混凝土无损捡测超声一回弹综合法实验研究 混凝土无损检测超声一回弹综合法实验研究 第一章概述 1.1普通混凝土 1.1.1普通混凝土的应用 由水泥、水和粗细集料按一定比例混合并搅拌均匀而成的混合物,在自身物理化 学作用下逐渐凝结硬化而得到的坚硬物体称为混凝土。一个半世纪以来混凝土科学理论 与技术的不断进步,使混凝土材料使用范围不断扩大,到目前为止全世界水泥总产量以 达13亿吨,混凝土总产量以达到大约30亿立方米,成为建筑工程中最大宗的材料。因 此,混凝土从新搅拌状态到凝结硬化后的性能,以及在使用环境下的长期性能受到人们 的普遍关注,尤其是混凝土结构质量的控制深受人们关注,由此而促使人们对各种结构 质量与控制技术不断进行完善和提高。t 1.1.2普通混凝土的无损检测 无论是工业及民用建筑,还是公路、铁路、水利及水电工程等都广泛使用混凝土材 料,混凝土的质量关系到整个工程的质量,传统的混凝土结构质量控制主要是在拌合机 口取样、制作试件,然后进行物理力学试验。由于这些试验未能反映施工中混凝土运输、 浇筑、振实和养护等因素的影响,因而不能完全代表混凝土结构的实际质量。此外,出 于对混凝土施工快速成型和使用安全的考虑,还需要对己筑混凝土结构的性能、质量和 内部情况进行更为详细的检测。这些检测包括对混凝土的早期强度、内部缺损(如空洞、 开裂等)、保护层厚度、钢筋位置和钢筋锈蚀等方面。由于混凝土结构成型后,采用破 损法(如开凿、切块等)进行检测,不但费工费时,还可能破坏原结构和影响美观,是很 不理想的,于是混凝土无损检测技术就得到了较广泛的应用。 所谓混凝土“无损检测”技术,就是要在不破坏结构构件的情况下,利用测试仪器 获取有关混凝土质量等受力功能的物理量,因该物理量与混凝土质量(强度、混凝土缺 陷)之间有较好的相关关系,可采用获取的物理量去推定混凝土质量(强度、混凝土缺 陷)。用无破损试验方法直接检验结构物的混凝土强度、缺陷及其他物理力学性能指标 可以确保结构质量,节约材料,提髙劳动生产率和加快施工进度。特别适用于确定不利 条件(火灾、冰冻、超载、地震、各种化学介质的侵蚀等等)下混凝土的损害程度,研究 和评价同一试样随时间而变异的各种性能,在这些方面,无破损试验方法的优越性较传 统的破损试验方法就更为突出。 【4】 1.1.3普通混凝土无损检测的特点 无损检测技术与一般试验方法的不同之处在于:前者只能用间接的物理量反映或推 定工程结构物的原位质量指标。这一推定过程存在多种影响因素和不确定性,它涉及材 第1页共34页
混凝土无损检测超声—回弹综合法实验研究 第 1 页 共 34 页 混凝土无损检测超声—回弹综合法实验研究 第一章 概述 1.1 普通混凝土 1.1.1 普通混凝土的应用 由水泥、水和粗细集料按一定比例混合并搅拌均匀而成的混合物，在自身物理化 学作用下逐渐凝结硬化而得到的坚硬物体称为混凝土。一个半世纪以来混凝土科学理论 与技术的不断进步，使混凝土材料使用范围不断扩大，到目前为止全世界水泥总产量以 达 13 亿吨，混凝土总产量以达到大约 30 亿立方米，成为建筑工程中最大宗的材料。因 此，混凝土从新搅拌状态到凝结硬化后的性能，以及在使用环境下的长期性能受到人们 的普遍关注，尤其是混凝土结构质量的控制深受人们关注，由此而促使人们对各种结构 质量与控制技术不断进行完善和提高。【3】 1.1.2 普通混凝土的无损检测 无论是工业及民用建筑，还是公路、铁路、水利及水电工程等都广泛使用混凝土材 料，混凝土的质量关系到整个工程的质量．传统的混凝土结构质量控制主要是在拌合机 口取样、制作试件，然后进行物理力学试验。由于这些试验未能反映施工中混凝土运输、 浇筑、振实和养护等因素的影响，因而不能完全代表混凝土结构的实际质量。此外，出 于对混凝土施工快速成型和使用安全的考虑，还需要对已筑混凝土结构的性能、质量和 内部情况进行更为详细的检测。这些检测包括对混凝土的早期强度、内部缺损(如空洞、 开裂等)、保护层厚度、钢筋位置和钢筋锈蚀等方面。由于混凝土结构成型后，采用破 损法(如开凿、切块等)进行检测，不但费工费时，还可能破坏原结构和影响美观，是很 不理想的，于是混凝土无损检测技术就得到了较广泛的应用。 所谓混凝土“无损检测”技术，就是要在不破坏结构构件的情况下，利用测试仪器 获取有关混凝土质量等受力功能的物理量，因该物理量与混凝土质量(强度、混凝土缺 陷)之间有较好的相关关系，可采用获取的物理量去推定混凝土质量(强度、混凝土缺 陷)。用无破损试验方法直接检验结构物的混凝土强度、缺陷及其他物理力学性能指标， 可以确保结构质量，节约材料，提高劳动生产率和加快施工进度。特别适用于确定不利 条件(火灾、冰冻、超载、地震、各种化学介质的侵蚀等等)下混凝土的损害程度，研究 和评价同一试样随时间而变异的各种性能，在这些方面，无破损试验方法的优越性较传 统的破损试验方法就更为突出。【4】 1.1.3普通混凝土无损检测的特点 无损检测技术与一般试验方法的不同之处在于：前者只能用间接的物理量反映或推 定工程结构物的原位质量指标。这一推定过程存在多种影响因素和不确定性，它涉及材
混凝土无损捡测超声一回弹综合法实验研究 料、结构、应用物理学,信息科学等多种学科,因此要求从无损检测的人员应有较高的 素质。为适应不同检测任务的需要,应严格推行资格认证制度,制订明确的资格等级标 准,并尽快实施相应的培训和考核计划。总之,随着我们建设工程质量管理力度的加强, 无损检测技术的作用将日益明显,责任也不断加重,为使无损检测技术发挥应有的作 用。除了每一个检测工作者应以十分负责的态度对待每一项检测结果外,还应充分意识 到现有无损检测方法的局限性,以创新的精神推进该项技术的发展。t21 因此,对无损检测这项新技术的研究就具有更大的现实意义和广阔的发展前景。 1.2混凝土无损检测的研究现状 1.2.1国外混凝土无损检测技术的发展概况 混凝土作为一种最重要、用量最大的工程材料,自19世纪初问世以来,已有近 200年的历史。在这一漫长的发展过程中,如何赋予它一些明确的性能指标,以及如何 获得和控制这些性能,一直是人们在应用中不断探索的问题之一。如何测定这些性能, 则是上述探索的基础。首先被采用的混凝土性能试验方法是“试件试验”。早在1911年 英国皇家建筑学院(RIBA)的研究报告中,就已把立方体抗压强度试验列为推荐方法,此 后迅速被各国采用,并一直延用至今。这类方法以试件破坏时的实测值代表混凝土的性 能指标。“试件试验”方法已延用近一百年,已成为混凝土结构设计、施工及验收规范 的基本依据。但由于试件中的混凝土与结构物中的混凝土质量、受力状态,混凝土成型 和养护条件都不可能完全一致,所以试件实测值只能被认为是混凝土在特定条件下的性 能反映,而不能完全确切地代表结构物原位混凝土的质量状况。尤其是对已建成的老建 筑及受灾害因素影响的建筑物需要对其安全性作出评估时,“试件试验”就更无法满足 要求。因此,人们一直希望找到一种能在建筑物原位直接测量混凝土各项性能指标的方 法。1910年, Lembach和owy在一项德国专利rfl提出,用埋设在一组钻孔中的极天线探 测地下相对髙导电性质的区域,正式提出了探地雷达概念. Hulsenhbeck于1926年第 个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路. 早在20世纪30年代初,人们就已开始探索和研究混凝土无损检测方法,致使该 方法取得了迅速的发展。1930年首先出现了表面压痕法。1935年格里姆(G. Grime) 艾德(J.M.Ide)把共振法用于测量混凝土的弹性模量。1948年施米特(E. Schmid)硏制 成功回弹仪。1949年加拿大的莱斯利( Leslie)和奇斯曼( Cheesman)、英国的琼斯 (R. Jones)等运用超声脉冲进行混凝土检测获得成功。接着,琼斯又使用放射性同位素 进行混凝土密实度和强度检测,这些研究为混凝土无损检测技术奠定了基础。随后,许 多国家也相继开展了这方面的研究。如前苏联、罗马尼亚、日本等国家在50年代都曾取 得许多成果。60年代,罗马尼亚的弗格瓦洛(1. Facaoam)提出用声速、回弹法综合估算 混凝土强度的方法,为混凝土无损检测技术开劈了多因素综合分析的新途径。60年代声 第2页共34页
