陕西建大维固质量检测技术有限公司的在进行西安房屋检测及厂房检测时,会用到非破损检测或破损检测来现场检测混凝土强度。
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1.1 非破损检测方法
非破损检测方法以检测时不影响结构或构件混凝土任何性能为前提,以混凝土抗压强度与混凝土某些物理量之间的相关性为基础,测定相关物理量,然后根据测强曲线推算被测混凝土的标准强度换算值,并依照统计原理得出混凝土强度标准值的推定值或特征强度。属于这类方法的有试件法、回弹法、超声脉冲法、射线吸收与散射法、成熟度法等。
①试件法是施工时把拌制好的混凝土放入规定的试模内,然后按照规定的温度、湿度进行养生28d后,进行抗压试验。混凝土试件在一定程度上反映了混凝土实体的强度,也是混凝土进行质量评定的主要依据。试件检测法是一种最基本、最常用的混凝土检测方法,也是最直观、最经济的方法。
②回弹法:这是目前施工现场最简单最普遍的混凝土强度检测方法,回弹法的原理是利用混凝土的硬度与强度的对应关系,通过探头以一定的冲击力作用于混凝土表面,测量其反作用力来推测混凝土强度的方法。
检测时首先应确定其检测适用的范围:单个检测或批量检测。同时还应确定具有代表性的抽样比例。测区面积一般0.04m2,在每一测区上弹击16次,弃除3个最大值和3个最小值后取10个回弹的平均值作为该测区砼强度平均回弹值,然后根据检测面的位置对混凝土的碳化深度作出修正。单个构件检测取最小值作混凝土强度推定值,批量检测时应取平均值、标准差、最小值,再通过计算和建立专用曲线来推定砼强度。
③超声法是超声检测是混凝土无损检测技术中一项十分重要的检测方法,检测范围非常广泛.既可以检测混凝土的强度,又可以检测混凝土的裂缝、混凝土均匀性等。探测距离可以达到20m,是一种极具生命力的检测方法,而这是其他检测方法所无法做到的,所以该法在工程检测中得到了广泛的应用。其工作原理是利用超声波在不同密度和不同弹性模量的混凝土,传播速度也不同的原理,根据波速与混凝土强度的相关关系来推定混凝土的强度。
④射线法主要根据Y射线在混凝土中的穿透衰减或散射强度推算混凝土的密实度,并据此推定混凝土强度。这种方法要涉及到射线的辐射保护,故很少使用。
⑤成熟度法是一种用以研究浇筑混凝土强度增长情况的方法。其原理是:混凝土硬化过程中,水泥发生水化反应,产生热量。根据混凝土温度的变化,以“度时积”可以计算出混凝土的成熟度,据此再进一步推算混凝土强度。该方法主要用于工地上控制早期混凝土强度发展水平,作为施工质量控制手段,一般不用于已建结构长龄期混凝土的强度推定。
1.2 微破损检测方法
微破损检测方法以不影响结构或构件的承载能力为前提,在结构上或构件上直接进行局部破坏性试验,或直接钻取芯样进行破坏性试验,然后根据试验值与结构混凝土标准强度的相关关系,换算成标准强度换算值,并根据此推算出结构混凝土强度标准值的推定值或特征强度。属于这一类方法的有钻芯法、拔出法、折断法、拉剥法、射钉法等。
①钻芯法是通过钻芯机在砼构件中钻取混凝土芯样,并对芯样进行抗压强度试验来推定混凝土强度的一种方法。其对结构或构件造成一定削弱,属于半破损检测方法。其直观性强、准确性高、技术上也比较成熟,因此得到广泛的应用。钻芯法的基本原理是在有代表性的混凝土结构上钻取芯样,做必要的整理加工后,进行抗压强度测定
