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6结构非破损检测与可靠性鉴定6.1概述1、非破损检测技术：在不破坏（或微破损）结构构件材料内部结构、不影响结构整体工作性能和不危及结构安全的情况下，利用和依据物理学的力、声、电、磁和射线等原理、技术和方法，测定与结构材料性能有关的各种物理量，并以此推定结构构件材料强度和检测内部缺陷的一种测试技术。2、检测目的：评定结构构件的质量、控制施工进度和质量、诊断已建结构构件的承载能力和耐久性，评定已建结构的可靠度等级和估算剩余寿命3、非破损检测方法混凝土结构：材料强度采用回弹法、超声法和回弹超声综合法（非破损）、钻芯法（微破损）、拔出法；内部缺陷采用超声法。砌体结构：（1）检测砌体抗压强度：扁顶法、原位轴压法（2）检测砌体工作应力、弹性模量：扁顶法（3）检测砌体抗剪强度：原位单剪法、原位单砖双剪法（4）检测砌筑砂浆强度：推出法、筒压法、砂浆片剪切法、回弹法、点荷法和射钉法、贯入法。钢结构钢材强度检测：表面硬度计法；材料缺陷检测：超声法。6.2混凝土结构的非破损检测6.2.1砼强度的非破损检测一、回弹法（JGJ/T23-92）1948年瑞士斯密特（E．Schmidt）发明回弹仪。1、基本原理使用回弹仪的弹击拉簧驱动仪器内的弹击重锤，通过中心导杆，弹击混凝土的表面，并测得重锤反弹的距离，以反弹距离与弹簧初始长度之比为回弹值R，由它与混凝土强度的相关关系来推定混凝土强度。2．回弹仪的构造和率定构造。率定：使用前应在洛氏硬度HRC为60士2的钢砧上，在室温（20士5）度的条件下进行率定。取连续弹击三次的稳定回弹值进行平均，其值在80士2。3、回弹法检测混凝土强度的影响因素回弹仪测试角度：非水平方向测试时，重力作用影响测试结果混凝土不同浇筑面：分层泌水现象影响砼局部强度。非侧面龄期和碳化的影响：CO2=氢氧化钙=碳酸钙。养护方法和温度：自然养护的回弹值高于标准的回弹值。尽可能采用干燥状态的混凝土进行测试，以减小湿度对回弹值的影响。4、回弹法的检测技术和测区布置1）测区的选择与布置选择：主要受力部位、薄弱部位以及易产生缺陷的部位，测区表面应清洁、平整、干燥、结实。布置：一个构件不少于10个，大小200X200mm，16个测点/区，测区间距2m。（长度小于3m，高度低于0.6m的结构或构件，其测区数量可适当减少，但不应少于5个）2）回弹值测量回弹值量测时，回弹仅应始终垂直于结构或构件的检测面，测点不应在气孔或外露石子上，共测16个值。3）碳化深度测量选择不少于构件的30％测区进行。在直径约为15mm并有一定深度的孔洞，滴入浓度为1％的酚酞酒精溶液，测试表面至不变色处的深度，即碳化深度。5、回弹值的数据处理1）回弹值的计算从该测区的16个测点的回弹值中分别剔除3个最大值和3个最小值，然后按余下的10个回弹值取平均值。2）修正值的计算非浇筑侧面、非水平测试方向、碳化修正（dm0.5mm时不修正）6、结构或构件强度计算1）测区混凝土强度值的确定根据平均回弹值Rm及平均碳化深度dm，由《规程》附录表E查得或当地专用测强曲线查的。2）结构或构件混凝土强度平均值和强度标准差计算3）结构或构件混凝土强度推定值①单个构件检测时，以构件最小测区强度值作为该构件的混凝土强度推定值：②批量检测时，按下列两式计算并取其中较大者为该批构件混凝土强度推定值：对于批量检测构件，当该批构件混凝土强度标准差出现下列情况之一时，按单个构件检测推定：(1)平均值小于25MPa，且标准差＞4.5MPa；(2)平均值等于或大于25MPa，且标准差＞5.5MPa。二、超声法1、原理混凝土的抗压强度fcu与超声波在混凝土中的传播速度v之间的关系。混凝土强度愈高，相应超声波波速愈大。通过试验可建立混凝土强度与声速的关系曲线或经验公式。目前常用的相关关系表达式有幂函数方程:2、超声法的检测技术和测区选择单个构件检测：不少于10个测区，测区面积为200X200mm。