混凝土无损检测超声—回弹综合法实验研究 第 2 页 共 34 页 料、结构、应用物理学，信息科学等多种学科，因此要求从无损检测的人员应有较高的 素质。为适应不同检测任务的需要，应严格推行资格认证制度，制订明确的资格等级标 准，并尽快实施相应的培训和考核计划。总之，随着我们建设工程质量管理力度的加强， 无损检测技术的作用将日益明显，责任也不断加重， 为使无损检测技术发挥应有的作 用。除了每一个检测工作者应以十分负责的态度对待每一项检测结果外，还应充分意识 到现有无损检测方法的局限性，以创新的精神推进该项技术的发展。【2】 因此，对无损检测这项新技术的研究就具有更大的现实意义和广阔的发展前景。 1.2 混凝土无损检测的研究现状 1.2.1 国外混凝土无损检测技术的发展概况 混凝土作为一种最重要、用量最大的工程材料，自19世纪初问世以来，已有近 200年的历史。在这一漫长的发展过程中，如何赋予它一些明确的性能指标，以及如何 获得和控制这些性能，一直是人们在应用中不断探索的问题之一。如何测定这些性能， 则是上述探索的基础。首先被采用的混凝土性能试验方法是“试件试验”。早在1911年 英国皇家建筑学院(RIBA)的研究报告中，就已把立方体抗压强度试验列为推荐方法，此 后迅速被各国采用，并一直延用至今。这类方法以试件破坏时的实测值代表混凝土的性 能指标。“试件试验”方法已延用近一百年，已成为混凝土结构设计、施工及验收规范 的基本依据。但由于试件中的混凝土与结构物中的混凝土质量、受力状态，混凝土成型 和养护条件都不可能完全一致，所以试件实测值只能被认为是混凝土在特定条件下的性 能反映，而不能完全确切地代表结构物原位混凝土的质量状况。尤其是对已建成的老建 筑及受灾害因素影响的建筑物需要对其安全性作出评估时，“试件试验”就更无法满足 要求。因此，人们一直希望找到一种能在建筑物原位直接测量混凝土各项性能指标的方 法。1910年，Lembach和Lowy在一项德国专利rf1提出，用埋设在一组钻孔中的极天线探 测地下相对高导电性质的区域， 正式提出了探地雷达概念．Hulsenhbeck于1926年第一 个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路． 早在20世纪30年代初，人们就已开始探索和研究混凝土无损检测方法，致使该 方法取得了迅速的发展。1930年首先出现了表面压痕法。1935年格里姆(G．Grimet)、 艾德(J．M．Ide)把共振法用于测量混凝土的弹性模量。1948年施米特(E．Schmid)研制 成功回弹仪。1949年加拿大的莱斯利(Leslie)和奇斯曼(Cheesman)、英国的琼斯 (R．Jones)等运用超声脉冲进行混凝土检测获得成功。接着，琼斯又使用放射性同位素 进行混凝土密实度和强度检测，这些研究为混凝土无损检测技术奠定了基础。随后，许 多国家也相继开展了这方面的研究。如前苏联、罗马尼亚、日本等国家在50年代都曾取 得许多成果。60年代，罗马尼亚的弗格瓦洛(1．Facaoam)提出用声速、回弹法综合估算 混凝土强度的方法，为混凝土无损检测技术开劈了多因素综合分析的新途径。60年代声
混凝土无损捡测超声一回弹综合法实验研究 发射技术被引入混凝土检测体系,吕施(H. Rush)、格林(A.T. Green)等人先后研究 了混凝土的声发射特性,为声发射技术在混凝土结构中的应用打下了基础。Cok在1960 年用脉冲雷达在矿井中做了试验.探地雷达的初期应用,仅限于对电磁波吸收很弱的冰 层、岩盐等介质中.如1970年 Harison在南极冰层上,取得了800.1200m穿透深度资 料.1974年 Unterberger R.R.探测了盐矿中夹层等.随着电子计算机技术的发展以 及现代数据处理技术的应用,70年代后,探地雷达的应用从冰层、盐矿等弱介质扩展 到土层、煤层、岩层等有耗介质.探地雷达的应用范围迅速扩大,现已覆盖考古、矿产 资源勘探、岩十勘査、无损检测及工程建筑物结构调査等众多领域,并开发了用于地 面、钻孔与航空卫星上的探地雷达技术.探地雷达( Ground Penetrating radia,GPR方 法是一种用于确定地下介质分布的广谱技术.今天,无论是雷达本身的技术性能还是 它的应用范围都有了较大的发展.目前国内外所使用的探地雷达都属于脉冲反射雷达, 通过发射和接收从地下目标反射回来的雷达波脉冲(或称子波),继而成象或图象重构, 达到勘探和检测地下目标的日的.因此,子波脉冲是否尖锐乃是分辨率的关键.影响 子波波长的因素比较复杂,人致有三个因素;1)主频:主频越高,子波的一个单波波 长越短:②)频宽:所占频带越宽,子波的主峰越突出,旁瓣越少:3)陡度:频带边 界的斜率变缓,子波变得越来越细长.目前,探地雷达的应用十分广泛,在工程质量 检测中,能检测出公路路面厚度,其误差小于lcm;通过测定路面吸收系数来检测路面 密实度;还可检测路基和路面的缺陷,如裂缝空洞等.在工程地质勘查中,能对地 下剖面进行连续扫描,从图像上可以清晰地看到地下岩土的分布状况.在滑坡调研中, 从探地雷达图像可清晰地显示出地表层与基岩弱透水层之间相对透水的地层.这种地层 可造成地下水沿基岩向斜坡下的流动,雨季在滑坡坡脚常见有水从地层中渗出即证实了 这种水流的存在.80年代中期,美国的 MarySansalone和 Nicholas. Carino实现了在水 泥混凝土等集结型非金属、复合材料中采用机械波反射法进行无损检测的目标。此外, 无损检测的另一个分支一一钻芯法、拔出法、射钉法等半破损法也得到了发展,从而形 成了一个较为完整的混凝土无损检测方法体系。 随着混凝土无损检测方法日臻成熟,许多国家开始了这类检测方法的标准化 工作,其中以ASTM所颁布的有关标准最多,这些标准有《硬化混凝土射人阻力试验方法》 (C803一82)、《结构混凝土抽样与检测方法》(C823—83)、《混凝土超声脉冲速度试验 方法》(C579-—-83)、《硬化混凝土回弹试验方法》(C805-85)、《就地灌注圆柱试样 抗压强度试验方法》(C873—850、《硬化混凝土拔出强度试验方法》(C900-87)、《成 熟度估算混凝土强度的方法》(C1074-87)等。此外还有《硬化混凝土超声脉冲速度的 测定》(①IN/BO8047)俄罗斯的《混凝土超声测强度》(GOST17624),英国的《测试混 凝土中超声速度》(BSl881:Part203),捷克和斯洛伐克的《用超声脉冲检测混凝土的 方法》(STN73—1371)等。与此同时国际标准化组织(IS0)及材料与结构试验研究国际 第3页共34页
