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第四章无损检测技术无损检测技术主要用于生产检验性实验，而且是个辅助手段。在生产检验性实验当中，主要还是靠预留试块来检测混凝土的强度，由监理员直接检测钢筋的配置等等。但是在有些情况下，也需要做一些检测，那么就是这一章主要介绍的内容。本章包括以下几方面的内容：1．混凝土强度的无损及局部破损检测技术；2．混凝土内部缺陷检测技术；3．砌体强度的无损及局部破损检测技术。这一讲我们介绍其中的部分内容。一、超声波检测技术（一）超声波检测基本原理因为用超声波检测，实际上，主要是测量超声波在混凝土当中的传播速度。所谓超声波，实际上是一种声波，不过它的频率比声波高，人的耳朵听不见，把这种声波就叫超声波。它在各种介质中都能够传播，当然介质不同，它的传播速度也不同。超声波的检测技术，就是基于测量超声波在混凝土当中的传播速度。所以它的关键就是，怎么样用仪器来测量超声波在混凝土中的传播速度。至于仪器内部的一些构造，不做更多要求，重点是掌握它最基本的原理。教材图4—1。下面看这张图，比如说这个是试件，我们就要测量超声波在这试件中传播的速度，那当然要测量传播速度，首先要测量一下试件的长度，然后再量取一下超声波从进入这个试件，到从试件出来所经过的时间，当然就可以算出它的速度，左边这个叫发射探测器，它在这可以发出超声波，右面这个叫接收探测器，它可以接收超声波，左边这个是把一个电信号转换成超声波信号，它用的原理也是压电晶体。和上一节介绍的压电晶体加速度计的原理类似，不过它的作用刚好相反。上面的压电晶体加速度计是通过振动产生电，这里是通过电产生机械振动，就是通过给它一个电的脉冲信号，那么它就可以产生机械振动，这个机械振动实际上就产生超声波了，经过试件的传播，在右边接收探测器里，它把振动再转换成电信号，这就和类似于加速度计一样。整个仪器的构成就是这样，它有一个信号发生器，这个信号发生器，就是隔一定时间发出一个电脉冲，它这个时间间隔，取决于你试件的长度，就是说，假如你的试件比较长，当然它传播时间也比较长，那么它时间间隔，你可以调的比较长一点；如果试件短，那么你调的时间间隔可以短一点，隔一段时间发生一个脉冲，在这个电脉冲的作用下，就产生一个超声波，然后在试件中就传播，最后由右边这个接收探测器接收到了，转换成电信号。然后经过放大器放大，通过一个示波器来显示。它从零点开始，如果没有超声波的接收回来，那么它荧光屏显示的就像刻度尺一样，它有个时间间隔，这样就容易读取时间。当接收到一个超声波，就显示出来，可以在荧光屏上读数。这就是接收测量超声波在混凝土中传播速度的最基本的原理。通过测量超声波在混凝土中的传播速度，利用这个办法就能测量混凝土的一些性质。比如，可以测量混凝土的强度、可以测量混凝土当中有没有缺陷。混凝土强度是通过弹性模量来反映的，因为混凝土弹性模量高，它的传播速度也就快。测量混凝土当中的缺陷，比如混凝土当中有空洞，空洞中间是空气，它就使超声波的传播速度大大降低，这样我们可以通过速度的突然变化，可以把空洞的边界找出来。（二）混凝土强度检测1．检测原理超声波在混凝土当中的传播速度与混凝土的弹性模量是相关的，而弹性模量又与强度相关，所以混凝土强度与超声波在混凝土当中的传播速度相关。我们可以测量超声波在混凝土当中的传播速度，来推算混凝土的强度。当然为了推算这个强度，就必须建立混凝土强度与超声波在混凝土当中传播速度的关系曲线，称为测强曲线，是提高检测混凝土强度可靠性的关键。（1）弹性模量和混凝土强度的关系弹性模量和混凝土强度是相关的。对混凝土强度变化范围来讲，比如说C10－C50的混凝土，它的弹性模量变化实际上不是很明显。因为弹性模量对于强度来讲，不是特别敏感的一个因素，所以通过弹性模量的办法，来推测混凝土强度，实际它的精度就不会很高。同样的，超声波在混凝土当中的传播速度与弹性模量之间的关系受很多因素的影响，所以它的离散性也很大。