鋼筋混凝土構件質量的無損傷檢測方法

2023-05-28 07:53:16 2

專利名稱:鋼筋混凝土構件質量的無損傷檢測方法
本發明涉及的是利用傳導電流對鋼筋混凝土構件質量，尤其是作為各類建築設施基礎的樁基質量進行無損傷性檢測的方法。
鋼筋混凝土構件的質量，直接影響使用這些構件的建築設施的質量，對屬於在地面上完成和使用的預製件的檢測較為直觀和方便，但對於作為各種建築設施的基礎而埋於地下的樁基質量的檢測就較為困難，而其質量的好壞又尤其顯得重要。作為建築設施基礎的樁基大體可分為打入樁和灌注樁兩類。打入樁可能會因為預製樁在打入地下的過程中發生斷裂等損壞;灌注樁可能會因澆灌操作過程不妥或地質條件複雜等原因而發生夾泥、縮頸等質量問題。目前對樁基質量的檢測常用的有靜載試驗方法和動載試驗方法。靜載試驗方法不僅所用設備笨重，費用昂貴，試驗周期長，而且其檢測的結果是樁基的承載能力，對得到的異常檢測結果必須要結合其它工程地質勘探資料才可能對是否屬於樁基自身的質量問題作出判斷。同時，對大口徑灌注樁採用靜載試驗方法也難以實現。目前正在廣泛尋求的動載試驗方法，如敲擊法、共振法、水電效應法、機械阻抗法等，效果還不十分可靠(《建築技術》1986(12)p5)。另外，目前還有使用超聲波探測法、鑽孔取芯法等檢測方法。它們在檢測時都要在被檢測的樁基上鑽孔。雖然檢測結束後要進行回填，但對被檢測的樁基畢竟有所損傷，同時所用設備也很昂貴。檢測費用也高，而對於縮頸和某些斷裂損傷等問題也尚難於判斷和檢查出。灌注樁的使用目前已越來越廣泛，但對它的質量檢測，尤其如對縮頸等質量問題的檢測，目前各種檢測方法普遍感到比較困難。
另一方面，目前所採用的各種檢測方法，當有大量構件，例如有大量樁基存在，在選擇確定被檢測的樁基對象時，都是採取按一定比例要求隨機選取，最多再參考各樁基中重要性程度的條件而確定的。以對所選出的樁基質量的檢測結果而推論全體樁基的質量。這樣做雖然有一定程度的代表性，但由於總體樁基數量和被檢測的樁基數量都很有限，且後者在總體數量中所佔的比例也不大，一般不超過10%，若以此來推論全體樁基的質量，無疑存在了隱患，使所作的結論在實際上的科學性、準確性和真實性受到較大的影響。
本發明的目的是提供一種檢測鋼筋混凝土構件質量，特別是作為建築設施基礎的樁基(尤其是灌注樁)質量的方便易行，可靠性和準確性較高的方法。
本發明的檢測方法利用地質勘探中電測井的原理，使用了傳導電流的方法。通常情況下，被檢測的鋼筋混凝土構件都是位於地面或埋於地表土層中，其所處的環境，如圍周地表土層，在施以電信號時，傳導電流可以在其中導通。由電場理論可知，無限長線帶電體在以它為軸線的中心分層均勻介質中，周圍的電場等位面是以它為中心軸呈同心軸圓柱面形式分布，並且隨與中心軸間距離的增大而減弱。當沿著此帶電體長度方向上分布著不同電阻率ρ的介質時，在電阻率ρ改變的部位，在以此帶電體為中心軸的圓柱面上的相應部位的電位和電場強度都會發生改變。反之，一旦這些位置上的電位和電場強度發生了改變，即可推知與此相對應的部位上，介質的電阻率ρ發生了變化。鋼筋混凝土構件中的混凝土保護層的電阻率ρC和周圍地表土層的電阻率ρS的大小取決於其孔隙度和其中含水率的高低。一般地講，已固結了的混凝土層的密實度大，孔隙度小，因此含水率低，所以一般ρC＞ρS，甚至常常是ρC＞＞ρS。