混凝土无损检测超声—回弹综合法实验研究 第 3 页 共 34 页 发射技术被引入混凝土检测体系，吕施(H．Ruseh)、格林(A．T．Green)等人先后研究 了混凝土的声发射特性，为声发射技术在混凝土结构中的应用打下了基础。Cook在1960 年用脉冲雷达在矿井中做了试验．探地雷达的初期应用，仅限于对电磁波吸收很弱的冰 层、岩盐等介质中．如1970年Harison在南极冰层上， 取得了800．1 200m穿透深度资 料．1974年Unterberger R．R．探测了盐矿中夹层等． 随着电子计算机技术的发展以 及现代数据处理技术的应用，70年代后， 探地雷达的应用从冰层、盐矿等弱介质扩展 到土层、煤层、岩层等有耗介质．探地雷达的应用范围迅速扩大，现已覆盖考古、矿产 资源勘探、岩十勘查、无损检测及工程建筑物结构调查等众多领域， 并开发了用于地 面、钻孔与航空卫星上的探地雷达技术．探地雷达(Ground Penetrating Radia，GPR方 法是一种用于确定地下介质分布的广谱技术．今天， 无论是雷达本身的技术性能还是 它的应用范围都有了较大的发展． 目前国内外所使用的探地雷达都属于脉冲反射雷达， 通过发射和接收从地下目标反射回来的雷达波脉冲(或称子波)，继而成象或图象重构， 达到勘探和检测地下目标的日的． 因此， 子波脉冲是否尖锐乃是分辨率的关键．影响 子波波长的因素比较复杂，人致有三个因素；1)主频： 主频越高， 子波的一个单波波 长越短；2)频宽： 所占频带越宽， 子波的主峰越突出，旁瓣越少：3)陡度： 频带边 界的斜率变缓，子波变得越来越细长．目前，探地雷达的应用十分广泛， 在工程质量 检测中，能检测出公路路面厚度，其误差小于lcm； 通过测定路面吸收系数来检测路面 密实度； 还可检测路基和路面的缺陷， 如裂缝空洞 等．在工程地质勘查中，能对地 下剖面进行连续扫描， 从图像上可以清晰地看到地下岩土的分布状况．在滑坡调研中， 从探地雷达图像可清晰地显示出地表层与基岩弱透水层之间相对透水的地层．这种地层 可造成地下水沿基岩向斜坡下的流动，雨季在滑坡坡脚常见有水从地层中渗出即证实了 这种水流的存在．80年代中期，美国的MarySansalone和NicholasJ．Carino实现了在水 泥混凝土等集结型非金属、复合材料中采用机械波反射法进行无损检测的目标。此外， 无损检测的另一个分支——钻芯法、拔出法、射钉法等半破损法也得到了发展，从而形 成了一个较为完整的混凝土无损检测方法体系。 随着混凝土无损检测方法日臻成熟，许多国家开始了这类检测方法的标准化 工作，其中以ASTM所颁布的有关标准最多，这些标准有《硬化混凝土射人阻力试验方法》 (C 803—82)、《结构混凝土抽样与检测方法》(C 823—83)、《混凝土超声脉冲速度试验 方法》(C 579---83)、《硬化混凝土回弹试验方法》(C 805—85)、《就地灌注圆柱试样 抗压强度试验方法》(C 873—850、《硬化混凝土拔出强度试验方法》(C900--87)、《成 熟度估算混凝土强度的方法》(C 1074--87)等。此外还有《硬化混凝土超声脉冲速度的 测定》(DIN／BO 8047)俄罗斯的《混凝土超声测强度》(GOSTl7624)，英国的《测试混 凝土中超声速度》(BSl881：Part 203)，捷克和斯洛伐克的《用超声脉冲检测混凝土的 方法》(STN 73—1371)等。与此同时国际标准化组织(ISO)及材料与结构试验研究国际
混凝土无损捡测超声一回弹综合法实验研究 联合组织( RILEM)也先后提出了若干项相关的国际标准。这些工作对结构混凝土无损检 测技术的工程应用起了良好的促进作用 近年来,国外在这方面的研究工作方兴未艾,尤其值得注意的是,随着科学技术 的发展,无损检测技术也突破了原有的范畴,涌现出一批新的测试方法,包括微波吸收、 雷达扫描、红外热谱、脉冲回波等新技术。而且,测试内容由强度推定、内部缺陷探测 等扩展到更广泛的范畴,其功能由事后质量检测,发展到了事前的质量反馈控 混凝土无损检测技术的发展虽然时快时慢,但由于工程建设的实际需要,它始 终具有较强的生命力。可以预料,随着科学技术的发展和工程建设规模的不断扩大,无 损检测技术的发展前景是广阔的。t 1.2.2我国混凝土无损检测技术的发展历程 我国在这一领域的研究工作始于20世纪50年代中期,开始引进瑞士、英国、波 兰等国的回弹仪和超声仪,并结合工程应用开展了许多研究工作。60年代初即开始批量 生产回弹仪,并研制成功了多种型号的超声检测仪;在检测方法方面也取得了许多进展。 70年代以后,我国曾多次组织力量合作攻关,80年代着手制订了一系列技术规程,并引 进了许多新的检测技术,大大推进了结构混凝土无损检测技术的研究和应用。随着电子 技术的发展,仪器的研制工作也取得了新的成就,并逐步形成了自己的生产体系。90年 代以来,无损检测技术继续向更深的层次发展,许多新技术得到应用,检测人员队伍不 断壮大,素质迅速提高。纵观整个发展历程,我国无损检测技术的发展是非常迅速的, 我们可以从下面几个方面叙述这一发展的过程 (一)在测试技术方面的发展 早在20世纪50年代中期,随着我国基本建设规模的扩大,混凝土无损检测技术 就已引起工程界的重视。当时,我国与建设工程有关的主要研究院所及高等院校都开展 了这方面的研究工作,并将研究内容列入了我国第一个科技发展十二年规划。 在早期的研究中值得一提的是同济大学在该领域中作出了开拓性的贡献。当时 的同济大学声学研究室与材性研究室在我国著名声学专家魏墨盒教授的带领下,首先开 展了混凝土超声检测方法的研究,试验研究了混凝土强度及配合比参数与超声脉冲速 度、衰减系数等声学参数之间的相互关系,并于1964年研制出我国第一台非金属超声仪 60年代初,我国已能生产回弹仪,并对回弹法的研究日趋成熟。在超声法研究 方面,主要是运用超声脉冲法进行裂缝探测及运用专用曲线法进行强度检测,并大量引 进前苏联及东欧国家的研究成果和检测经验。与此同时,在国内也有许多新的探索,在 测强方面,一些研究者试图消除混凝土中砂石含量对“声速一一强度”关系的影响,以 便建立一条适应范围较广的基准曲线,在这方面获得一定成果的有建材研究院提出的 “水泥净浆声速核算法”,陕西省建筑科学硏究院提岀的“砂浆声速核算法”,以及湖 第4页共34页
