1、第二节 回弹法测定砼强度n (一)回弹仪的类型、构造及基本原理n 1类型n 根据其冲击能量的大小,可将回弹仪分为三类n L型(小型)冲击能量为 0.735J,用于小型构体或刚度稍差的砼或水泥制品。n N型(中型)冲击能量为 2.207J,用于房屋建筑的普通砼构件,是我国较广泛的一种,还有一种中型为 NR型。n M型(大型)冲击能量为 29.42,用于大型实心块体,机场跑道、公路路面等。嘎椎酋贼榴顽乘临哲洽呛剁锅沥仕指菊非佩傻民欲什淳紫才氛著贩综麦过第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术2构造及原理n 回弹仪是用一弹簧驱动的重锤,通过锤击杆(传力杆),弹击混凝土表面并
2、测出重锤被反弹回来的距离,以回弹值作为与强度相关的指标来推定混凝土强度。n 以中型回弹仪为例n Es 784.532N/m,n L工作 时 拉伸 长 75mm, n E= Esl2/2 2.207J油恳海泊懊逆砍厂协伯孔察歉菇忘污甚膊县柄埋款倍琵饿芽楔蔷雷闸需拢第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术原理n 当弹簧被拉到冲击前的起始状态时,若重锤势能为n E= Esl2/2其中 Es为拉力弹簧的刚度系数, l为起始拉伸长度n 受冲击后产生瞬间弹性变形,其恢复力使重锤弹回,回弹到 x位置时的势能为 E Esx2/2n 其中能量消耗为 e e ex Esl2/2 Esx2
3、/2Esl21-(x/l)2/2 =e(1-(x/l)2) n 令 R x/l弹回距离 /冲击前长度n 而在回弹仪中, l为定值,所以 R与 x成正比,称为回弹值,等于冲击后剩余的势能与原有势能之比的平方根,是重锤冲击过程中能量损失的反映。沛泳放拥涛料烧作言漱侣僧花啥颈糯以颂蹈泰姚戒届羹高潦迄挪寸艾屋矣第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术能量损失n 主要有三方面:n ( 1) 混凝土受冲击后产生塑性变形所吸收的能量n ( 2) 混凝土受冲击后产生振动所消耗的能量n ( 3) 回弹仪各机构之间的摩擦所消耗的能量n 其中第 1项为主要的能量损失,可反应弹塑性性能,但
4、R与 Es之间的理论关系尚难推导,目前均采用试验归纳法斩瑟乙凶颜灯蚌舷臆扳瞳肾跋狡关降鸽汐冬滇羊叁挟冻找含莎蓄卿趁啡礁第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术影响回弹仪检测性能的主要因素n 回弹仪中所有影响有关产生、传递能量及指示回弹值的零部件都将直接或间接的影响所测试的指标。影响回弹仪检测性能的主要因素主要包括以下几个方面:n a 机芯主要零件的装配尺寸,其中包括弹簧的工作长度l0,现有回弹仪的设计值一般为 61.5mm;弹击锤的冲击长度 lp,一般为 75mm;弹击锤的起跳位置。n b 主要零件的尺寸,包括拉簧的刚度,应为 0.784N/mm;弹击杆前端的曲率半径
5、 (25mm)和后端的冲击面 (为平面);指针长度 (20mm)和摩擦力 (0.50.8N)等n c 机芯装配质量等怖枯噬洁往琼原平腐榜徊喜芭连湾匡再詹窿劣离哦袱契骆互戈简瞥珊壮政第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术(一)影响回弹的主要因素n 1原材料的影响n 混凝土的抗压强度主要取决于混凝土中的砂浆强度,粗骨料的强度以及两者之间的粘结力,而混凝土的表面硬度主要与水泥砂浆的强度有关,其他,如水泥品种,细骨料的影响,外加剂的品种,粗骨料和水泥砂浆之间的粘结力等,经研究表明,对回弹的影响不明显。可能因为对于大部分混凝土而言,其表面主要是水泥砂浆,如有外露的石子,如回弹
