文档介绍：升拓技术—衬砌混凝土强度检测
(四川升拓检测技术有限责任公司,四川成都 610045)
摘要:混凝土强度是混凝土最重要的性能指标,反映的是材料破坏时的承载力,受业主方委托,我公司对尕曲水电站导流隧洞衬砌的强度、厚度以及灌浆质量进行了检测。其中,衬砌混凝土强度采用表面波法。为了验证测试结果的精度,业主还进行了钻芯取样和压载试验,总数为24个。
关键词:混凝土强度检测,混凝土厚度检测,灌浆质量检测,无损检测,升拓技术
在各种混凝土结构中,混凝土质量是非常重要的,直接影响到预应力梁的耐久性和安全性。然而,预应力梁体积庞大,形状也较为复杂。目前,通常利用混凝土试件(150×150×300的棱形试件)进行压载试验,以便测试混凝土的压缩强度和弹性模量。
但是,试件与构件在浇筑、振捣、养护等方面均有不小的区别,因此仅仅根据试件的测试结果并不能保证梁构件的质量。同时,对于既有混凝土结构,采用钻孔取样的方法显然存在诸多局限。
长期以来,基于超声波的测试方法得到了一定的应用,然而,其局限性(如测试范围窄、功能单一等)也日益显著,在测试裂缝深度、混凝土模量等方面的精度也因理论方面的缺陷而一直得不到提高。为此,自90年代以来,基于冲击弹性波(超声波为其一特例)的测试技术得到了飞速的发展,最广为人知的当为PIT(基桩完整性测试)方法。近年来,将冲击弹性波推广并应用于混凝土结构物的材质(强度、模量)、缺陷(裂缝、剥离、内部空洞、蜂窝等)以及几何尺寸(厚度、埋深等)的无损检测和评价已成为国际热门的研究方向,而且逐步进入工程实际应用。例如,美国材料学会标准ASTM-C1383-98就规定了利用弹性波测试混凝土厚度和波速的测试方法。在日本土木学会也基于冲击弹性波波速,对混凝土结构和试样弹性模量以及强度进行了标准化和规范化。
我们开发的预应力混凝土梁的无损检测系统SPE-MATS中也包括了针对混凝土质量的测试技术。其中,能够准确、快速地测试混凝土的弹性模量、混凝土强度是重要的特点。
基本原理
基本原理
在本系统中,采用冲击弹性波作为测试媒介,通过测试弹性波的波速,据此计算材料的动弹性模量和推算相应的静弹模,进而根据静弹模与抗压强度的相关关系推算混凝土的抗压强度。其核心在于精确地测试混凝土材料的弹性模量。
混凝土的弹性模量不仅影响到结构的变形,而且也是反映混凝土质量、耐久性的重要指标:
可以反映材料的刚性特性,在结构的变形计算中是重要的参数。特别是对于高强度混凝土,简单地采用抗压强度反推弹模的方法往往具有较大的误差;
混凝土材料的老化往往先从弹模的降低开始,而新建结构的施工不良也会在弹模方面有所显现。
为此,在高铁梁的施工中,不仅要求控制抗压强度(通常为C50),。
在本系统中,弹模的测试主要是通过对波速的测试。
对于1维均质弹性体,其弹性模量与弹性波P波波速的关系可以表示为:
(1-1)
其中,为材料的密度,对于混凝土,一般为2400kg/m3左右。当测试对象为2维或3维时,P波速度有一定的变化。
2维: (1-2)
3维: (1-3)
而对于表面波(瑞利波),其关系可以表示为:
瑞利波: (1-4)
一般来说,~,其不同波速间的比较如下:
表1-1 混凝土弹性模量测试项目一览表
动泊松比
需要指出的是,上面得到的是材料在小应变条件下的动弹性模量(),而非静弹性模量。对于钢材这样的均质弹性材料,与非常接近,而对于混凝土这样的非线性材料而言,与之间则有一定的差异。
英国钢筋混凝土结构设计规范BS8110(Part2)中,对于高性能混凝土(GPa):
(1-5)
而根据Neville [11]的研究成果,有:
(1-6)
在本系统中,采用了1-6式的计算方法。
由于测试对象和测试位置的不同,在系统中也集成了多种测试方法。主要有:
基于反射特性的测试方法,如冲击回波法;
基于透过特性的测试方法,如单面传播法和双面透过法。
表1-2 混凝土弹性模量测试项目一览表
方法/弹性波
测试方案
测试对象
梁、柱
P波
冲击回波法
在构件的侧面、内面测试
构件局部的混凝土质量
P波
单面传播法
P波
双面透过法
在构件的两端测试
较大范围的混凝土质量
板、壁、坝体
P波
冲击回波法
在板、壁的上表面测试
需预先测出板的厚度
P波
单面传播法
R波
表面波法
厚度应大于20cm
试件
P波
冲击回波法
在试件的一端测试
棱形试件、标准试件
构件测试