混凝土无损检测超声—回弹综合法实验研究 第 4 页 共 34 页 联合组织(RILEM)也先后提出了若干项相关的国际标准。这些工作对结构混凝土无损检 测技术的工程应用起了良好的促进作用。 近年来，国外在这方面的研究工作方兴未艾，尤其值得注意的是，随着科学技术 的发展，无损检测技术也突破了原有的范畴，涌现出一批新的测试方法，包括微波吸收、 雷达扫描、红外热谱、脉冲回波等新技术。而且，测试内容由强度推定、内部缺陷探测 等扩展到更广泛的范畴，其功能由事后质量检测，发展到了事前的质量反馈控 制。 。 混凝土无损检测技术的发展虽然时快时慢，但由于工程建设的实际需要，它始 终具有较强的生命力。可以预料，随着科学技术的发展和工程建设规模的不断扩大，无 损检测技术的发展前景是广阔的。【1】 1.2.2我国混凝土无损检测技术的发展历程 我国在这一领域的研究工作始于20世纪50年代中期，开始引进瑞士、英国、波 兰等国的回弹仪和超声仪，并结合工程应用开展了许多研究工作。60年代初即开始批量 生产回弹仪，并研制成功了多种型号的超声检测仪；在检测方法方面也取得了许多进展。 70年代以后，我国曾多次组织力量合作攻关，80年代着手制订了一系列技术规程，并引 进了许多新的检测技术，大大推进了结构混凝土无损检测技术的研究和应用。随着电子 技术的发展，仪器的研制工作也取得了新的成就，并逐步形成了自己的生产体系。90年 代以来，无损检测技术继续向更深的层次发展，许多新技术得到应用，检测人员队伍不 断壮大，素质迅速提高。纵观整个发展历程，我国无损检测技术的发展是非常迅速的， 我们可以从下面几个方面叙述这一发展的过程： (一) 在测试技术方面的发展 早在20世纪50年代中期，随着我国基本建设规模的扩大，混凝土无损检测技术 就已引起工程界的重视。当时，我国与建设工程有关的主要研究院所及高等院校都开展 了这方面的研究工作，并将研究内容列入了我国第一个科技发展十二年规划。 在早期的研究中值得一提的是同济大学在该领域中作出了开拓性的贡献。当时 的同济大学声学研究室与材性研究室在我国著名声学专家魏墨盒教授的带领下，首先开 展了混凝土超声检测方法的研究，试验研究了混凝土强度及配合比参数与超声脉冲速 度、衰减系数等声学参数之间的相互关系，并于1964年研制出我国第一台非金属超声仪。 60年代初，我国已能生产回弹仪，并对回弹法的研究日趋成熟。在超声法研究 方面，主要是运用超声脉冲法进行裂缝探测及运用专用曲线法进行强度检测，并大量引 进前苏联及东欧国家的研究成果和检测经验。与此同时，在国内也有许多新的探索，在 测强方面，一些研究者试图消除混凝土中砂石含量对“声速——强度”关系的影响，以 便建立一条适应范围较广的基准曲线，在这方面获得一定成果的有建材研究院提出的 “水泥净浆声速核算法”，陕西省建筑科学研究院提出的“砂浆声速核算法”，以及湖
混凝土无损捡测超声一回弹综合法实验研究 南大学提出的“声速衰减综合测强法”等。但这些方法都因测试方法或核算方法的烦琐 而未能得到广泛应用。但它所提出的问题和思路,至今仍对测强研究有所启示。在测缺 方面,南京水利科学研究院提出了用概率法判断缺陷的方法,使原来的经验判断上升为 数值判据判断。 70年代后期,我国混凝土无损检测技术的研究进入了一个新的发展期。1978年 以中国建筑科学研究院、陕西省建筑科学研究院为首组成了以建工系统为主的全国性协 作组,其后又吸收其他系统单位参加。协作组的成立加强了各单位间的交流,也就一些 共同关心的问题进行了合作研究,例如超声测试中仪器零读数(t)问题。协作组对仪 器零读数产生的机理、不同介质仪器零读数的差异及如何进行统一标定曾进行过联合试 验和研究。 20世纪80年代,研究工作得到快速发展,具体如下: 中国建筑科学研究院进行了综合法测强的研究,首次提出了北京地区的超声法 测强曲线。 南京水利科学硏究院进行了超声法测强、超声法测量缺陷、裂缝深度的硏究。 同济大学进行了超声测缺、超声法测强、超声法测厚及超声波检测仪的研 湖南大学进行了超声检测影响因素及混凝土中声波衰减及频谱分析的研究。 陕西省建筑科学硏究院进行了测缺、超声法测量火灾后损伤层厚度的硏究。 这些研究取得了一系列首创性的成果,包括: 测强方面超声测强的主要影响因素:石子的品种、粒径、用量:钢筋的影 响及修正;混凝土湿度、养护方法的影响及修正;测试距离的影响及修正;测试频率的 影响及修正等。 测裂缝方面平测法测裂缝的方法及修正距离的研究;钢筋的影响及修正 钻孔法测裂缝的研究和应用斜测法测裂缝的研究及应用等。 测缺陷方面概率判断法的进一步改进和完善;斜测交汇法的研究应用;缺 陷尺寸估计;多参数综合判断的应用;波形方面的研究;频率测量方面的研究和应用; 衰减系数、频谱分析应用和测定方法的研究;火灾后损伤层厚度的测定方法等 在这时期,许多地区通过试验研究,制定了本地区的强度换算曲线,推动了超 声回弹综合法的提高和应用 随着超声检测技术的发展,应用的范围不断扩大,研究深度不断加深,从20世 纪50~60年代主要在地上结构检测发展到地上和地(水)下,包括一些隐蔽工程,如灌注 桩、地下防渗墙、水下结构的检测、坝基及灌浆效果的检测等;从一般两面临空的梁、 柱、墩结构检测发展到单面临空的大体积检测;探测距离从1-2m发展到10-20m;从以 声速一个参数为主发展到声速、振幅、频率、波形多参数的综合运用。特别在超声探测 第5页共34页
混凝土无损检测超声—回弹综合法实验研究 第 5 页 共 34 页 南大学提出的“声速衰减综合测强法”等。但这些方法都因测试方法或核算方法的烦琐 而未能得到广泛应用。但它所提出的问题和思路，至今仍对测强研究有所启示。在测缺 方面，南京水利科学研究院提出了用概率法判断缺陷的方法，使原来的经验判断上升为 数值判据判断。 70年代后期，我国混凝土无损检测技术的研究进入了一个新的发展期。1978年， 以中国建筑科学研究院、陕西省建筑科学研究院为首组成了以建工系统为主的全国性协 作组，其后又吸收其他系统单位参加。协作组的成立加强了各单位间的交流，也就一些 共同关心的问题进行了合作研究，例如超声测试中仪器零读数( t )问题。协作组对仪 器零读数产生的机理、不同介质仪器零读数的差异及如何进行统一标定曾进行过联合试 验和研究。 20世纪80年代，研究工作得到快速发展，具体如下： 中国建筑科学研究院进行了综合法测强的研究，首次提出了北京地区的超声法 测强曲线。 南京水利科学研究院进行了超声法测强、超声法测量缺陷、裂缝深度的研究。 同济大学进行了超声测缺、超声法测强、超声法测厚及超声波检测仪的研 究。 湖南大学进行了超声检测影响因素及混凝土中声波衰减及频谱分析的研究。 陕西省建筑科学研究院进行了测缺、超声法测量火灾后损伤层厚度的研究。 这些研究取得了一系列首创性的成果，包括： 测强方面 超声测强的主要影响因素：石子的品种、粒径、用量；钢筋的影 响及修正；混凝土湿度、养护方法的影响及修正；测试距离的影响及修正；测试频率的 影响及修正等。 测裂缝方面 平测法测裂缝的方法及修正距离的研究；钢筋的影响及修正； 钻孔法测裂缝的研究和应用 斜测法测裂缝的研究及应用等。 测缺陷方面 概率判断法的进一步改进和完善；斜测交汇法的研究应用；缺 陷尺寸估计；多参数综合判断的应用；波形方面的研究；频率测量方面的研究和应用； 衰减系数、频谱分析应用和测定方法的研究；火灾后损伤层厚度的测定方法等。 在这时期，许多地区通过试验研究，制定了本地区的强度换算曲线，推动了超 声回弹综合法的提高和应用。 随着超声检测技术的发展，应用的范围不断扩大，研究深度不断加深，从20世 纪50~60年代主要在地上结构检测发展到地上和地(水)下，包括一些隐蔽工程，如灌注 桩、地下防渗墙、水下结构的检测、坝基及灌浆效果的检测等；从一般两面临空的梁、 柱、墩结构检测发展到单面临空的大体积检测；探测距离从1—2m发展到10-20m；从以 声速一个参数为主发展到声速、振幅、频率、波形多参数的综合运用。特别在超声探测