测区间距不大于2m。批量抽样检测：抽样数应不少于同批构件的30％，且不少于4个，每个构件测区数不少于10个。测试面应清洁平整，无缺陷。3、强度推定1）每区选3-5各测点，根据测得的声时和两相对探头的距离计算波速，取各测点的平均值作为该区的波速。当在试件混凝土的浇筑顶面或底面测试时，声速值应乘以1.034修正。2）强度推定：由试验量测的经修正后的声速，按fcu—va曲线求得混凝土的强度换算值。三、超声回弹综合法(CES02:88)超声回弹综合法实质上就是超声法和回弹法两种单一测强方法的综合测试，可以提高测量的精度。测量时，应严格遵照《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CES02:88)。每一测区的混凝土强度是根据该区实测的波速及回弹平均值，按事先建立的fcu—V—Rm关系曲线推定的。测区测点：超声的测点和回弹的测点布置在同一测试面上。宜先进行回弹测试，然后进行超声测试。同时注意，只有同一个测区内所测得的回弹值和声速值才能作为推算该测区混凝土强度的综合参数，不通测区的测量值不能混用。四、钻芯法(CES03：88）钻芯法试验是使用专用的取芯钻机，从被检测的结构或构件上直接钻取圆柱形的混凝土芯样，并根据芯样的抗压试验由抗压强度推定混凝土的立方抗压强度。准确性较高。1、取样位置：钻取芯样应在结构或构件受力较小的部位和强度质量具有代表性的部位。芯样试件内不应含有钢筋。如不能满足，每个芯样内最多只允许含有二根直径小于10mm的钢筋，且钢筋应与芯样轴线基本垂直。大小与数量：钻芯数量不应少于3个，小构件可取2个。芯样直径不宜小于骨料最大粒径的3倍，一般为100mm或150mm，芯样高度为直径的1～2倍。芯样端面必须进行加工磨平。也可用水泥砂浆或硫磺胶泥在专用补平装置上补平。2、芯样抗压试验和混凝土强度推定1）抗压试验芯样试件宜在与被检测结构或构件混凝土于湿度基本一致的条件下进行抗压试验。芯样试件的混凝土强度换算值为：芯样试件混凝土换算强度的修正系数高径比h/d1.01.11.21.31.41.5系数α1.001.041.071.101.131.15高径比h/d1.61.71.81.92.0----系数α1.171.191.201.221.24----2）强度推定：对于单个构件或单个构件的局部区域，取芯样试件混凝土换算强度中的最小值作为代表值推定结构的混凝土强度。五、拔出法（CES69:94)1、原理用一金属锚固件预埋入凝土内（预装发）或在构件上钻孔埋人一金属锚固件（后装法），然后测试锚固件从混凝土中被拔出时的拉力，并由此推算混凝土的抗压强度。（与极限抗拔力F之间具有良好的线性关系）,抗拔强度fp(=ft)2、后装拔出法1）适用〉=10MPa砼试验装置：小粒径40大粒径602）测点布置数量：单个构件3点；批量抽检30%但不少于10件，每个构件3点。位置：成型侧面，受力较大及薄弱部位，相邻两测点的间距不应小于10h(h锚固件的锚固深度)测点应避开接缝、蜂窝、麻面部位和混凝土表层的钢筋、预埋件。3）强度推定：按已经建立的拔出力与立方抗压强度之间的相关关系曲线，由拔出力确定混凝土的抗压强度。6.2.2砼内部缺陷的超声法检测技术一、内部缺陷基本原理采用低频超声波检测仪，测量超声脉冲的纵波在结构混凝土中的传播速度，接收波形信号的振幅和频率等声学参数的相对变化，来判定混凝土的缺陷。超声波通过缺陷会产生绕射、反射，绕射使传播速度变小，声时偏长；反射使能量显著衰减，波幅和频率明显降低，接收波形平缓甚至发生畸变。据此，判断和评定混凝土的缺陷和损伤情况。二、混凝土裂缝检测1、浅裂缝检测裂缝深度≤500mm时，采用平测法或斜测法进行检测（裂缝中不允许有积水或泥浆）。当有主钢筋穿过裂缝且与两个换能器的连线大致平行时，布置测点应使其连线与该钢筋轴线至少相距1.5倍的裂缝预计深度，以减少量测误差。1）单面平测法裂缝所在部位只有一个表面可供超声检测时（如混凝土路面、飞机跑道、洞窟建筑和大体积结构等）采用。