建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測,按不同結(jié)構(gòu)、不同材料可分為:混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測和鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測,本文試對其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行分析和展望。
1、混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測方法
混凝土結(jié)構(gòu)宏觀性能試驗(yàn)方法是“試件試驗(yàn)”。這類方法以試件破壞時(shí)的實(shí)測值,作為判斷混凝土性能的依據(jù)較為直觀,稱為破損性實(shí)驗(yàn),由于試件中的混凝土與結(jié)構(gòu)中的混凝土質(zhì)量、受力狀況及各種條件不可能*一致,而且對于建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測也不太適用。
20世紀(jì)30年代混凝土非破損檢測方法發(fā)展起來了,如回彈法、超聲脈沖法等在不破損混凝土的條件下進(jìn)行現(xiàn)場檢測。
1.1回彈法
回彈法是用回彈儀彈擊混凝土表面,由儀器重錘回彈能量的變化,反映混凝土的彈性和塑性性質(zhì),測量混凝土的表面硬度推算抗壓強(qiáng)度,是混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測中常用的一種非破損試驗(yàn)方法,我國已編制了規(guī)范。
回彈法的主要優(yōu)點(diǎn)是:儀器構(gòu)造簡單,方法易于掌握,檢測效率高,費(fèi)用低廉,影響因素較少,但還存在一定不足:回彈值受碳化深度、測試角度的影響,石子種類對其也有影響,要對回彈值進(jìn)行不同的修正,對存在有質(zhì)量疑問區(qū)域的混凝土,需用其它方法進(jìn)行進(jìn)一步檢測。
1.2超聲脈沖法
用超聲脈沖法檢測混凝土強(qiáng)度是測試超聲波在混凝土中的傳播參數(shù),找出混凝土抗壓強(qiáng)度與這些參數(shù)的關(guān)系,確定其抗壓強(qiáng)度。
混凝土是各向異性的多相復(fù)合材料,內(nèi)部存在廣泛分布的砂漿與骨料的界面和各種缺陷,使超聲波在混凝土中的傳播要比在均勻介質(zhì)中復(fù)雜得多,產(chǎn)生反射、折射和散射現(xiàn)象,并出現(xiàn)較大衰減,因此超聲脈沖法檢測混凝土強(qiáng)度雖然能夠檢測出混凝土內(nèi)部存在的問題,但是對測試儀器、換能器與混凝土的強(qiáng)度和超聲傳播聲速間的定量關(guān)系受到混凝土的原材料性質(zhì)及配合比的影響;測試試件的溫度和含水率的影響等,只有綜合考慮各種因素和條件,建立高擬合度的專門曲線,使用時(shí)才能得到比較滿意的精度。
1.3超聲回彈綜合法
超聲回彈綜合法是建立在超聲傳播和回彈值與混凝土抗壓強(qiáng)度之間相互關(guān)系上,以聲速和回彈值來綜合反映混凝土抗壓強(qiáng)度的一種非破損檢測方法。
超聲回彈綜合法在一定程度上克服了以單一指標(biāo)評定混凝土強(qiáng)度的不足,它把石子和測試面的影響,從檢測結(jié)果中加以修正,對于多指標(biāo)綜合,能較全面地反映與混凝土強(qiáng)度有關(guān)的各種要素的作用,提高了測試精度。
1.4鉆芯法
鉆芯法與前3種方法不同。它用取芯機(jī)從被檢測的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上直接鉆取圓柱型的混凝土芯樣,并根據(jù)芯樣的抗壓試驗(yàn)強(qiáng)度,推定混凝土的抗壓強(qiáng)度,是一種較為直觀可靠的檢測混凝土強(qiáng)度的方法,由于需要從結(jié)構(gòu)上取樣,對原結(jié)構(gòu)有局部損傷,所以是一種現(xiàn)場檢測的半破損試驗(yàn)方法。
鉆芯法為許多國家所采用,俄羅斯、美國、英國、日本、法國等都制定了各自的標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)化組織也提出了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)草案(ISO/DIS7034)。
1.5拔出法
拔出法試驗(yàn)也是一種半破損檢測方法,它是用一金屬錨固件預(yù)埋入未硬化的混凝土澆筑構(gòu)件內(nèi),或在已硬化的混凝土構(gòu)件上鉆孔埋入一膨脹螺栓,然后測試錨固件或膨脹螺栓被拔出時(shí)的拉力,由被拔出時(shí)的錐臺型混凝土塊的投影面積確定混凝土的拔出強(qiáng)度,并由此推算出混凝土的抗壓強(qiáng)度。
拔出法在美國、加拿大、丹麥等國家已廣泛得到應(yīng)用,標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)曾提出關(guān)于測定硬化混凝土拔出強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)草案(ISO/DIS8046)。
1.6超聲脈沖法