混凝土无损捡测超声一回弹综合法实验研究 缺陷、裂缝方面,形成了从测试方法、数据处理到分析判断的一整套技术,在实际工程 应用中取得了良好效果,许多重大工程都采用了超声检测。 在应用的发展方面,80年代中期有一个重大发展,这就是超声检测混凝土灌注 桩。1984年,湖南大学和河南省交通厅等单位首次运用超声法在灌注桩预埋钢管中进行 检测,在郑州黄河大桥的灌注桩检测中取得成功并提出另一种判断桩内缺陷的方法,声 参数一深度曲线相邻两点之间的斜率与差值之积,简称PSD判据。其后,还出现了其他 些判断分析方法。随后,许多单位都相继开展超声波检测混凝土灌注桩的研究和应用。 由于声波法测桩具有不受桩长桩径的影响,探测结果精确可靠,很快在国内普遍推广应 用,特别是大型桥梁的桩基检测中已普遍采用声波法,取得了很好的社会和经济效益, 成为超声法检测混凝土的一个新热点。 近20年来,在我国的道桥建设飞速发展的同时,也有大批既有道路与桥梁相继进入 老化时期。为此,为了确保道桥结构的安全运营,对道桥检测工作提出了更髙的要求, 道桥检测工作亦由此愈发显得重要。目前国内外在道桥检测方面继出现了许多现代检测 技术与检测方法,其中比较具代表性的,国内外学者关注最多的是桥梁的健康诊断无损 检测。道桥的无损检测技术的发展始于20世纪30年代初,目前已形成了一个较完整的无 损检测体系。光纤传感技术是利用光纤对某些特定的物理量敏感的特性,将外界物理量 转换成可以直接测量的光信号的技术。从20世纪70年代中期至今,光纤传感技术经过20 多年的飞速发展已经有了很大的进步,已成功研制百余种光纤传感器。它已涉及到国防 军事、航天航空、工矿仚业、能源环保、生物医药、计量测试、自动控制和家用电器等 各种领域。将光纤传感器应用于桥梁测量中,可实现对桥梁钢索的索力及预应力连续混 凝土梁内部应力、应变特性的测量和监测,构成所谓的光纤智能桥梁。光纤传感器与传 统的传感器相比主要差别在于:传统的传感器是以应变-电量为基础,以电信号为转换 及传输的载体,用导线传输电信号,因而使用时受到环境的限制,如环境湿度太大可能 引起短路,特别是髙温和易燃、易爆环境中易引起火灾等。光纤应变传感器是以光信号 为变换和传输的载体,利用光纤传输信号,它的优点是:光纤是由石英玻璃制成的,是 种介质、绝缘体,且耐高压、耐腐蚀,能在易燃易爆的环境下可靠运行;光纤为无源 器件,对被测对象不产生影响;光纤体积小,重量轻,可做成任意形状的传感器阵列 光纤传感器的载体是光。我国从20世纪90年代开始了对光纤传感技术的应用研究。同济 大学、重庆大学、哈尔滨工程大学等院校对光纤传感器应用于桥梁检测进行了理论研究, 并已应用于桥梁检测中,取得了较好的效果。其中重庆大学已把其在光纤传感技术方面 的研究成果应用在重庆槽坊立交桥的长期在线动态远程健康监测中,证明了其技术的可 行性。把光纤传感技术运用到桥梁检测中给桥梁健康监测和安全评价注入了新的活力。 利用光纤传感技术进行无损检测虽然有精度高和实用性强,以及对桥梁能进行健康诊断 等的独特的优越性能,在桥梁检测中的应用形式比较乐观,然而,因其价格昂贵,针对 第6页共34页
混凝土无损检测超声—回弹综合法实验研究 第 6 页 共 34 页 缺陷、裂缝方面，形成了从测试方法、数据处理到分析判断的一整套技术，在实际工程 应用中取得了良好效果，许多重大工程都采用了超声检测。 在应用的发展方面，80年代中期有一个重大发展，这就是超声检测混凝土灌注 桩。1984年，湖南大学和河南省交通厅等单位首次运用超声法在灌注桩预埋钢管中进行 检测，在郑州黄河大桥的灌注桩检测中取得成功并提出另一种判断桩内缺陷的方法，声 参数一深度曲线相邻两点之间的斜率与差值之积，简称PSD判据。其后，还出现了其他 一些判断分析方法。随后，许多单位都相继开展超声波检测混凝土灌注桩的研究和应用。 由于声波法测桩具有不受桩长桩径的影响，探测结果精确可靠，很快在国内普遍推广应 用，特别是大型桥梁的桩基检测中已普遍采用声波法，取得了很好的社会和经济效益， 成为超声法检测混凝土的一个新热点。 近20年来，在我国的道桥建设飞速发展的同时，也有大批既有道路与桥梁相继进入 老化时期。为此，为了确保道桥结构的安全运营，对道桥检测工作提出了更高的要求， 道桥检测工作亦由此愈发显得重要。目前国内外在道桥检测方面继出现了许多现代检测 技术与检测方法，其中比较具代表性的，国内外学者关注最多的是桥梁的健康诊断无损 检测。道桥的无损检测技术的发展始于20世纪30年代初，目前已形成了一个较完整的无 损检测体系。光纤传感技术是利用光纤对某些特定的物理量敏感的特性，将外界物理量 转换成可以直接测量的光信号的技术。从20世纪70年代中期至今，光纤传感技术经过20 多年的飞速发展已经有了很大的进步，已成功研制百余种光纤传感器。它已涉及到国防 军事、航天航空、工矿企业、能源环保、生物医药、计量测试、自动控制和家用电器等 各种领域。将光纤传感器应用于桥梁测量中，可实现对桥梁钢索的索力及预应力连续混 凝土梁内部应力、应变特性的测量和监测，构成所谓的光纤智能桥梁。光纤传感器与传 统的传感器相比主要差别在于：传统的传感器是以应变-电量为基础，以电信号为转换 及传输的载体，用导线传输电信号，因而使用时受到环境的限制，如环境湿度太大可能 引起短路，特别是高温和易燃、易爆环境中易引起火灾等。光纤应变传感器是以光信号 为变换和传输的载体，利用光纤传输信号，它的优点是：光纤是由石英玻璃制成的，是 一种介质、绝缘体，且耐高压、耐腐蚀，能在易燃易爆的环境下可靠运行；光纤为无源 器件，对被测对象不产生影响； 光纤体积小，重量轻，可做成任意形状的传感器阵列； 光纤传感器的载体是光。我国从20世纪90年代开始了对光纤传感技术的应用研究。同济 大学、重庆大学、哈尔滨工程大学等院校对光纤传感器应用于桥梁检测进行了理论研究， 并已应用于桥梁检测中，取得了较好的效果。其中重庆大学已把其在光纤传感技术方面 的研究成果应用在重庆槽坊立交桥的长期在线动态远程健康监测中，证明了其技术的可 行性。把光纤传感技术运用到桥梁检测中给桥梁健康监测和安全评价注入了新的活力[3]。 利用光纤传感技术进行无损检测虽然有精度高和实用性强，以及对桥梁能进行健康诊断 等的独特的优越性能，在桥梁检测中的应用形式比较乐观，然而，因其价格昂贵，针对
混凝土无损捡测超声一回弹综合法实验研究 我国的国情该项技术在我国的桥梁检测中还难以推 80年代,除了超声、回弹等无损检测方法日趋成熟外,中国建筑科学研究院又 进行了钻芯法研究,哈尔宾建筑大学进行了后装拔出法的研究,使无损检测的内容进 步扩大 作为上述研究成果的必然结果,我国在80年代开始制订了一系列有关混凝土无 损检测的技术规程并进行了多次修订,其中包括《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》 (JGJ/T23—2001),《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS02:8),《超 声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS21:2000,《后装拔击法检测混凝土强度技术规 程》(CECS69:94),《基桩低应变动力检测规程》(JGJ/T93--95),《水运工程混凝土 试验规程》(JTJ270—-98)及《水工混凝土试验规程》(SD105-82)等行业标准和协会 标准。随后,一些省市也编制了相应的地方规程。各项规程的不断完善,大大促进了无 损检测技术的工程应用和普及。 进入90年代以来,我国建设工程质量管理引起广泛关注并提出一系列重大举 措,从而进一步加强了无损检测技术在建设工程质量管理中的作用和责任,也进一步推 动了检测方法方面的蓬勃发展,已有方法更趋成熟和普及,同时新的方法不断涌现。其 中,雷达技术,红外成像技术,冲击回波技术等都进入了实用阶段,在声学检测技术方 面的最大进展,则体现在对检测结果分析技术方面的突飞猛进,例如在测缺技术方面, 其分析判断方法由经验性判断上升为数值判据判断,又由数值判据上升为成像判断。测 试仪器也由模拟型仪器发展成为数字型仪器,为信号分析提供了物质基础。2000年1月 3013国务院颁布明确了建设单位,勘察、设计单位、施工 单位和监理单位的责任和义务,并提出主体结构工程,地基础工程在设计文件规定的合 理使用年限内长期保修和对事故责仼人终生追究法律责任。2001年,建设部全面贯 彻有关标准的强制性条文.进一步完善建设工程的标准体系和明确了质量管理的技术依 据。随着这些措施的落实,无损检测技术在建设工程质量管理中的作用和责任日益明 显。这些工程质量是由一系列工程技术指标来体现的,这些指标的标准值又是通过检测 来获取的,如果检测结果不准确则必将对工程质量造成误判。目前施工质量控制和验收 还仅仅建立在前期材料试件检测和外观检测的基础上,但结构物的原位质量才是实际的 工程质量,而原位质量只能通过无损的手段来获取,因此,随着我国建筑工程规模的不 断扩大,以及质量管理的不断深入,混凝土无损检测技术应适应新的需要,必将有更大 的发展 (二)检测仪器方面的发展 混凝土声测仪器与混凝土声测技术是在相互制约而又相互促进的过程中得到 发展的,我国混凝土声测仪器的发展大致经历了4个阶段: 60年代是声波检测技术的开拓阶段,声测仪是电子管式的仪器,如UCT-2型 第7页共34页
混凝土无损检测超声—回弹综合法实验研究 第 7 页 共 34 页 我国的国情该项技术在我国的桥梁检测中还难以推广。 80年代，除了超声、回弹等无损检测方法日趋成熟外，中国建筑科学研究院又 进行了钻芯法研究，哈尔宾建筑大学进行了后装拔出法的研究，使无损检测的内容进一 步扩大。 作为上述研究成果的必然结果，我国在80年代开始制订了一系列有关混凝土无 损检测的技术规程并进行了多次修订，其中包括《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》 (JGJ／T 23—2001)，《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS02：88)，《超 声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS21：2000)，《后装拔击法检测混凝土强度技术规 程》(CECS69：94)，《基桩低应变动力检测规程》(JGJ／T93---95)，《水运工程混凝土 试验规程》(JTJ 270---98)及《水工混凝土试验规程》(SDl05—82)等行业标准和协会 标准。随后，一些省市也编制了相应的地方规程。各项规程的不断完善，大大促进了无 损检测技术的工程应用和普及。 进入90年代以来，我国建设工程质量管理引起广泛关注并提出一系列重大举 措，从而进一步加强了无损检测技术在建设工程质量管理中的作用和责任，也进一步推 动了检测方法方面的蓬勃发展，已有方法更趋成熟和普及，同时新的方法不断涌现。其 中，雷达技术，红外成像技术，冲击回波技术等都进入了实用阶段，在声学检测技术方 面的最大进展，则体现在对检测结果分析技术方面的突飞猛进，例如在测缺技术方面， 其分析判断方法由经验性判断上升为数值判据判断，又由数值判据上升为成像判断。测 试仪器也由模拟型仪器发展成为数字型仪器，为信号分析提供了物质基础。2000年1月 30 13国务院颁布>明确了建设单位，勘察、设计单位、施工 单位和监理单位的责任和义务，并提出主体结构工程，地基础工程在设计文件规定的合 理使用年限内长期保修和对事故责任人终生追究法律责任。2 0 0 1年，建设部全面贯 彻有关标准的强制性条文．进一步完善建设工程的标准体系和明确了质量管理的技术依 据。随着这些措施的落实， 无损检测技术在建设工程质量管理中的作用和责任日益明 显。这些工程质量是由一系列工程技术指标来体现的，这些指标的标准值又是通过检测 来获取的，如果检测结果不准确则必将对工程质量造成误判。目前施工质量控制和验收 还仅仅建立在前期材料试件检测和外观检测的基础上，但结构物的原位质量才是实际的 工程质量，而原位质量只能通过无损的手段来获取，因此，随着我国建筑工程规模的不 断扩大，以及质量管理的不断深入，混凝土无损检测技术应适应新的需要，必将有更大 的发展 (二)检测仪器方面的发展 混凝土声测仪器与混凝土声测技术是在相互制约而又相互促进的过程中得到 发展的，我国混凝土声测仪器的发展大致经历了4个阶段： 60年代是声波检测技术的开拓阶段，声测仪是电子管式的仪器，如UCT-2型
混凝土无损捡测超声一回弹综合法实验研究 CIS-10型等,现已被淘汰。 70年代是超声检测方法研究及推广应用阶段,声测仪是晶体管化集成电路模拟 超声仪, 首先推出的是湘潭无线电厂的SYC-2型岩石声波检测仪,之后相继推出的是天津建筑仪 器厂的SC-2型和汕头超声电子仪器厂的CTS-25型等,这类仪器一般具有示波及数码管显 示装置,手动游标读取声学参量,市场拥有量约有几千台,为推动我国混凝土声测技术 的发展发挥了重要作用。在70年代中期我国生产的非金属超声仪及其配套使用的换能器 与国外同类仪器相比(如美国CNC公司的 Pundit型,波兰的N2701,日本 MARUT公司的 Min-1150--03型等),在技术性能方面已达到或超过它们的水平。 80年代是进一步发展与提高阶段,80年代初期国外推出了电脑控制的声波检测 仪(如日 本0YO公司的5217A型等),混凝土超声仪进入了数字化仪器阶段,数字化声学信号数据 处理技术的应用,推动了声测技术的发展,而我国却由于多种原因在计算机的应用方面 落后国外水平。80年代末期,我国开始数字化混凝土超声仪的研究,之后以很快的速度 发展,整机化的由微机控制的声测仪产生于80年代末到90年代初,这批仪器均采用 Z80C門U,通过仪器与微机的联系,实现了不同程度的声参量的自动检测,并具有一定的 处理能力,使现场检测及后期数据处理速度大大加快。但由于受到数据采集速度以及存 储容量和软件语言等方面的限制,无法实时动态地显示波形变化,难于承担需要大量处 理单元和高速运算能力支持的信息处理工作,也不便于软件的再开发。作为初级数字化 超声仪的代表型号为CTS-35型,CTS-45型和UTA2000A型 90年代是追赶并超过国际水平的阶段,随着声测技术的发展,检测市场的扩 大以及计算机技术的深入应用。自90年代中期以来,我国各种型号的数字式超声仪相继 问世,首先推出的是北京市市政工程研究院(北京康科瑞公司)的M-2A型,随后该型仪 器不断更新,形成了MM系列。MM系列超声仪的最大特点是在计算机和数据采集系统之间, 通过高速数据传输①DMA)方式,实现了波形的动态实时显示,并以软硬件相结合的方式, 创造性地解决了声学参量的自动判读技术,从而在高噪声弱信号的恶劣测试条件下,仍 然可快速准确地完成自动检测,大大提高了测试精度和测试效率,对超声检测技术的推 广是有力的推动。之后相继推出的有岩海公司的RS- UTOIC型、同济大学的U- Sonic型 岩土所的 RSM-SY2等等 在超声检测仪迅速发展的同时,其他检测方法的仪器也有了很大发展,其中包 括各种型号的数显式回弹仪,轻便型钻孔取芯机、拔击仪、射钉仪、贯人仪、钢筋保护 层厚度测定仪、钢筋锈蚀仪、脉冲瞬变电磁仪等等。 总之,各种检测设备的研制和生产,为混凝土无损检测技术提供了良好的物质 基础 第8页共34页