发射换能器和接收换能器对称地布置在裂缝的两侧，测得声时。在完好位置T、R相距L时测得声时。裂缝深度计算公式：L/2L/22）双面斜测法钢筋混凝土的梁、板、柱等构件都有两个相互平行的测试表面，可采用双面斜测法进行裂缝深度的检测。将两个换能器分别置于对应测点1，2，3……的位置，读取相应的声时值t、波幅值A频率值f。由波幅和频率的突变，可以判定裂缝的深度以及是否在平面方向贯通。2、深裂缝检测深度在500mm以上的裂缝，常采用钻孔法探测。孔的间距宜为2000mm，孔径应比换能器的直径大5～10mm，孔深大于裂缝预计深度700mm，孔中粉末碎屑应清理干净。测试前测孔中灌注清水，每隔一定距离测读一次声时和波幅值。波幅达到最大并基本稳定的对应深度，便是裂缝深度。三、混凝土内部空洞和缺陷的检测基本原理：根据测点的声时（或声速）、波幅或频率值的相对变化，确定异常测点的坐标位置，从而判定缺陷的范围。1、测试方法对测法：两对测试面斜测法：一对测试面钻孔法：测试距离较大对测法：具有两对互相平行的测试面。在测区的两对相互平行的测试面上，分别画间距为200～300mm的网格，确定出测点的位置。斜测法：只有一对相互平行的测试面。在测区的两个相互平行的测试面上，分别画出交叉测试和两组测点位置。钻孔法：测试距离较大。在测区的适当部位钻出平行于结构侧面的测试孔，直径范围为45～50mm，其深度视测试需要决定。混凝土内部空洞尺寸估算：四、混凝土表层损伤检测1、测试方法：表面平测法，每次移动距离不大于100mm。2、数据处理绘时-距坐标图，坐标图上的转折点即为分界面，由此可求得超声波在损伤混凝土与密实混凝土中的传播速度。6.2.3钢筋位置和锈蚀的检测一、电磁感应法检测钢筋位置：适用于配筋稀疏与保护层不太大的钢筋的检测，钢筋布置在同一平面或在不同平面内距离较大时效果较好。原理：混凝土是带弱磁性的材料，而结构内配置的。钢筋是带有强磁性的。钢筋测试仪的探头接触结构混凝土表面，探头中的线圈通过交流电，线圈周围就产生交流磁场。该磁场中由于有钢筋存在，线圈中产生感应电压。该感应电压的变化值是钢筋与探头的距离和钢筋直径的函数。钢筋愈靠近探头、钢筋直径愈大时，感应强度变化也愈大。二、钢筋锈蚀检测混凝土中钢筋的锈蚀是一个电化学的过程。钢筋因锈蚀而在表面有腐蚀电流存在，使电位发生变化。检测时采用钢筋锈蚀测量仪，用半电池电位法测量钢筋表面与测量仪探头之间的电位差，利用钢筋锈蚀程度与测量电位间建立的一定关系，可以判断钢筋锈蚀的可能性及其锈蚀程度。试验证明：负电位数值愈高，钢筋锈蚀程度愈严重。1．毫伏表2．铜棒电极3.硫酸铜饱和溶液4．多孔接头5．混凝土中钢筋6.3钢材强度和焊缝缺陷的无损检测一、钢材强度测定方法表面硬度法：利用布氏硬度计来测定。由硬度计端部的钢珠受压时在钢材表面和已知硬度标准试样上的凹痕育径，测得钢材的硬度，并由钢材硬度与强度的相关关系，经换算得到钢材的强度。二、超声法检测钢材和焊缝缺陷超声法检测钢材和焊缝缺陷，其工作原理与检测混凝土内部缺陷相同，试验时较多采用脉冲反射法，工作频率为0.5—2MHz。超声波遇到不同介面（构件材料表面、内部缺陷和构件底面）时，会产生部分反射。如材料完好，内部无缺陷测时，显示屏上只有起始脉冲（始波）和底脉冲（底波），不出现缺陷反射波（伤波）。反之会出现缺陷反射波。无缺陷波形有缺陷波形对于焊缝内部缺陷检测时，换能器常采用斜向探头。用三角形标准试块经比较法确定内部缺陷的位置。当在构件焊缝内探测到缺陷时，记录下换能器在构件上的位置和缺陷反射波在显示屏上的相对位置，然后将换能器移到三角形标准试块的斜边上作相对移动，使反射脉冲与构件焊缝内的缺陷脉冲重合。当三角形标准试块的α角度与斜向换能器超声波的折射角度相同时，量取换能器在三角形标准试块上的位置L，即可按下列公式确定缺陷的深度h。6.4砌体结构强度的非破损检测6.4.1扁顶法检测砖砌体抗压强度1、扁顶法：指采用扁式液压千斤顶在墙体上进行抗压试验，检测普