所以总的说来，用超声波的速度来检测混凝土强度，虽然能够检测出来，但是它的可靠性和准确度都不是很高的，而且这个关系不能通过理论计算来得到，只能通过实际统计。事先要做许多混凝土的试块用试验机测出它的强度，同时，再测它的传播速度，建立出来一个相对关系的曲线，把这个关系曲线，叫做测强曲线。有了测强曲线，我们就可以测量超声波在混凝土当中的传播速度，来推算混凝土的强度。由于混凝土的不均匀性，影响超声波在混凝土中传播速度的因素是很多的，比如说，包括骨料的粒径等等。而且弹性模量对强度也不很敏感，所以用超声波测量混凝土的强度，它的强度检测的离散性就是较大，就只能是一种强度检测的辅助手段。二、回弹法检测混凝土强度用回弹法检测混凝土强度主要是用回弹仪。它的基本原理也是利用弹性模量和强度之间的相关性，只不过它测量混凝土弹性模量的方法不同，它主要是利用弹性碰撞的办法。大家在日常生活中也会体会到，如果你用一个球和一个物体碰撞，如果这个物体弹性好，那么这个球回弹的距离就会大，假如这个物体弹性不好，那么它的回弹就会很小。与我们拍球一样，假如说你在混凝土地上拍球，那么你可以拍的很高，如果你在沙子里拍，你可能就拍不起来了。回弹仪的原理，也是这么个原理。（一）回弹仪的原理1．回弹仪的构造教材图4—12。看图它的构造。外面是它的外壳。里面是由这么几部分组成：标号2是弹击杆，它和混凝土试件直接接触。标号5是撞击锤，通过拉力弹簧4可以把它拉开，靠这个锤的质量撞弹击杆，相当于弹性碰撞。根据撞击锤回弹的距离来反应混凝土的强度。弹击杆的作用，就相当于打桩需要做一个桩垫一样，你不能用桩锤直接打混凝土桩头，那就把混凝土局部破坏了，所以它中间要有个桩垫，实际弹击杆就起桩垫的作用。我们在弹击混凝土的时候，它的方向可以是水平的弹击，也可以是垂直向下弹击，也可以向上弹击，为了保证锤能够正确的移动，因此它这里一定要有一个导向杆14，这个导向杆和后面导向法兰盘是做成一体的。2．回弹仪的工作原理教材图4—13的位置实际上是放在仪器盒里保管的位置。它工作的时候，要想弹击，这个步骤就是这样的：先把这个弹击杆往里按一下，这个杆就出来了。那么，按一下起什么作用呢?就是这个弹簧销9，本来是把这个导向杆挡到后面的，当你推了弹击杆一下以后，就有弹簧把弹簧销9给弹了出来。所以，这个导向杆就在它后面压力弹簧11的作用下向前推，使挂钩10和重锤5突然勾起来了。要想弹击，就把这个导向杆再往里压。再推这个导向杆14的时候，这个导向杆的钩已经与重锤挂上了，它拉着重锤向后移动，所以前边这个拉伸弹簧4也就拉长了，一直拉到最后，当你再一用力的时候，挂钩就在顶杆的作用下，这个顶杆是固定在回弹仪壳上的，顶杆作用下，钩就自动脱勾了。因为这一顶，钩向外一转，那么就自动脱勾了，这重锤就在拉伸弹簧作用下，锤击冲击杆，就打在混凝土上。然后，这个重锤向后回弹，就带动指针6一起回弹，带着指针向后移动，当它回弹的时候，你要立即把弹簧销按进去，使导向杆不能再向前走了，那么指针就停留在这个位置上，你就可以拿起来读数了。回弹仪的工作过程就是这样：首先轻压，使弹击杆2弹出，然后对准混凝土表面，用力压紧，接着按住按钮9，这时候指针就不会回去，就会固定在这个位置，就可以仔细的读刻度了。回弹法检测混凝土强度，它的原理要简化一下就是这样：弹击杆2顶在混凝土上，当把重锤拉向后的时候，它就拉开一个距离，假如说这个距离就叫H，当然这个拉伸弹簧也拉长了，见教材图4—13（a）；当后面的挂钩自动脱勾的时候，当然重锤就打击到弹击杆，同时就弹回一定距离，就像教材图4—13（b），它弹回的距离是Y。我们就把Y和H的比值，再乘上100，就叫做回弹值。因为是Y比H乘100，实际是什么意思呢，就是当你假设，拉开距离是H，如果回弹值也是H的话，就是1比1乘100，那么就是100，回弹值就是100，也就是说它的回弹值和你拉伸长度一样的时候，回弹值就叫100。假如说其中不一样，这个比值是多少，比如说拉了一半，百分之五十，那么回弹值就称作50。因为这个回弹值，当然就反应混凝土的弹性了，混凝土弹性越好，它的回弹值也就越大。