②拔出法的原理是利用埋入混凝土中的锚头在拉拔力作用下,极限拔出力与混凝土抗压强度之间有着确定对应的相关性。由于其试验的可靠性比较好,测强曲线的相关系数比较高。
因此这种方法比大多数非破损检测方法直观可靠。
拔出法有预埋拔出法和后装拔出法两种。前者须在浇注混凝土时埋入锚头,多用于确定拆模、起吊、加载、放张预应力或确定秋季施工养护时间作为现场控制混凝土质量的检测手段,用以作施工工序的控制。后装拔出法常用于现场混凝土强度检测,其操作步骤是:首先在被测混凝土表面垂直钻孔,孔径18mm,孔深55-65mm,接着用专用的磨槽机在距孔口25mm的圆环,从而卡住磨出的槽口。进行拔出试验时,须套进中圆盘和支承环,拧上拉捍和连接盘,即可与拔出仪连接进行拔出试验,由试验测得的拔出力,可以推算混凝土的强度。
③射钉法是国外开发的一种较新的方法。它利用千分表测出直径3.6mm,长30.5mm的测钉被锤式轴压入混凝土中的深度,根据深度来推定混凝土强度。用此方法之前需要通过大量的试块破坏试验,来确定测定值与混凝土强度的相关关系式。
1.3 综合法
综合法是指采用两种或两种以上的非破损检测方法,获取多个物理参量,并建立混凝土强度与多项物理参量的综合相关关系,从多个角度综合评定混凝土强度。因而它比单一物理量的非破损检测方法具有更高的准确性和可靠性。目前己被采用的综合法有超声一回弹综合法、超声一钻芯综合法、声速衰减综合法等,其中超声一回弹综合法已在我国广泛应用。
超声—回弹综合法是指采用超声仪和回弹仪,在结构混凝土同一测区分别测量声时值和回弹值.然后利用已建立起来的测强公式推算该测区混凝土强度的一种方法。其原理是综合了回弹法和超声法的探测综合判断混凝土的强度。这种方法较简单和便于操作,是一种非破损检测法。检测结果考虑了混凝土表面和内部质量两个因素,既有回弹法检测的优点,又能反映混凝土内部质量情况。因而提高了混凝土强度的准确性,被广泛地采用。
二、混凝土强度检测常用方法的优缺点比较
2.1 试件法
优点:通过试验可以直接了解试件的强度,如果这一试件的制作符合规范要求,且与构件同条件养护,那么试压的结果就可以代表构件的实际强度,这一结果是可信的。
缺点:如果混凝土试件制作马虎,不注意养护,则容易导致混凝土试件不合格,而实际上混凝土实体强度是满足要求的,从而带来不必要的麻烦。另一方面制作试件也不能弄虚作假,结果混凝土试件是合格了,但混凝土实体质量到底如何很难确定,容易造成工程质量隐患。混凝土的取样如果不是按规定的数量随机抽样,而是根据混凝土搅拌质量情况好坏,搅拌质量好时才取样,使得所取样品没有代表性,不能真实地反映工程质量。
2.2 回弹法
优点:使用简便,测试速度快和试验费用低。检测人员可以到一线随机取样,通过检测可以及时掌握真实的混凝土强度、强度的分布状态以及混凝土浇筑的整体水平,还可以避免施工单位弄虚作假,给试件的制作和养护“吃小灶”问题,同时检测人员还可以直观地看到混凝土的浇筑质量,从而获得混凝土质量真实而全部的技术指标。
缺点:与其他方法相比,其精度相对较差,且需借助一定的测强曲线,对有些特殊成型工艺或特殊部位混凝土则需借助专用的测强曲线才能检测。当混凝土表面与内部质量有明显差异,如遭受化学腐蚀、火灾、硬化期遭受冻伤等,则不能用此法检测。由于混凝土是非匀质的材料,它的硬度与水泥品种、骨料粗细、骨料粒径、配合比等有关。加之混凝土碳化的影响,使得在对混凝土强度进行检测时,要尽量针对各项影响因素来采取相应措施进行避
2.3 超声法