超聲脈沖法是檢測混凝土內(nèi)部缺陷和操作應(yīng)用zui廣泛的方法,當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土中存在缺陷或損傷時(shí),超聲脈沖通過缺陷時(shí)會產(chǎn)生繞射,傳播的聲速要比相同種類材質(zhì)無缺陷混凝土的傳播聲速要小,聲時(shí)偏長;缺陷界面上產(chǎn)生反射,因而能量顯著衰減,波幅和頻率明顯降低,接收信號的波形平緩,甚至發(fā)生畸變,因此可判別混凝土的缺陷與損傷,這在工程驗(yàn)收、事故處理和已建建筑物可靠性鑒定工作中,可為結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和維修,提供可靠的判別依據(jù)。
需要特別注意的是,有波形顯示的超聲檢測儀方可用于探傷,而無波形顯示的數(shù)字式聲速儀,只能提供聲時(shí)和聲速作為*的判別依據(jù),容易造成誤判。
1.7混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋位置和鋼筋銹蝕檢測
1.7.1鋼筋位置的檢測
對已建混凝土結(jié)構(gòu)作可靠性診斷和對新建混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量鑒定時(shí),要求確定鋼筋位置、鋼筋情況,當(dāng)采用鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度時(shí),為所取部位避開鋼筋,也常作鋼筋位置檢測。常用的電磁感應(yīng)法檢測,比較適用于配筋稀疏和混凝土保護(hù)層不太厚的情況,當(dāng)鋼筋位置在同一平面或在不同平面內(nèi)距離較大時(shí),測得的結(jié)果比較滿意。
1.7.2鋼筋銹蝕的檢測
混凝土若質(zhì)量差、工作環(huán)境惡劣或其它原因使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種裂縫,就會造成鋼筋的銹蝕。而鋼筋銹蝕則導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脹裂、剝落,鋼筋有效面積削弱等,直接影響結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命,而對已建結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定和可靠度診斷時(shí),必須對鋼筋銹蝕進(jìn)行檢測。
用半電池法測量鋼筋表面與探頭之間的電位差,以判斷鋼筋銹蝕的可能性及銹蝕程度。
2、砌體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測方法
砌體結(jié)構(gòu)主要指磚砌體,砌體強(qiáng)度是由磚塊和砂漿強(qiáng)度或施工時(shí)制做的砌體試塊強(qiáng)度來決定的,傳統(tǒng)的檢測方法是直接從砌體結(jié)構(gòu)上截取試樣,進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)而砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)導(dǎo)致取樣存在較大難度,取樣時(shí)的擾動又會對試樣產(chǎn)生較大損傷,從而影響試驗(yàn)結(jié)果。因此,砌體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場原位非破損或半破損試驗(yàn)方法理所當(dāng)然地受到重視,并廣泛開展研究和工程實(shí)際應(yīng)用。
2.1砌體強(qiáng)度的間接測定法
砌體強(qiáng)度與砂漿和磚塊強(qiáng)度有直接關(guān)系。由砂漿和磚塊強(qiáng)度等級可確定砌體的抗壓強(qiáng)度,間接測定法就是使用專門的儀器和專門的測試方法,測量砂漿和磚塊的某一項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)或與材料強(qiáng)度有關(guān)的某一項(xiàng)物理參數(shù),并由此間接測定砌體強(qiáng)度。
?。?)沖擊法。依據(jù)物體破碎時(shí)所消耗的功與破碎過程中新產(chǎn)生表面積成正比的基本原理、由事先建立的單位功表面積增量和抗壓強(qiáng)度之間的經(jīng)驗(yàn)公式,求得砂漿或磚塊試樣的強(qiáng)度。
(2)回彈法。檢測磚塊和砂漿強(qiáng)度的基本原理與混凝土強(qiáng)度檢測的回彈法相同,只是采用專門的砂漿回彈儀,因?yàn)榇u的表面硬度與強(qiáng)度有良好的相關(guān)性,所以,此法精度高,且簡單、適用。
?。?)推出法。推出法又稱頂推法、剪法,具體稱單磚單剪法。即把一單磚的頂面、兩側(cè)面砂漿清除,只留底面,用特制的小千斤頂將其“頂出”,在極限狀態(tài)時(shí),測得磚與砂漿的粘接抗剪強(qiáng)度,并根據(jù)抗剪強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系,推出抗壓強(qiáng)度。
此外尚有筒壓法、點(diǎn)荷法等通過測定砂漿的強(qiáng)度來測定砌體強(qiáng)度的方法,都已進(jìn)行了大量的研究,取得了一定成果。
2.2砌體強(qiáng)度直接測定法
?。?)抽樣檢測法。主要包括切割法與取芯法,切割法切割的試件寵大,搬運(yùn)過程中擾動大,造成試驗(yàn)結(jié)果的離散性大,耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力,只限于龐大砌體工程質(zhì)量事故處理及對其它方法的校準(zhǔn)。取芯法是對芯樣作抗壓和抗剪試驗(yàn),對砌體擾動也很大,其試驗(yàn)結(jié)果不太一致。