（二）回弹法的测强曲线回弹值是和许多条件有关系的。比如说和混凝土的骨料，和沙浆的强度，和骨料的性质，骨料的粒径等等，都有关系，而且，还和混凝土的添加剂，施工的条件等等都有关系，它影响因素很多。当然，主要的影响是混凝土的弹性模量的影响。虽然说回弹值和弹性模量是有关系，但是这个关系不是很简单的，比如说我建立一个理论公式来得到，它也必须通过实验得到，而且对于不同的混凝土要有不同的关系。同样把这个关系也称做测强曲线。要想用回弹仪来测量混凝土的强度，也必须建立的回弹曲线，那么建立回弹曲线的时候，还有一个重要的影响因素，就是碳化深度。水泥浆里含有很多氢氧化钙，它在凝固过程中一大部分都变成碳酸钙，还有一部分残留，所谓钙离子还在混凝土里头，但是经过一段时间，这些钙离子还会被碳化，还会继续变成碳酸钙。碳酸钙实际比较硬，所以经过长时间存放混凝土，它的表面会形成比较硬的表面层，把表面层的厚度称为碳化深度。这个比较硬的表面层对回弹值有影响，混凝土的弹性模量没有变化，仅仅由于它表面硬化了，所以它的回弹值会增加。因此在做混凝土的测强曲线的时候，就要考虑碳化深度的影响。因为测混凝土的测强曲线是一个劳动量很大的工作，所以它的曲线的范围，就是统计的范围是有所不同的。1．统一的测强曲线所谓统一的测强曲线，就是在全国范围内对某些混凝土做些统计，来测得测强曲线。这个测强曲线，当然它实用范围比较广，但是由于它实用范围广，统计的混凝土的品种多，所以它的离散性也比较大。统一的测强曲线的强度包含两个因素：一个就是混凝土的回弹值，还有一个因素就是碳化深度H，这个H是测区混凝土的平均碳化深度，W是测区混凝土的平均回弹值，Fn叫做测区混凝土的抗压强度，为什么在这里都写个测区呢？就是做回弹的时候，不能测一个点，总得在它附近一个范围内来测量多个点的混凝土回弹值，用多个点的混凝土的回弹值，这个平均值才能代表比较正确的属性。因为混凝土有骨料，有沙浆，那么有的地方骨料多，有的地方沙浆多，所以它回弹值就不同了。所以取它一个区域内的平均值，经过统计处理，最后就变成一个公式，假如说你画在图上当然就是一个曲线，你要把它列出个表，就是一个表格。全国统一的测强曲线在规范可以查到。因为它统计面很广，所以它测出来的离散性就是比较大。在做混凝土回弹仪检测规程的时候，就希望各个地区，甚至一些大的工程，或者混凝土预制厂等等，能够自己做一些曲线，那么它就要求有第二种曲线。2．地区测强曲线地区测强曲线，就是由各个省、市、自治区来组织人来根据你的地区哪一类混凝土用的多，你可以做一些这样的测强曲线。那么这样做出来测强曲线，它的检测精度肯定要高于统一测强曲线。3．专用测强曲线专用测强曲线就是由工程单位、构建厂、或者商品混凝土厂为某一种混凝土特制的测强曲线。这种测强曲线，由于应用范围更小，混凝土品种及施工条件变化更小，所以它测出来的强度离散性要比地区测强曲线小。做一个测强曲线，它所需要的劳动量、经费都是很多的，到目前为止，大概大部分地区可能还没有这种曲线，所以还只用统一的测强曲线。上面两种对混凝土强度的检测方法，一个是用超声波检测，一个是用回弹仪检测，这两种方法虽然各自有各自的优点，也都有一个共同的缺点，就是说离散性比较大。用超声波检测也能反应混凝土整个的内部情况。用回弹仪检测，它更多的是反应混凝土表面的弹性，因此为了使检测更准确，常常把两者结合起来使用。三、超声回弹综合法检测混凝土强度它是以回弹值以及超声波速度共同来评价混凝土强度，所以它具有上面两种方法的优点，也就是说具有回弹法与超声法的双重优点，即反应了表面强度，也反应了内部强度。同样用这种方法来检测，也需要做测强曲线。它的测强曲线形式大家看字幕，它因为包含两个因素，一个是回弹值，一个是超声波速度，它建立的公式就是V的B次方和W的C次方，然后前头再加个系数，它等于有三个待定常数，一个A，一个B，一个C。那当然要做这条曲线，那么你要做大量的实验，做大量的试块。那么你先检测试块当中的超声波传播速度，然后再用回弹仪弹出它的回弹值，再