优点:既可以检测混凝土的强度,又可以检测混凝土的裂缝、混凝土均匀性等。探测距离可以达到加20m,是一种极具生命力的检测方法,而这是其他检测方法所无法做到的。
缺点:当采用超声波测强时,由于影响声速的因素很多,如水泥品种、水泥用量、含砂率、粗骨料品种、含水率、龄期等。当所有材料含水率和龄期不同时,传播速度和混凝土的强度关系将有很大不同.因此用超声法很难准确地测定混凝土的强度。
2.4 钻芯法
优点:钻芯法是一种直接可靠并能较好的反映混凝土实际情况的局部破损检测方法。对于无损检测方法很难准确测定的各种强度等级的混凝土,钻芯法可以比较准确地测定其强度。此外,从芯样也可以直观地观察到局部混凝土的内部情况,如骨料的分布、裂缝的大小等。
缺点:该方法的劳动强度大,同时对结构会造成局部损伤,检测费用高,取芯时结构物钢筋不能太密太多,否则无法进行钻芯。
2.5 拔出法
优点:拔出法属于半破损检测方法,但与钻芯法相比,对结构造成的影响小,更简单易行且费用更低,其直观性也比较强,测量准确性比较高,因此也可以作为一种有价值的检测方法。
缺点:离散性较大,可靠性要低于钻芯法。
2.6 超声—回弹综合法
优点:采用超声回弹综合法来推算混凝土强度时,可以互相弥补不足,能较全面地反映混凝土的质量情况,相互抵消影响闪素的十扰。因此测试精度高,可靠性大,适用范围广,尤其对已失去混凝土原始资料的长龄期构件,用综合法测定有较好的效果。
三、用实验的方法比较各种混凝土强度检测方法
下面以试验的方法具体说明试件法、钻芯法、回弹法、超声法、超声回弹综合法对混凝土强度检测的结果和误差。
3.1 试验原材料
原料以建筑工程常用的建筑材料为试验原材料。试验所用原材料如下:
①水泥:采用强度等级为42.5的“牛力”牌普通硅酸盐水泥;
②粗骨料:采用当地河卵石,级配良好,粒径为15-40mm;
③细骨料:采用当地河砂,细度模数为2.63的中砂;
④泵送剂:采用“固力”牌泵送剂,添加量为水泥重量的1.5%;
⑤水:自来水。
3.2 试验仪器
试验中所用仪器如下:
①回弹仪:山东乐陵ZC3一A型混凝土回弹仪。
②超声仪:武汉岩海RS—S哟lC数字超声仪。
③压力机:上海华龙YA一2000C型液压压力试验机。
④钻孔取芯机:MC—DDl30混凝土钻孔取芯机。
3.3 试件制作和养护
试验中采用配合比为C25、C30、C35、C40、C50共5个强度等级的试件,各强度等级均制作14个的标准试块。同一强度的试件在同一天制作完成,试件在室内静置24h,然后编号拆模,并立即放人标准养护室(温度为20℃,相对湿度大于90%)成“品”字形堆放,底面朝下、顶面朝上养护。试块经过标准养护20d后,在每组14个试块中任取4个钻芯,并进行切割、端面磨平处理,做成直径100、高100的圆柱体标准芯样,然后与其余的10个试块经标准养护至28d。
四、混凝土结构实体强度检验的注意事项
4.1 等效养护龄期的理解和执行
4.1.1 等效养护龄期的原理
养护环境的热工效应很大程度上决定着水泥胶体的固化和混凝土强度的增长,表现为时间—温度曲线下的积分面积(累积温度),亦即成熟度,其量纲为(度日积)。标准养护的温度为20℃,龄期是28d,故成熟度是560℃d。
实际结构受到大气温度和养护条件的限制,其温度难以保证20℃的恒温,但是从热工效应角度出发,如能使实际结构的混凝土的成熟度接近560℃d,则水泥胶体的固化和混凝土强度的增长可以认为是“等效”的。规范取成熟度为600℃d的相应龄期作为等效养护龄期,目的一是简化操作,目的二是保证一定余量。
4.1.2 日平均温度的确定
日平均温度应该取地气象台站公布的日最高温度与最低温度的平均值。派专人在现场定时测温,甚至必须用自动仪表连续纪录温度曲线,这是没有必要的。因为无论定时测温求平均,或对曲线进行数值积分,都属于近似计算的范畴。更何况即使是结构实体,在其不同部位、不同方向上的温度也是不一致的,过分苛求“精确”完全没有必要。
4.1.3 等效养护龄期的限值
除按600℃d的等效养护龄期外,实际的龄期不应小于14d,也不宜大于60d。
混凝土的强度增长在早期很快,且趋势不稳定。14d以内的龄期尚处于强度的早期快速增长阶段,强度值尚不稳定,离差大而缺乏代表性,故等效养护龄期不得小于14d。而另一方面,养护时间过长也可能引起不利于被检验方面的偏差,因此也要加以限制。
4.1.4 秋冬季节的等效养护龄期
在我国的北方地区的秋冬季节,由于持续降温,同条件养护试件往往在成熟度未达600℃d时就已达到等效养护龄期的限值60d。
应该正确理解规范的要求:在保证成熟度600℃d的条件下,并非完全不允许如龄期超出60d。这时只要保证成熟度600℃d就行,因为成熟度(积温)对强度的发展具有更重要的影响。为了减少龄期过长干燥失水对于试件强度的不利影响,建议在60d以后对同条件养护试件用塑料布覆盖,防止试件在冬季干燥多风条件下继续失水而降低强度,影响验收结果。在这种覆盖条件下继续同条件养护,直到成熟度累计达到600℃d时再进行强度试验即可。
4.1.5 等效养护龄期的误差问题
由于气温变化无规律以及求平均值等原因,成熟度一般总有超出规范规定的600℃d,对此不必过于苛求。因为龄期或成熟度对混凝土强度增长的影响是先快后慢,先强后弱。到28d龄期或600℃d的成熟度时,实际上已进入强度增长停滞期。即使有些误差,对强度值的影响不会太大。因此不必斤斤计较于允许偏差的确定。当然在实际执行中,还是应该遵守规定的龄期或成熟度条件作为进行强度试验的时间。
4.2 强度代表值的修正
4.2.1 同条件养护强度的代表性问题
由于具有和结构实体的混凝土几乎完全一致的原材料质量、配合比组成、搅拌运输工艺以及养护条件,同条件养护试件具有很大的代表性,同时也避免了由于钻芯工艺造成对芯样的累积损伤以及试样端面处理的操作造成的偏差。
二者最大差别在于比表面积。试件的比表面积大得多,因此炎热、干燥、多风引起表面失水的情况比厚实的结构混凝土要严重得多。因此同条件养护试件的强度一般均小于其所代表的结构混凝土实际的强度。系统的试验对比和分析研究证实了这种影响。因此,在验收时应考虑这种湿度差别引起的不利影响。
4.2.2 强度代表值的折算系数
工程中混凝土浇筑后养护初期浇水,中后期则基本处于暴露的自然状态,湿度条件变差,水化受到影响。这对体积厚实的结构混凝土不会有多大影响,而比表面积很大的试件就明显不利。系统的试验分析证明,同条件养护试件后期强度增长停滞,甚至因混凝土“粉化”有所下降。
规范作了两条规定,来解决这一不利影响:(1)限制同条件养护的等效养护龄期不宜大于60d;(2)对同条件养护试件的强度代表值进行修正,乘大于1的折算系数。对比试验表明,比表面积不同,湿度差异引起的影响大约为4-6%,考虑必要的检验裕量,可取为10%。即折算系数为1.10。
4.2.3折算系数的调整
规范附录D.0.3条第2款有关折算系数的规定为:“同条件养护试件的强度代表值应根据强度试验结果按GBJ107的规定确定后,乘折算系数取用;折算系数宜取为1.10,也可根据当地的试验统计结果作适当调整。”这里包含了以下三重意思:
(1)试件试验后的强度代表值应乘折算系数;
(2)折算系数宜取1.10;
(3)允许根据具体情况,由系统的试验统计结果作适当调整。
4.3 同条件养护强度的应用范围
4.3.1 冬季施工
一般不提倡冬季施工,因为气温太低,混凝土强度增长会受到影响。当必须冬季施工时,对于平均温度低于0℃以下的情况,正确的方法应该是同条件养护试件的养护龄期的累积不考虑温度0℃以下的天数,而不能以负成熟度的方式从累积中扣除。这主要考虑0℃以下的负温时,水化作用基本停滞,混凝土强度增长已经中止。
4.3.2 人工加热养护
人工加热养护常用于冬季施工或预制混凝土构件的工厂化生产中。经近期补充的试验研究分析表明,人工加热养护混凝土试件的早期强度增长很快,但中后期强度增长减缓。故参考人工加热养护标准试件的方法并简化处理,建议可将人工加热养护温度作为第1d的日平均温度计入等效养护龄期,等达到600℃d后再进行试验。
4.3.3 保温养护
冬季施工时,也有将原材料预热后搅拌混凝土,并在浇筑后用塑料布和保温材料(棉毯、草薕等)覆盖结构构件造成局部的人工小气候环境,以与外界的冬季气温环境隔绝。此时可以通过量测保温养护实际的日平均温度,按600℃d累积成熟度作为等效养护龄期进行试验。其原理是,此时混凝土强度增长只与局部养护小环境的温度有关而并不取决于外界气温了。
五、混凝土强度不足时的处理措施。
混凝土强度的不足将对结构的承载能力、裂缝以及耐久性等诸多方面产生不利影响,应根据其不足的程度,采取相应的处理措施。
5.1 受拉构件混凝土强度不足时的处理方法
混凝土强度不足对轴心受拉构件的承载能力不产生影响,故无需对受拉构件进行结构加固,但从耐久性的角度出发,应对开裂部分作表面密封修补处理。
5.2 受压构件混凝土强度不足时的处理方法
一般的轴心受压构件承载能力随着混凝土强度的不足几乎成正比下降。若混凝土强度不足的幅度较小,以致受压构件的承载能力下降不超过5%,或者按实测强度等级对原结构进行承载能力复核仍能满足设计使用要求,可以不作结构加固处理。否则,应根据结构受力情况和使用环境,进行结构加固处理。主要采用增大截面法、外包钢法、预应力法、外粘钢板法、外粘玻璃钢法、碳纤维(CFRP)加固法等,共同的特点是:加固截面或构件的应变,滞后于原截面或构件的应变.形成二次受力。经加固的结构总体承载力不是原结构抗力与加固部分的简单叠加,不同的加固方法有不同的理论与方法。
5.3 受弯构件混凝土强度不足时的处理方法
对于混凝土强度不足的受弯构件,通常可根据受弯构件在变形和裂缝方面的表现、混凝土的设计强度等级、配筋情况、混凝土强度不足的幅度(即前述的强度等级下降系数)及混凝土结构设计和使用的要求确定处理方案:
(1)当混凝土强度等级不足的幅度较小,构件控制截面的抗弯、抗剪承载能力下降的幅度均在5%以内时,可不进行结构加固处理。
(2)按实测混凝土强度等级对原结构进行承载能力和变形验算,若能满足设计及使用要求时,除了进行结构裂缝密封修补处理外,可以不作结构加固处理。
(3)若实测的混凝土强度等到级使得受弯构件的承载能力不满足上述1、2条的要求,则应进行相应的结构加固处理。常用的加固方法有:加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、改变结构传力途径法、粘贴片材材料(钢板、碳纤维等)加固法等。