而地表土層一般都很疏鬆，含水率高，ρS低，基本近似於常水的電阻率ρW，即ρS≈ρW。當把被檢測的鋼筋混凝土構件中的鋼筋近似視為無限長線帶電體時。如果構件中鋼筋之外的混凝土保護層完好無損，則在構件的鋼筋走行方向上，構件外表面上的電位或電場強度的分布就應與理論上等位面的分布基本一致。如果構件發生了斷裂、夾泥、縮頸等損傷，泥土或地下水就會取代損傷處的混凝土保護層而直接與構件中的鋼筋接觸。由於ρC≠ρS≈ρW，使得構件在鋼筋走行的方向上分布了不同電阻率ρ的介質，此時在構件外表面上與損壞部位相對應的位置上測得的電位或電場強度與混凝土保護層完好部位的電位或電場強度間會表現出差異，而且ρC與ρS相差越大，損壞處的電位和電場強度的異常改變也就越顯著。
根據這一原理，本發明的檢測方法是，在包括供電電源、被檢測構件中的鋼筋和被檢測構件所處的，並能與被檢測構件電性導通的周圍環境在內的供電迴路中，由供電電源提供連續恆定的傳導電信號，如電壓或電流等信號，這樣就可以使得供電迴路中的電流強度基本保持不變。此時被檢測構件中的鋼筋可近似視為無限長線帶電體。當構件中有數根鋼筋時，由於它們之間都是要通過金屬籠相互連接和固定的，因此對一根鋼筋通電，其餘鋼筋都會帶電，其結果等於有幾根無限長線性帶電體存在。根據場的疊加理論。其電場的電位曲線表現僅是使幅值增大而已。供電電源所提供的傳導電信號既可以是直流信號，也可以是交流信號，一般以提供直流信號為方便。但如果在檢測環境中有較強的工頻信號幹擾時，也可改用不易與工頻信號相混的低頻交流信號。在被檢測構件中鋼筋走行的方向上，而不是在與鋼筋走行方向相垂直的方向上，於靠近被檢測構件的位置，用電位差計檢測與被檢測構件相對應的各處的電位或電場強度值。在被檢測構件無損傷的正常情況下，檢測到的電位或電場強度曲線應是一條平滑的曲線或直線。當被檢測構件鋼筋外的混凝土保護層有損傷時，相應在該處檢測到的電位或電場強度曲線就會發生或凸起，或凹進，或其它形式的異常改變。其變化的表現形式與電源正負極的連接方向有關，而變化程度的大小在供電電流恆定的情況下，就與損傷的程度有關。供電電源中與周圍環境連接的電極距離被檢測的構件越遠，檢測得到的電位曲線就越接近於直線，損傷部位所引起的電位或電場強度的變化就越不易為曲線本身的變化趨勢所掩蓋，因而越便於識別。由電場理論可知，距離被檢測構件越遠，該處的電位越低。測得的信號將越弱。同時由損傷部位所引起的電位或電場強度的改變量與正常量的比值，即變化率也越小。因此檢測時電位差計的測量電極應儘可能地靠近被檢測構件。當然最理想的是在被檢測構件的外表面進行檢測，這樣可獲得最強的檢測信號。
在本發明的檢測方法中，測量電位或電場強度時以選用高輸入阻抗的電位差計進行測量為好，這樣可以提高小輸入信號時測量值的精度。