6、在石子上,由于石子的强度明显高于水泥砂浆,可使回弹值明显偏高。也可从此看出回弹所反映的主要是混凝土的表面硬度,不能全面反映混凝土的强度。滚返瘁兼睦因霓打疆裸降铅做攀辫纳穆析助彻秆燃圾进榷保周浴棘拱扼替第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术2养护方法和湿度的影响n 混凝土在潮湿或水的环境中养护时,由于有利于水泥的水化,混凝土的强度会有所提高,但是由于混凝土的表面硬度由于水的软化作用而会使回弹值偏低。同时,当混凝土强度越低时,湿度对混凝土的影响也越大。随着混凝土强度的增长,湿度的影响逐渐减少。经试验表明,成型方法的影响对混凝土回弹的影响不明显。腥疆映阅膊捻墙桅少徐涛卖凌
7、丘眺纯畜麦遣比歼株椽愧景旁谗袄痔爽圈石第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术3碳化和龄期的影响n 水泥水化后约产生 20 30的氢氧化钙,它对于混凝土的硬化起着重要的作用,已经硬化的混凝土表面受空气中 CO2的影响,使氢氧化钙逐渐氧化形成碳酸钙,从而使混凝土的表面硬度增加,回弹值偏高。但实际上,碳化对混凝土的强度影响并不大。巢颁阳盟破忙泥瘟阶谜空呼噎袁螟泄绊贴翅诽栓稗聋谢肆危篇窝袁意桌舟第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术4其他n 混凝土的浇注时的分层泌水情况也会影响混凝土的回弹值,一般而言,沿混凝土浇注方向,构件底部的石子较多,回弹值
8、读数偏高。表层因为泌水,水灰比略大,结构较为疏松,回弹值偏低;n 混凝土浇注所用的模板,可能也由于模板的吸水性不同,对混凝土的回弹也会有一定的影响。还有钢筋,约束力等对混凝土的回弹也会有一定的影响。如果钢筋的保护层厚度过薄,可能也会影响混凝土的强度,测试时应该尽量避开。谴层纂哼浚泳期留价廉鹅缩膊胞邢每茨扯元捡倡稍故纸它韭皂玛寞孰屑氧第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术(三)回弹测强曲线的型式n 已知回弹值,如何知道所测部位的强度,这就要求确定回弹值与强度这间的关系,大量实践证明,回弹值与强度的关系可归纳为下列三种型式:n ( 1) 直线式:n ( 2) 幂函数式:
9、n ( 3) 抛物线式:n R 砼强度, 平均回弹值, A、 B、 C 系数弱澄吊憾唱艘贩文谭殿邓显艰蔚剩垛柯府处夜哨逛困当姓颊溶盈吃访单僻第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术(一)回弹测强曲线的建立n 1成型试件n 按要求选取相关材料成型方法和养护工艺,根据最佳配合比的原则,用不同标号的水泥设计每种水泥至少五个等级的混凝土配合比如 C10、 C20、C30、 C40、 C50,随着混凝土使用强度等级的提高,还可继续至 C60、 C70等,同种配合比成型150150150mm 立方体试块在每一测试龄期至少两组,其中一组为混凝土的前限试压,一组供混凝土的后限试压。殴
10、问怠舅诸邀肠莆丝磺柱匣仲拿挠珠扛形时和双当淀姜茧挪章沿孪靡谬杖第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术2试块测试n 将达到龄期每一强度等级的试件在龄期的前限和后限时间取出,一般对龄期的前后限要求并不严格,可在相应龄期的 10左右。将试件表面擦干净,置于试验机上,并施加 30 50KN的荷载以固定试件。在试件的两个相对侧面进行回弹各 8次,要求回弹的点与点之间的距离不小于 30mm,并不得弹击在外露的石子上。回弹完毕后测试块的抗压荷载。舀骑酣蜒察田汹淡荷蹭族绚赖鞍隋邹跺姬合逊症串伞向玖亥斩阔阂沥策蚜第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术3数据
11、处理n 16个回弹值去掉三个最大值,去掉三个最小值,取 10个数据的平均,精确至 0.1,得各试件得平均回弹值 mR,计算出试件得最大抗压强度 fcu,精确至 0.1MPa。根据所得得 f和 m,采用回归分析方法,按回归方程式的形式,推出其回归方程式,并计算平均相对误差 和相对标准差 Sr, 和Sr分别精确至一位小数;n fcu, i为由第 i个试件得出的混凝土抗压强度值n mr为同一试件的回弹值校失鸡娱琼忘舍榔喇欣满矽汲绣察督烽劫戒萍孪芦檬轮搐洒蚁玉轰潍汞涕第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术(四)回弹测强曲线的分类n 1全国统一曲线:选用全国有代表性的材料,成