混凝土无损检测超声—回弹综合法实验研究 第 8 页 共 34 页 CIS-10型等，现已被淘汰。 70年代是超声检测方法研究及推广应用阶段，声测仪是晶体管化集成电路模拟 超声仪， 首先推出的是湘潭无线电厂的SYC-2型岩石声波检测仪，之后相继推出的是天津建筑仪 器厂的SC-2型和汕头超声电子仪器厂的CTS-25型等，这类仪器一般具有示波及数码管显 示装置，手动游标读取声学参量，市场拥有量约有几千台，为推动我国混凝土声测技术 的发展发挥了重要作用。在70年代中期我国生产的非金属超声仪及其配套使用的换能器 与国外同类仪器相比(如美国CNC公司的Pundit型，波兰的N2701，日本MARUT公司的 Min-1150---03型等)，在技术性能方面已达到或超过它们的水平。 80年代是进一步发展与提高阶段，80年代初期国外推出了电脑控制的声波检测 仪(如日 本OYO公司的5217A型等)，混凝土超声仪进入了数字化仪器阶段，数字化声学信号数据 处理技术的应用，推动了声测技术的发展，而我国却由于多种原因在计算机的应用方面 落后国外水平。80年代末期，我国开始数字化混凝土超声仪的研究，之后以很快的速度 发展，整机化的由微机控制的声测仪产生于80年代末到90年代初，这批仪器均采用 Z80CPU，通过仪器与微机的联系，实现了不同程度的声参量的自动检测，并具有一定的 处理能力，使现场检测及后期数据处理速度大大加快。但由于受到数据采集速度以及存 储容量和软件语言等方面的限制，无法实时动态地显示波形变化，难于承担需要大量处 理单元和高速运算能力支持的信息处理工作，也不便于软件的再开发。作为初级数字化 超声仪的代表型号为CTS-35型，CTS-45型和UTA2000A型。 90年代是追赶并超过国际水平的阶段，随着声测技术的发展，检测市场的扩 大以及计算机技术的深入应用。自90年代中期以来，我国各种型号的数字式超声仪相继 问世，首先推出的是北京市市政工程研究院(北京康科瑞公司)的NM-2A型，随后该型仪 器不断更新，形成了NM系列。NM系列超声仪的最大特点是在计算机和数据采集系统之间， 通过高速数据传输(DMA)方式，实现了波形的动态实时显示，并以软硬件相结合的方式， 创造性地解决了声学参量的自动判读技术，从而在高噪声弱信号的恶劣测试条件下，仍 然可快速准确地完成自动检测，大大提高了测试精度和测试效率，对超声检测技术的推 广是有力的推动。之后相继推出的有岩海公司的RS-UTOIC型、同济大学的U-Sonic型、 岩土所的RSM-SY2等等。 在超声检测仪迅速发展的同时，其他检测方法的仪器也有了很大发展，其中包 括各种型号的数显式回弹仪，轻便型钻孔取芯机、拔击仪、射钉仪、贯人仪、钢筋保护 层厚度测定仪、钢筋锈蚀仪、脉冲瞬变电磁仪等等。 总之，各种检测设备的研制和生产，为混凝土无损检测技术提供了良好的物质 基础
混凝土无损捡测超声一回弹综合法实验研究 (三)学术交流的发展 自20世纪70年代后期,在中国建筑科学研究院的主持下,成立无损检测技术协 作组以来,无损检测技术的学术交流活动从未间断 1985年,中国建筑学会施工学术委员会下的混凝土质量控制与非破损检测学组 成立,挂靠单位为中国建筑科学研究院。其中非破损检测部分后来改为属于中国土木工 程学会混凝土及预应力混凝土学会下的建设工程无损检测委员会。 1986年,中国水利学会施工专业委员会无损检测学组成立,挂靠南京水利科学 研究院。 中国声学学会下属的检测声学委员会,挂靠同济大学。 这些学术组织都在混凝土声学检测方面作过大量工作,组织多次学术交流会,出版论文 集,推动了声波检测技术的发展。例如土木工程学会建设工程无损检测委员会,从1984 年起就主持召开过7次全国性的无破损检测学术交流会,出版了多期论文集。委员会还 组织委员们翻译国外研究文集,编辑出版了2本国际土木工程无损检测会议论文集。另 外,还邀请罗马尼亚、日本等国的专家来华讲学、交流。我国从事混凝土无损检测的工 程技术人员也以各种形式参与国际交流,其中包括访问、进修、参加学术会议,参与实 际工程检测及仪器展览等。这些交流活动无疑为我国混凝土无损检测技术的发展起了推 动作用 1.3本论文的主要研究对象 13.1各种无损检测方法工作原理及其特点评述 (一)回弹法 回弹法是以在混凝土结构或构件上测得的回弹值和碳化深度来评定混凝土结构或 构件强度的一种方法,它不会对结构或构件的力学性质和承载能力产生不利影响,在工 程上已得到广泛应用.回弹法使用的仪器为回弹仪,它是一种直射锤击式仪器,是用一 弹击锤来冲击与混凝土表面接触的弹击杆,然后弹击锤向后弹回,并在回弹仪的刻度标 尺上指示出回弹数值.回弹值的大小取决于与冲击能量有关的回弹能量,而回弹能量则 反映了混凝土表层硬度与混凝土抗压强度之间的函数关系,即可以在混凝土的抗压强度 与回弹值之间建立起一种函数关系,以回弹值来表示混凝土的抗压强度.回弹法只能测 得混凝土表层的质量状况,内部情况却无法得知,这便限制了回弹法的应用范围,但由 于回弹法操作简便,价格低廉,在工程上还是得到了广泛应用. (二)超声波法 超声波法检测混凝土常用的频率为20~250kz,它既可用于检测混凝土强度,也可 用于检测混凝土缺陷.超声波在混凝土中的传播速度与混凝土的弹性性质密切相关,而 混凝土的弹性性质又可以反映其强度大小,从而可以在混凝土超声波传播速度与其强度 第9页共34页
混凝土无损检测超声—回弹综合法实验研究 第 9 页 共 34 页 (三)学术交流的发展 自20世纪70年代后期，在中国建筑科学研究院的主持下，成立无损检测技术协 作组以来，无损检测技术的学术交流活动从未间断。 1985年，中国建筑学会施工学术委员会下的混凝土质量控制与非破损检测学组 成立，挂靠单位为中国建筑科学研究院。其中非破损检测部分后来改为属于中国土木工 程学会混凝土及预应力混凝土学会下的建设工程无损检测委员会。 1986年，中国水利学会施工专业委员会无损检测学组成立，挂靠南京水利科学 研究院。 中国声学学会下属的检测声学委员会，挂靠同济大学。 这些学术组织都在混凝土声学检测方面作过大量工作，组织多次学术交流会，出版论文 集，推动了声波检测技术的发展。例如土木工程学会建设工程无损检测委员会，从1984 年起就主持召开过7次全国性的无破损检测学术交流会，出版了多期论文集。委员会还 组织委员们翻译国外研究文集，编辑出版了2本国际土木工程无损检测会议论文集。另 外，还邀请罗马尼亚、日本等国的专家来华讲学、交流。我国从事混凝土无损检测的工 程技术人员也以各种形式参与国际交流，其中包括访问、进修、参加学术会议，参与实 际工程检测及仪器展览等。