當需要確定質量的鋼筋混凝土構件的數量較多，例如有較多的建築物基礎樁基時，為避免完全憑隨機方法確定被檢測構件，可先將全部構件根據其結構、規格、材料和周圍環境，接地條件等因素進行分類。對同類構件，在供電電源接地條件不變，供電信號保持恆定的條件下，通過供電迴路中的電流計、分別逐一檢測它們各自在與電源組成的迴路中的電流強度。正常情況下供電迴路中電源的兩個電極之間依次應有鋼筋-混凝土保護層-周圍環境等導電介質。由於在同類構件中的各種條件基本相同，因此在上述供電條件下，在同類構件中的各個構件所組成的迴路中，電流強度應基本一致。如果某一構件有損傷而使周圍環境介質與鋼筋直接接觸。或由於其它原因使正常情況下的ρC變小，則由這種構件組成的迴路中的電流強度與正常構件組成的迴路中的電流強度相比，就會有不同程度的增大。因此凡在這種電流強度變大的迴路中的構件，發生損傷的可能性最大，應列入重點檢測對象的範圍。再結合各構件的重要性因素，就可以選出和確定應重點檢測的構件對象了。如果對這種發生損壞可能性最大的構件檢測的結果證明是完好無損的，則由此推論其餘構件質量完好，就更加科學可靠，提高了檢測的準確性和實際上的把握性。
採用本發明的方法對鋼筋混凝土構件的質量進行檢測，準確度高。檢測出的電位或電場強度曲線的異常變化部位與被檢測構件的實際損傷部位的對位誤差小，一般在10釐米以內。檢測時如能加大供電信號，就可以有效地壓制各種幹擾信號，使檢測得到的電位或電場強度曲線上的異常變化信號更加突出，有利於對測量曲線的解釋，提高靈敏度。如果同時測出電位曲線和電場強度曲線，二者相互對照，則對曲線上異常現象的解釋就更加準確和有把握。若能配合已掌握的有關參考材料，例如檢測樁基質量時，配合由電阻路測井資料等地質資料進行分析，則對檢測曲線中異常現象的解釋幾乎沒有多解性。本發明的檢測方法簡單方便易行，不需要複雜昂貴的設備。因此所需費用較低。檢測周期短，靈活性強，以檢測建築物基礎的樁基為例，使用超聲波法和鑽孔取芯法等檢測方法時，都必須在被檢測的樁基上打出一個或數個與樁基等長的孔，而使用本發明的方法檢測時，只需要在被檢測樁基近旁的地表土層上鑽出與樁基長度大致相當的測量孔。二者鑽孔的難易程度以及所需要的設備、費用和周期的差異是顯而易見的。因此本發明的方法特別適用於對各種建築設施基礎樁基等埋於地下不易檢測的鋼筋混凝土構件的質量進行檢測，尤其能很方便地檢測出如灌注樁的縮頸等質量問題，而這一點是目前各種檢測方法都難於與之相比擬的。使用本發明的方法進行檢測，無論是檢測過程中還是檢測結束後，都不會給被檢測構件造成絲毫的損壞，這也是本發明的檢測方法所具有的優點之一。配合對電流強度的檢測，還可以改變目前完全靠隨機選擇被檢測構件的作法，使對全體構件質量的了解和掌握更加全面、真實和可靠。
通過以下實施例可以更清楚地說明本發明的檢測方法。
圖1 檢測鋼筋混凝土樁基的示意圖圖2 檢測曲線與樁基對應關係示意圖圖3 地面上檢測鋼筋混凝土預製件示意圖圖1為使用本發明方法檢測埋於地下的樁基質量的示意圖。當有較多數量的樁基時，按相同的材料、規格和相似的地質環境，接地條件等對全部樁基進行分類，同類樁基為一組，先按組分別進行檢測，將供電電源(3)的負極(單電極或組合電極)打入距被檢測組較遠的地層中，以使電源對同組中的各樁基有基本相同的連接條件，正極分別逐一與被檢測組裡各樁基中的鋼筋(4)連接。在電源(3)提供連續恆定的直流電壓信號條件下，用電流計檢測同組中由各樁基組成的迴路中的電流強度，選出電流強度增大的樁基為重點檢測對象。在緊靠選出的重點檢測樁基(1)的近旁打一與樁基(1)基本平行的測量井(2)，其長度可略長於樁基(1)，井裡灌注井液(如水)供電電源(3)兩電極的連接方法如前，正極與樁基(1)中的鋼筋(4)相接，負極打入周圍地層中，電源(3)仍向供電迴路中提供連續恆定的直流電壓信號。