(2)原位檢測法。主要包括扁頂法、原位軸壓法和原位剪切法。扁頂法是采用扁式液壓測力器裝入開挖的砌體灰縫中進(jìn)行砌體強(qiáng)度的原位檢測方法,它較好地克服了取樣法的不足,但設(shè)備復(fù)雜,允許的極限應(yīng)變較小,測定砌體的極限強(qiáng)度受到限制。原位軸壓法是對扁頂法的改進(jìn),其原理與其一致,測定砌體的極限抗壓強(qiáng)度,推算其標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度,缺點(diǎn)是設(shè)備較沉重,使用不便,原位剪切法是在墻體上直接測試砌體通縫的抗剪強(qiáng)度,由于對測試部位有限制,使其應(yīng)用有一定的局限性。
(3)動測綜合法。動測綜合法是振動反演理論在工程上的應(yīng)用。在脈動、起振機(jī)共振、自由釋放或沖擊等激振方式的作用下,通過測量砌體結(jié)構(gòu)的頻率和振型等參數(shù),根據(jù)系統(tǒng)識別理論得到層間剛度,推算出各層砌體軸心抗壓強(qiáng)度,此法從房屋整體出發(fā),不僅能得到砌體的強(qiáng)度,鑒定房屋的質(zhì)量,便于對房屋進(jìn)行安全性評定,隨著檢測儀器技術(shù)的改進(jìn),算法的優(yōu)選,結(jié)果的精度不斷提高,很有發(fā)展前途。
(4)微觀結(jié)構(gòu)法。聲、波、射線等在材料中傳播時(shí),會因材料的微觀結(jié)構(gòu)的判別而不同,由此可推斷出材料的強(qiáng)度。我國在砌體房屋檢測的方法有應(yīng)力波法和超聲波法。應(yīng)力波法測低強(qiáng)和高強(qiáng)砂漿砌體時(shí),精度不高,超聲波法由于影響因素較多,測試結(jié)果不理想,有待進(jìn)一步提高。
3、鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場檢測方法
在我國的建筑結(jié)構(gòu)形式中,鋼結(jié)構(gòu)也是一種重要的結(jié)構(gòu)形式,對已建鋼結(jié)構(gòu)鑒定時(shí),檢查鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì),了解結(jié)構(gòu)鋼材的力學(xué)性能,的方法就是在結(jié)構(gòu)上截取試樣,由拉伸試驗(yàn)確定其強(qiáng)度,但會損傷結(jié)構(gòu),影響它的正常工作,因此,常用的方法有表面硬度法、超聲法等。
3.1表面硬度法
表面硬度法由布氏硬度儀測定,由硬度計(jì)端部的鋼珠受壓時(shí)在鋼材表面和硬度標(biāo)準(zhǔn)試樣上的凹痕直徑,測得鋼材的強(qiáng)度,換算得到鋼材的強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度。此法在檢測中,由于儀器簡單、使用方便、基本無損害而得到廣泛的應(yīng)用。
3.2超聲法檢測鋼材和焊縫缺陷
超聲法檢測鋼材,多采用脈沖反射法。超聲波脈沖發(fā)射進(jìn)入被測材料傳播,無缺陷時(shí),不出現(xiàn)缺陷反射波,反之產(chǎn)生部分反射,由于鋼材密度比混凝土大得多,為了能檢測到較小的缺陷,要求選用較高的超聲頻率,此法比磁粉探傷、射線探傷更有利于現(xiàn)場檢測。
4、結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)展望
結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)對工程質(zhì)量事故的檢測、處理方面,具有重大的應(yīng)用價(jià)值,從國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r來看,該項(xiàng)技術(shù)涉及到多個(gè)學(xué)科的應(yīng)用技術(shù),應(yīng)進(jìn)一步研究、完善,應(yīng)從以下幾個(gè)方面來努力、創(chuàng)新。
(1)新參數(shù)、新性能指標(biāo)的測試。隨著材料科學(xué)的發(fā)展,許多新材料被工程所應(yīng)用,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷改進(jìn),一些新的參數(shù)和新的性能指標(biāo)能夠說明新材料和新結(jié)構(gòu)的可靠性,需要不斷研究這些參數(shù)指標(biāo)的測試方法,為工程實(shí)踐服務(wù),是當(dāng)前測試技術(shù)發(fā)展的趨勢。
?。?)新思想的引入、對數(shù)學(xué)模型的創(chuàng)新和改善。在建筑結(jié)構(gòu)檢測方法的研究中,引入新思想,不僅要考慮宏觀力學(xué),還要考慮微觀力學(xué),深入全面地看問題。已有的檢測方法中用到的經(jīng)驗(yàn)公式有一定的局限性、在新的數(shù)學(xué)模型建立時(shí),應(yīng)更加注意其邊界條件,擴(kuò)大使用范圍,提高擬合程度。
?。?)測量儀器的改進(jìn)。隨著計(jì)算機(jī)的普及與發(fā)展,改進(jìn)測量儀器成為必然,測量儀小型化、智能化,使測試精度不斷提高,以保證現(xiàn)場檢測的需要。
?。?)操作方法的改進(jìn)。結(jié)構(gòu)檢測儀器的操作方法要日趨簡單化,使其更適合于大面積建筑工程質(zhì)量的檢測。