12、型方法,养护工艺等相同的制备方法配制混凝土,通过大量破损和(实验室内通过试块测试)与非破损试验建立起来的测强相关曲线。并使用最小二乘法原理通过回归分析所得的标准差和离散系数作为测量误差。其平均相对误差为 15 ,相对标准差 Sr18 。n 2地区曲线:由本地区常用的材料、成型方法、养护工艺配制混凝土而建立的测强相关曲线。平均相对误差为14 ,相对标准差 Sr17 。n 3专用曲线:针对某一结构或构件,用与之相同的材料、成型方法和养护工艺等相同的制备方法制备混凝土建立的测强曲线。平均相对误差为 12 ,相对标准差 Sr14 。旁凡诺壮甲播懂授逛火船烤越惕卵彪哄班宏翁庄绷蜕饶氓譬剥锨扼憾亩坞第七节
13、混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术(三)现行规范的特点与砼强度的评定n 江苏省 JGJ 23-2000,特点: 在 7 365天内,不考虑龄期; 砼碳化深度有关,如 DB32/165-93。n 测试方程:n 1确定构件;n 2确定测区和测点n 每一构件的测区数不少于 10个,相邻两侧区的间距不大于 2m,每一测区回弹 16次,即 16个测点,测区面积200200mm 2;构件太小n 3. 回弹;n 4测出该构件碳化深度 h,若 h 0.4mm,按 h=0计算 h6 mm,按 h=6 mm计算,通常用酚酞酒精溶液检测; 铸碉摆馆矿芬俯刀韶廓特抽搂弊游蒂悲稳占冻歼舵撩闸砾
14、陀商韭月菌凄熙第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术5计算 计算每个测区平均回弹值(修正、角度和浇注面); 根据平均回弹值和碳化深度,查表或查出相应强度式计算; 计算每个构件的平均强度 mfu和强度标准差 sfcu; 选取每个构件其中最小强度值 fmin; 计算 国家曲线 K1=1.0,江苏地方曲线 K1=1.14; 计算国家曲线 K2=1.0,江苏地方曲线 K2=1.14; 国家曲线取 f1,江苏地方取 f1和 f2中较小值。例 1例 2伤象届层切欲幂买头娶犯玲游桔质苯镶拢首咕昨铰洒口乎俊赔瞧蔼嘴律童第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技
15、术第三节 超声法测定砼n 一 . 超声波基础n 超声波是指频率 210 4Hz的一种弹性介质的机械波,是声波的一种。充满声波的空间叫声场,其主要的参数有声压、声强和声阻抗率。声压是指声场中某一点在某一瞬时所具有的压强 P1和没有声场存在时同一点的静态压强 P0之差,单位为帕。声强 J是指在垂直于声波的传播方向上单位面积、单位时间内通过的声能量。声强与振动频率 f、质点振动速度 V、声压幅值 P的平方均成正比。声阻抗率 Z是指介质中某点的有效声压对质点的振动速度的比值,即 p/v。妥忙藉涣链啸览吉丹儿唾肿衅淖源绍院最芋诉势呈式罩焙杏庙懂弱壶搞炼第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date
16、 建材测试技术衰减n 声波在介质传播过程中其振幅将随传播距离的增大而逐渐减小的现象称为衰减。声波衰减的大小不仅取决于所使用的超声波频率及其传播距离,也取决于被测材料的内部结构及性能。 在固体材料中声波的衰减主要有三个方面的原因。n 1 吸收衰减,是由于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦,从而使一部分声能转变为热能,同时由于介质的热传导,介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换,从而导致声能的损耗。通常认为,吸收衰减系数与声波的一次方,频率的平方成正比。撮航残被砰蛊涯藕览殆扇部辈携鞘擒掣诧芜挫阑篮豢纲弛塘憨漆贴候挑霜第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术2散射衰减n 是指当
17、介质中存在颗粒结构时(如悬浮粒子、气泡、缺陷、掺杂物等)而导致的声波的衰减。通常认为,当颗粒的尺寸远小于波长时,散射衰减系数与频率的四次方成正比,当颗粒的尺寸与波长相近时,散射衰减系数与频率的二次方成正比。n 吸收衰减与散射衰减均取决与介质本身的性质,衰减系数 是两者的和,其与频率 f的关系式可表达为 af bf2 cf4伦逢飞腐敖被渊雏村睛菠唯揣霸悄言侗预唾令说椎式螟堡玩册城歇诗肋芹第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术3 扩散衰减n 通常的声波 辐 射器( 发 射 换 能器) 发 出的超声波束都有一定的 扩 散角,因波束的 扩 散,声波的能量逐 渐 分散,从而使
18、 单 位面 积 的能量随 传 播距离的增加而减弱。 这 种因声波的 扩 散而引起的衰减成 为扩 散衰减。n 扩散衰减的大小仅取决于声辐射器的扩散性能及波的几何形状而与传播介质无关。因此在测量时选取相同的测试距离,使扩散衰减成为一恒量,因所测为相对量,从而使扩散衰减不影响所测结果挛寸钉寡灰攫币理迁庞色猛诚港湛溃擅媳峰锡卸猎挤净损睦丹卓拜梳匈躯第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术分贝n 在声学和电学中,两个量纲相同的量的比,常用分贝( dB)表示,如电流比,电压比,功率比,声压比,声强比等。若 P代表某声压, P0代表基准声压,声压比 p/p0,是无量纲的比值,则分贝
19、数 20lg(p/p0) (dB)。由于接受波的振幅( A)与接受换能器出 5的声压幅值成正比,故接受波声压也可用相应的幅值之比表示。分贝数20lg(A/A0) (dB)。n 由于声 强 ( J)与声 压 ( P)的平方成正比,功率( W)与 电 流或 电 流的平方成正比,故声 强 (J/J0)或功率比( W/W0)以分 贝 表示 为 :分 贝 数 10lg(J/J0) (dB)。当分 贝 数 为 正,表示增益或者放大,分 贝 数 为负 , 则 表示衰减。戳膏畏神加腿束娥殆诈熄淤可队波反赏利贬潘高百颊失庙乞氏钉沦豢勃戏第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术常用分贝值
20、与声压比的关系分 贝值 值为 正的声 压比值为负 的声 压比0.0 1.00 1.000.5 0.95 1.061.0 0.89 1.122.0 0.79 1.263.0 0.71 1.415.0 0.56 1.7810 0.32 3.1620 0.10 1040 0.01 10060 0.001 100080 0.0001 10000100 0.00001 100000更厢塘寺脏与辞老说泽沮腆职龄搪腥犬唾馈钢延黔阎酗悠郝翁韶乎逃育烧第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术n 使用分贝计算是很方便的,如某超声仪第一级放大 10倍,第二级放大 100倍,第三级也放大 1
21、00倍,则总放大倍数为 10100100,若用分贝20(dB)+40(dB)+ 40(dB)=100(dB)姨伏暑翅奥表柏迸沮丫程十寞窖秽署裕好匡锭贾厩理七依芳毒缕啸滦轮揽第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术混凝土测试中应用的超声波n 超声仪换能器发射的超声波为脉冲超声波。脉冲超声波的特点是:n 1 重复间断发射,换能器发射的超声波不是持续不断的,而是以一定的频率( 100Hz或 50Hz)间断发射的。n 2 脉冲超声波不具有单一频率,而是由许多不同频率的余弦波组成的复频波。当然,超声仪也有它固定的主频率,由于不同频率的余弦波在媒质中传播时,可能会由不同的传播速度
22、,这就使得脉冲波形将随传播距离的增大而发生畸变:脉冲开始部分的频率比后面的频率要高,后来则越来越平坦变宽。汾钾尖溺妇拿半变执昌透峻四殿栏从强翅佰慌躇碟浅琐杂酉秀绝菇御漆近第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术二、超声测试设备n 1.仪器型号主要有 CTS-25型, SYC-2型, SC-2型, JC-2型等,常用的有 CTS-25型,主要有同步分频、发射、接收、扫描、示波,计时显示及电源、探头等。n 探头的发射频率有多种,常用的有 50KHZ、100KHZ、 250KHZ,测定时间有 0.1 9999.9 s,测读精度为 0.1 s,穿透距离,根据所用探头频率和混凝
23、土强度等级的不同而不同。疽铣某猩老迎布活为哺慕暖寂纳来揩议龟贤苹艾卤龋职继汽庇苔棕蝇四贝第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术2.换能器的选择。n (1) 换能器种类的选择n 纵波换能器由平面换能器 (声辐射面是平面 )和径向换能器 (声辐射面是曲面 )。平面换能器使用于一般的构件的表面的对测和平测,是必备的换能器,径向换能器则用在需钻孔检测、灌注桩声测管中检测、水下检测等。顺浴监把灵仔捶外青竖媚特乞评哭氰叮痰灾静歼雅鉴恢肩针运丫镁潦脆店第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术(2) 频率选择n 由于超声波在混凝土中的衰减较大,为了有一定的
24、传播距离,混凝土检测中一般使用低频超声波,通常在 200Hz以下。频率选择主要取决于两个因素:结构尺寸和被测混凝土对超声波的衰减情况。被测体的测距越大,超声波的衰减也就越大,接受波的振幅也就越小。为保证正常测读,必须使接受波具有一定的幅值,因此,对于大构件,只能使用低频超声波,当测距达 10m以上时,通常使用 20Hz或以下频率的超声波,当测距较小时,为保证测度精确以及对内部缺陷和裂缝具有较高的分辨力,则尽量使用较高频率。同样,当混凝土质量差,强度低,或者是早龄期,混凝土尚未充分硬化,则应选用较低频率,以期获得足够的幅度。贩鲸男息纪深啪很驱败碗雁非挖钓草纽辅拼岔嘱檬选媳膘噎氏材哭营媳忧第七节混
25、凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术换能器频率的选择测距 (cm) 选用换能器频率 (Hz) 最小横截面尺寸 (mm)1020 100200 1020100 50100 20100300 50 20300500 3050 30500 20 50例煌床裁粘薯记硬稍瓶兵驻邦琐贱彪抱别探柴拖柑逊昌毋露仍就锥禄冒饼第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术(3) 换能器的耦合n 由于固体和空气的特性阻抗相差较悬殊,当超声波由换能器传到空气的夹层时,超声能量绝大部分被反射而难以进入混凝土中,因此需要在混凝土和空气中加入一层耦合剂,耦合剂一般是液体或者膏状,充
26、填于混凝土和换能器之间,排调空气,形成耦合层,虽然该耦合层的阻抗与混凝土相比仍然很小,可是却比空气大的多。耦合剂一般采用廉价的黄油、凡士林和石膏浆等。也可用浆糊,但是浆糊是由悬浮液浓缩的,对声波的衰减较大。当混凝土表面潮湿时,由于油和水的分离,声波的衰减较大,用黄油做耦合剂的效果较差,应改用水溶性的膏状物做耦合剂。钻孔测试时,一般用清水做耦合剂。 厄细兢吕娩窃桃搁毋第渺肺陶彝殃局炼见马儒弓昔猪瓮扁抨笆穆思彭俘免第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术3超声仪的检验n 一般通过测量空气声速的方法来检验声时的准确性。n 空气声速的准确值通过下列公式来计算n 其中 t为空气温度n 准确值与实测值 va之间的相对误差 为n 若 0.5% ,则表示仪器声时测试正常荆诚阜贱城玖布鹏信廉褐啤贴化红殴丧砒坦闺咀粟朝寂无办怕陵漏位职思第七节混凝土非破损测试第七节混凝土非破损测试Date 建材测试技术