將高輸入阻抗(＞5MΩ)毫伏計(5)的一個測量電極(6)固定於測量井(2)的井口，另一測量電極(7)沿測量井(2)從下向上移動，測量各位置上的電位和電場強度，得到如圖2所示的電位曲線和場強曲線。由曲線可以看出，當樁基(1)上有損傷斷口(8)時，在曲線上的相應位置上會出現異常峰值。在圖2的曲線中，樁基完好無損時應得到如實線所示的正常電位曲線(9)和場強曲線(17)。虛線所示的為有損傷斷口(8)時測得的曲線。可以看出，除在與斷口(8)相對應的位置上的虛線有異常的電位凸起峰(10)和場強變化峰(18)外，其餘完好部分的虛線與實線是基本重合的。由於電源(3)的負極離測量井(2)較近。故測得的電位曲線呈較明顯的下降趨勢。但這並不影響對異常信號的觀測。當供電電流I＝145mA時，電位曲線上的異常峰(10)的幅值為18mV，當供電電流I＝270mA時，異常峰(10)的幅值可達到26mV。因此加大供電信號，可使測量得到的異常信號更加突出。對大口徑樁基檢測時，一個測量井的檢測結果不理想時，可在其周圍再打若干測量井進行檢測。
圖3所示的是在地面上用本發明的方法檢測鋼筋混凝土預製件質量的方法。先在地面上挖一個能放入被檢測預製件的貯水槽(11)，並注滿水，將被檢測的預製件(12)浸沒在水槽的水中。如果能設法使預製件(12)兩端外露的鋼筋不與槽中的水接觸，則檢測效果會更理想。將電源(14)的一極與預製件(12)中的鋼筋(13)相連，另一電極打入水槽周圍的土層中。將電位差計(15)的兩測量電極間的相對距離固定後，用它們在預製件(12)的表面測量各位置上的電場強度，或將兩測量電極中的一個固定，用另一個在預製件(12)的表面測量各位置上的電位。根據得到的測量曲線中異常峰值出現與否來分析判斷預製件(12)是否存在損傷。
權利要求
1.一種無損傷性檢測鋼筋混凝土構件，特別是作為建築設施基礎樁基的鋼筋混凝土構件質量的方法，其特徵在於通過電源向包括電源、被檢測構件的鋼筋和被檢測構件所處的，並能與被檢測構件電性導通的周圍環境在內的供電迴路中提供連續恆定的傳導電信號，於被檢測構件中鋼筋走行的方向上，用電位差計在靠近被檢測構件的位置上檢測各處的電位或電場強度值。
2.如權利要求
1所述的檢測方法，其特徵在於檢測電位或電場強度值時使用高輸入阻抗的電位差計進行檢測。
3.如權利要求
1和2之一所述的檢測方法，其特徵在於在供電迴路中用電流計分別逐一檢測同類被檢測構件中各構件在該迴路中的電流強度。
專利摘要
本發明是一種利用傳導電流對鋼筋混凝土構件，尤其是作為各種建築設施基礎的樁基質量進行無損傷性檢測的方法。在供電信號連續恆定的條件下，根據在被測構件中鋼筋走行方向的近旁測到的電位或電場強度的變化來判斷被測構件是否存在損傷。結合對供電迴路中電流強度的測量，就可以排除完全靠隨機選取被測構件所可能造成的隱患，使對全部構件質量的了解和掌握更加科學、準確和可靠。
文檔編號G01N27/00GK87103013SQ87103013
公開日1988年12月14日 申請日期1987年5月23日
發明者文國良 申請人:國家建築材料工業局西南地質公司物探隊導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan