方法超声脉冲波检测混凝土缺陷技术一般根据被测结构的形状、尺寸及所处环 境，确定具体测试方法常用的测试方法大致分为以下几种1) 平面测试(用厚度振动式换能器)对测法：一对发射(T)和接收(R)换能器，分别置于被测结构相互平行的两个 表面，且两个换能器的轴线位于同一直线上斜测法：一对发射和接收换能器分别置于被测结构的两个表面，但两个换能 器的轴线不在同一直线上单面平测法：一时发射和接收换能器分别置于被测结构同一表面上进行测 试2) 测试孔测试(采用径向振动式换能器)孔中对测：一对换能器分别置于两个对应测试孔中，位于同一高度进行测试孔中斜测：一对换能器分别置于两个对应测试孔中，但不在同一高度进行而 是在保持一定高程差的条件下进行测试。

孔中平测：一对换能器分别置于同一测试孔中，以一定的高程差同步移动进 行测试本节将简述混凝土浅裂缝、深裂缝、混凝土匀质性、不密实和空洞区域、两 次浇灌混凝土结合面等缺陷的超声波检测方法二、混凝土浅裂缝检测所谓浅裂缝，系指局限于结构表层，开裂深度不大于500mm的裂缝实际检 测时一般可根据结构物的断面尺寸和裂缝在结构表面的宽度，大致估计被测的是 浅裂缝还是深裂缝对一般工程结构中的梁、柱、板和机场跑道等出现的裂缝， 都属于浅裂缝在测试时，根据被测结构的实际情况，浅裂缝可分为单面平测 法和对穿斜测法1.平测法当结构的裂缝部位只具有一个表面可供检测时，可采用中测法进行裂缝深度 检测平测时应在裂缝的被测部位以不同的测距同时按跨缝和不跨缝布置测点进 行声时测量如图6-6所士首先将发射换能器T和接收换能器R置于被测裂缝 的同一侧，并将T耦合好保持不动，以T、R两个换能器内边缘间距l'为100mm、 i150mm、200mm 依次移动R并读取相应的声时值t以l'为纵轴、t为横轴绘制l' -1坐标图，如图6-7所示也可用统计方法求l，与t之间的回归直线式l'=a +所，式中a、b为待求的回归系数每一个测点的超声实际传播距离为:式中：l「-第i点的超声波实际传播距离，mm；l「-第i点的T、R换能器内边缘间距，mm；a-- “时一距”图中l轴的截距或回归所得的常数项，mm。

其头，进行跨缝测量时，将T、R换能器分别置于以裂缝为轴线的对称两侧，两换能器中心连线垂直于裂缝走向，以l，=lOOmm、150mm、200mm ，分别读取声时值t该声时值便是超声波绕过裂缝末端传播的时间根据几何关系，可 i推算出裂缝深度的计算式为：d =匕ci 2式中：d 裂缝深度，mm；t、to ----分别代表测距为/时不跨缝、跨缝平测的声时值，RSi i i以不同测距取得的d的平均值作为该裂缝的深度值d，如所得的d值大于 ci c c原测距中一个l距离的d舍弃后重新计算d值i ci c以声时推算浅裂缝的深度，声波绕过裂缝末端传播若裂缝中有水或泥浆， 则声波经水介质耦合穿裂缝而过，不能反映裂缝的真实深度因此检测时，裂缝 中不得有填充水和泥浆当有钢筋穿过裂缝且与T、R换能器的连线大致平行靠 近时，则沿钢筋传播的超声波首先到达接收换能器，测试结果也不能反映裂缝的 深度因此，布置测点时应注意使T、R换能器的连线至少与该钢筋的轴线相距 1.5倍的裂缝深度，如图6-8所示，应使a > 1.5dc2.斜侧法当结构物的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时，可采用斜测法检测 可按图6-9所示方法布置换能器，保持T、R换能器的连线通过缝和不通过缝的 测试距离相等、倾斜角一致的条件下，读取相应的声时、波幅和频率值。

当T、 R换能器的连线通过裂缝时，由于混凝土不连续性，超声波在裂缝界面上产生很 大衰减，接收到的首波信号很微弱，其波幅和频率与不测裂缝深度具有直观、可 靠的特点，若条件许可宜优先选用2 0 0 01O 0 0国6刀 斜iwww示意国三、混凝土深裂缝检测所谓深裂缝，系指混凝土结构物表面开裂深度在500mm以上的裂缝对于水坝、桥墩、大型设备基础等大体积混凝土结构，在浇筑混凝土过程中，由于水泥 的水化热失散较慢，混凝土的内部温度比表面高，使结构断面形成较大的温差， 当由此产生的拉应力大于混凝土抗拉强度时，便在混凝土中产生裂缝1.测试方法深裂缝的检测一般是在裂缝两侧钻测试孔，用径向振动式换能器置于测试孔 中进行测试如图6-10所示，在裂缝两侧分别钻测试孔A、B应在裂缝一侧多 钻一个较浅的孔C，测试无缝混凝上的声学参数，供对比判别之用测试孔应满足下列要求：孔径应比换 能器直径大5〜lOmm；孔深应至少比裂缝预计深度深700mm，经试测如其深度浅于 裂缝深度，则应加深测试孔；对应的两个测试孔，必须始终位于裂缝两侧，其轴 线应保持平行；两个对应测试孔的间距宜为2m，同一结构的各对应测孔间距应 相同；孔中粉末碎屑应清理干净。

