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。 1. 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 CE 。混凝土的弹性模量 CE 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: 1) 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; 2) 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 ), 也要求控制弹模 CE 在 以上。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 E 与弹性波 P 波波速 1PV 的关系可以表示为: ? dPEV? 1 (1 -1) 其中, ?为材料的密度,对于混凝土, ?一般为 2400kg/m 3 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 2???? dpEV (1 -2) 3维:)21 )(1( )1( 3????????? dPEV (1 -3) 而对于表面波(瑞利波) ,其关系可以表示为: 瑞利波:)1(2 11 12 .187 .0????????? dREV (1 -4) 一般来说,混凝土的动泊松比?为 ~ ,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? 13/ PPVV 12/ PPVV 1/ PRVV RPVV/ 3 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(dE ), 而非静弹性模量 E 。对于钢材这样的均质弹性材料, dE 与E 非常接近,而对于混凝土这样的非线性材料而言, dE 与E 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 ): 19 25 .1?? dcEE (1 -5) 而根据 Neville [11] 的研究成果,有: dcEE83 .0?(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: 1) 基于反射特性的测试方法,如冲击回波法; 2) 基于透过特性的测试方法,如单面传播法和双面透过法