这些交流活动无疑为我国混凝土无损检测技术的发展起了推 动作用。【6】 1.3 本论文的主要研究对象 1.3.1 各种无损检测方法工作原理及其特点评述 （一）回弹法 回弹法是以在混凝土结构或构件上测得的回弹值和碳化深度来评定混凝土结构或 构件强度的一种方法，它不会对结构或构件的力学性质和承载能力产生不利影响，在工 程上已得到广泛应用．回弹法使用的仪器为回弹仪，它是一种直射锤击式仪器，是用一 弹击锤来冲击与混凝土表面接触的弹击杆，然后弹击锤向后弹回，并在回弹仪的刻度标 尺上指示出回弹数值．回弹值的大小取决于与冲击能量有关的回弹能量，而回弹能量则 反映了混凝土表层硬度与混凝土抗压强度之间的函数关系，即可以在混凝土的抗压强度 与回弹值之间建立起一种函数关系，以回弹值来表示混凝土的抗压强度．回弹法只能测 得混凝土表层的质量状况，内部情况却无法得知，这便限制了回弹法的应用范围，但由 于回弹法操作简便，价格低廉，在工程上还是得到了广泛应用． （二）超声波法 超声波法检测混凝土常用的频率为20～250kHz，它既可用于检测混凝土强度，也可 用于检测混凝土缺陷．超声波在混凝土中的传播速度与混凝土的弹性性质密切相关，而 混凝土的弹性性质又可以反映其强度大小，从而可以在混凝土超声波传播速度与其强度
混凝土无损捡测超声一回弹综合法实验研究 之间建立起一种相关关系,这种关系通常为非线性关系,可用经验公式或专用测强曲线 来表示.由于混凝土本身是一种复合材料,其内部超声波传播速度受许多因素影响,如 钢筋的配置方向、不同骨料及粒径的大小、各组分的比例变化、龄期、养护条件及混凝 土的强度等级等,这些影响因素在建立测强关系时均应进行修正,显然这种修正是一项 很复杂而又烦琐的工作.超声波法检测混凝土缺陷是根据超声波在混凝土中传播的速 度、振幅、相位及主频的变化来判断混凝土内部的缺陷情况.混凝土内部常见的缺陷有: 蜂窝状或松散状的不密实区、空洞、杂物或受意外损伤而形成的酥松区等.当超声波遇 到以上缺陷时,其速度、振幅等常会发生一定程度的异常变化,分析这种异常变化可推 知混凝土内部的缺陷状况.超声波法检测混凝土内部缺陷时常需要进行一定的数据处理 及统计计算,且需要测试人员具有一定的检测经验 (三)超声回弹综合法 回弹法只能测得混凝土表层的强度,内部情况却无法得知,当混凝土的强度较低 时,其塑性变形较大,此时回弹值与混凝土表层强度之间的变化关系不太明显;超声波 在混凝土中的传播速度可以反映混凝土内部的强度变化,但对强度较髙的混凝土,波速 随强度的变化不太明显.如将以上两种方法结合,互相取长补短,通过实验建立超声波 波速一回弹值一混凝土强度之间的相关关系,用双参数来评定混凝土的强度,即为超声 回弹综合法.实践表明该法是一种较为成熟、可靠的混凝土强度检测方法。超声回弹综 合法是以声速值、回弹值与混凝土强度之间的相关关系为基本依据,在自然状态下测试 出混凝土的某些物理量,进而按相关关系推算出混凝土的特征强度。然而混凝土是一种 多相复合材料,均质性较差,应用单一的无损检测方法(如单一回弹法或超声法)推算混 凝土强度,因影响因素多,使推算的混凝土强度不能达到一定的精度。如果采用两种或 两种以上的无损检测方法,获取多种物理力学参量,并建立混凝土强度与多项物理力学 参量的综合相关关系,以便从不同角度综合评价混凝土的强度。由于综合法采用多项物 理力学参量,能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素,并且还能抵消部分影响强度 与物理量相关关系的因素,因而它比单一物理量的无损检测方法具有更高的准确性和可 靠性。 (四)与单一法(回弹法和超声法)相比,综合法具有以下特点 1.减少了岭期和含水率的影响。混凝土的声速值除受粗集料的影响外,还受混凝土 的龄期和含水率等因素的影响。而回弹值除受表面状态的影响外,也受混凝土的龄期和 含水率的影响。但是混凝土的含水率对两者的影响有着本质的区别。混凝土含水率大, 声速值偏髙,而回弹值则偏低;混凝土龄期长,超声声速增长率下降,而回弹值因混凝 土碳化程度增大而提高。因此,二者综合起来可以部分抵消龄期和含水率对测试混凝土 强度的影响。 2.优势互补。一个物理参数只能从某一方面,在一定范围内反映混凝土的力学性能, 第10页共34页
混凝土无损检测超声—回弹综合法实验研究 第 10 页 共 34 页 之间建立起一种相关关系，这种关系通常为非线性关系，可用经验公式或专用测强曲线 来表示．由于混凝土本身是一种复合材料，其内部超声波传播速度受许多因素影响，如 钢筋的配置方向、不同骨料及粒径的大小、各组分的比例变化、龄期、养护条件及混凝 土的强度等级等，这些影响因素在建立测强关系时均应进行修正，显然这种修正是一项 很复杂而又烦琐的工作．超声波法检测混凝土缺陷是根据超声波在混凝土中传播的速 度、振幅、相位及主频的变化来判断混凝土内部的缺陷情况．混凝土内部常见的缺陷有： 蜂窝状或松散状的不密实区、空洞、杂物或受意外损伤而形成的酥松区等．当超声波遇 到以上缺陷时，其速度、振幅等常会发生一定程度的异常变化，分析这种异常变化可推 知混凝土内部的缺陷状况．超声波法检测混凝土内部缺陷时常需要进行一定的数据处理 及统计计算，且需要测试人员具有一定的检测经验． ’ （三）超声回弹综合法 回弹法只能测得混凝土表层的强度， 内部情况却无法得知，当混凝土的强度较低 时，其塑性变形较大，此时回弹值与混凝土表层强度之间的变化关系不太明显；超声波 在混凝土中的传播速度可以反映混凝土内部的强度变化，但对强度较高的混凝土，波速 随强度的变化不太明显．如将以上两种方法结合，互相取长补短，通过实验建立超声波 波速一回弹值一混凝土强度之间的相关关系，用双参数来评定混凝土的强度，即为超声 回弹综合法．实践表明该法是一种较为成熟、可靠的混凝土强度检测方法。超声回弹综 合法是以声速值、回弹值与混凝土强度之间的相关关系为基本依据，在自然状态下测试 出混凝土的某些物理量，进而按相关关系推算出混凝土的特征强度。然而混凝土是一种 多相复合材料，均质性较差，应用单一的无损检测方法(如单一回弹法或超声法)推算混 凝土强度，因影响因素多，使推算的混凝土强度不能达到一定的精度。如果采用两种或 两种以上的无损检测方法，获取多种物理力学参量，并建立混凝土强度与多项物理力学 参量的综合相关关系，以便从不同角度综合评价混凝土的强度。由于综合法采用多项物 理力学参量，能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素，并且还能抵消部分影响强度 与物理量相关关系的因素，因而它比单一物理量的无损检测方法具有更高的准确性和可 靠性。 （四）与单一法（回弹法和超声法）相比，综合法具有以下特点： 1.减少了岭期和含水率的影响。混凝土的声速值除受粗集料的影响外，还受混凝土 的龄期和含水率等因素的影响。而回弹值除受表面状态的影响外，也受混凝土的龄期和 含水率的影响。但是混凝土的含水率对两者的影响有着本质的区别。混凝土含水率大， 声速值偏高，而回弹值则偏低；混凝土龄期长，超声声速增长率下降，而回弹值因混凝 土碳化程度增大而提高。因此，二者综合起来可以部分抵消龄期和含水率对测试混凝土 强度的影响。 2.优势互补。一个物理参数只能从某一方面，在一定范围内反映混凝土的力学性能