诳如鼾试孔测明琛度 J坐标值检测时应选用频率为20〜40kHz的径向振动式换能器，并在其接线上做出等 距离标志（一般间隔100〜500mm）测试前要先向测试孔中注满清水作为耦合剂， 然后将T、R换能器分别置于裂缝两侧的对应孔中，以相同高程等间距从上至下 同步移动，逐点读取声时、波幅和换能器所处的深度2裂缝深度判定以换能器所处深度d与对应的波幅值A绘制d—A坐标图（图6—11），随着 换能器位置的F移，波幅逐渐增大，当换能器下移至某一位置后，波幅达到最大 并基本稳定，该位置所对应的深度便是裂缝深度dc以四、混凝土不密实区和空洞检测混凝土和钢筋混凝土结构物在施工过程中，有时因漏振、漏浆或因石子架空 在钢筋骨架上，导致混凝土内部形成蜂窝状小密实区或守洞这种结构物内部的 隐蔽缺陷，应及时检查出并进行技术处理1测试方法混凝土内部的隐蔽缺陷情况，止法凭直觉判断，因此这类缺陷的测试区域， 一般总要大于所怀疑的有缺陷区域，或者首先作大范卜时的粗测，根据粗测情况 再着重对可疑区域进行细测根据被测结构实际情况，可按下列方法布置换能器进行检测1）平面对测当结构被测部位具有两对平行表面时，可采用对测法，如图6-12所示。

在 测区的两对相互平行的测试面下，分别画出间距为200~300的网格，并编号确定 对应的测点位置然后将T、R换能器分别置于对应测点上，逐点读取相应的声时（t ）、波幅（A ）和频率（f ），并量取测试距离（l ）i i i i（2）平面斜测结构中只有一对相互平行的测试面或被测部位处于结构的特殊位置，可采用 斜测法进行检测测点布置如图6-13所示■0■夺 e o —I"— 令令令•令 一 &夺导弓 一 ■% *16 12 订胡法换施携土苫』；耘明b位血（3）当结构的测试距离较大时，为了提高测试灵敏度，可在测区适当位置 钻一个或多个平行于侧面的测试孔测孔的直径一般为45〜50mm，测孔深度视 检测需要而定结构侧面采用厚度振动式换能器，一般用黄油耦合，测孔中用径 向振动式换能器，用清水作耦合剂换能器布置如图6-14所示检测时根据需 要，可以将孔中和侧面的换能器置于同一高度，也可将二者保持一定的高度差， 同步上下移动，逐点读取声时、波幅和频率值，并记下孔中换能器的位置2.不密实区和空洞的判定由于混凝上本身的不均匀性，即使是没有缺陷的混凝土，测得的声时、渡幅 等参数值也在一定范围内波动因此，不可能有一个固定的临界指标作为判断缺 陷的标准，一般都利用统计方法进行判别。

一个测区的混凝土如果不存在空洞、 蜂窝区或其他缺陷，则可认为这个测区的混凝土质量基本符合正态分布一个构件或一个测区中，某些测点的声时（或声速）、波速或频率被判为异 常值，可结合异常测点的分部及波形状况，判定混凝土内部存在不密实区和空洞 的范围当判定缺陷是空洞时，其尺寸可按照下面的方法估算如图6-15所示，设检测距离为l，空洞中心（在另一对测试面上，声时最长 的测点位置）距一个测试面的垂直距离为l，声波在空洞附近无缺陷混凝土中传 h播的时间平均值为m^，绕空洞传播的时间（空洞处的最大声时）为th，空洞半 径为r根据M 值和 —t）ma x 100%值，可由表6-7查得空洞半径r与测距l的 比值，再计算空洞的大致尺寸r如北侧部位只有一对可供测试表面，空洞尺寸可用下式计算：I式中”一空洞半径皿打；1 一换能器之间的距离mm 电一缺陷姓的最大声时值,冷； f——无缺陷区的平均声时值，呻空祠坐径「与3｝底』的此笛6. .16U-45侦.时」4-3 M q1 -l]1 史朝；ir.Tl3 00"10(0.9^O.us 0. Hi [}. 120.24。