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1 格 曼 仪 器 智 能 无 损 检 测 系 统 用 于 评 估 结 构 耐 久 性 使 用 寿 命 钢 筋 腐 蚀 建 筑 质 量 整 体 性 修 补 质 量 结 构 监 测 格 曼 仪 器 Germann Instruments

2 本 目 录 旨 在 提 供 给 潜 在 用 户 与 仪 器 相 关 的 原 理 及 应 用 信 息 欲 知 更 多 的 产 品 信 息, 请 与 格 曼 仪 器 的 代 理 商 联 系 GERMANN INSTRUMENTS A/S Emdrupvej 102, DK-2400 Copenhagen, Denmark Phone: , Fax Web site: GI

3 简 介 近 四 分 之 一 世 纪 以 来, 在 钢 筋 混 凝 土 无 损 检 测 与 现 场 调 查 领 域, 格 曼 仪 器 始 终 领 先 于 世 界 通 过 不 间 断 地 开 发, 生 产 和 市 场 销 售, 格 曼 仪 器 已 将 其 产 品 通 过 设 于 丹 麦, 美 国 和 卢 森 堡 的 公 司 以 及 其 各 地 的 代 理 商 推 广 到 欧 洲, 中 东 及 亚 洲 其 检 测 系 统 覆 盖 混 凝 土 建 筑 和 调 查 各 领 域, 例 如 : 耐 久 性 使 用 寿 命 钢 筋 腐 蚀 建 筑 质 量 整 体 性 修 补 质 量 结 构 监 测 格 曼 仪 器 仍 在 不 间 断 地 开 发 和 拓 展 其 产 品, 在 混 凝 土 的 监 测 方 面 除 了 偶 尔 要 求 表 面 取 样 之 外, 已 全 面 做 到 对 结 构 整 体 无 损 伤, 可 以 达 到 快 速 和 准 确 的 检 测 目 的 要 正 确 的 使 用 仪 器, 就 需 要 按 照 操 作 规 程 和 有 关 行 业 标 准 里 的 要 求 对 仪 器 进 行 标 定 为 达 到 仪 器 使 用 的 最 佳 效 果, 使 用 者 需 要 接 受 必 要 的 培 训, 掌 握 与 计 划, 操 作, 和 数 据 分 析 相 关 的 技 巧 而 且, 对 钢 筋 混 凝 土 破 坏 机 理 的 理 解 是 非 常 重 要 的 格 曼 仪 器 因 此 邀 请 了 国 际 知 名 的 混 凝 土 无 损 检 测 方 面 的 专 家 组 成 一 个 国 际 组 织 --- 无 损 检 测 专 家 团, 为 行 业 提 供 咨 询, 培 训, 技 术 支 持 以 及 提 供 现 场 实 验 服 务 该 组 织 成 员 以 其 经 验 和 专 才 为 格 曼 仪 器 的 使 用 者 提 供 技 术 保 障 与 无 损 检 测 专 家 团 有 关 的 信 息 详 情 可 见 其 网 站 : 格 曼 仪 器 以 其 不 断 的 努 力 为 现 场 工 程 师 和 咨 询 人 员 提 供 高 质 量, 高 可 靠 性 的 无 损 检 测 仪 器 和 咨 询 服 务 1

4 检 测 系 统 概 览 检 测 类 别 测 量 特 性 或 参 数 产 品 名 称 / 相 关 标 准 页 数 耐 久 性 / 使 用 寿 命 评 抗 氯 离 子 渗 透, 估 算 氯 离 普 维 特 (PROVE it) 3 估 子 扩 散 系 数 ASTM C1202, NT BUILD 492 耐 久 性 / 使 用 寿 命 评 估 氯 离 子 扩 散 系 数 的 现 场 及 实 验 室 实 验 成 型 器 (PROFILE GRINDER) ASTM C1556, NT BUILD 耐 久 性 / 抗 冻 涨 加 气 混 凝 土 空 间 系 数 和 表 面 系 数 AVA 相 当 于 ASTM C457 耐 久 性 / 碱 骨 料 反 应 新 制 混 凝 土 碱 含 量 RAT 15 快 速 施 工 硬 化 混 凝 土 的 成 熟 度 COMA 计 17 ASTM C 1074 快 速 施 工 混 凝 土 早 期 强 度 LOK 实 验 19 EN ASTM C900, BS 1881:Part 207 结 构 整 体 性 已 建 结 构 混 凝 土 强 度 CAPO-TEST 24 EN , ASTM C 900, BS 1881: Part 207 结 构 整 体 性 水 渗 透 性 GWT 28 EN-ISO 7031 结 构 整 体 性 冲 击 回 响 法 测 量 混 凝 土 及 S Mash 30 桩 基 长 度 和 缺 陷 ACI 228.2R 结 构 整 体 性 厚 度 与 内 部 缺 陷 检 查 冲 击 回 波 测 试 仪 (DOCter) 35 ASTM C 1383 钢 筋 腐 蚀 氯 离 子 含 量 RCT 和 RCTW 41 AASHTO T260, ASTM C114 钢 筋 腐 蚀 混 凝 土 碳 化 层 深 度 深 紫 和 彩 色 指 示 剂 45 钢 筋 腐 蚀 腐 蚀 速 度, 钢 筋 半 电 池 电 位 与 混 凝 土 电 阻 GalvaPulse RapiCor

5 普 维 特 (PROOVE it) 目 的 普 维 特 系 统 在 以 下 两 方 面 用 于 测 量 混 凝 土 对 氯 离 子 渗 透 的 阻 抗 : 1) 根 据 AASHTO T277 或 ASTM C1202, 通 过 在 样 品 两 侧 施 加 电 压, 测 定 氯 离 子 渗 入 饱 和 混 凝 土 中 的 难 易 程 度 2) 根 据 NORDTEST BUILD 492 ( 不 稳 定 状 态 实 验 中 氯 离 子 迁 移 系 数 ), 通 过 测 量 施 加 电 压 后 氯 离 子 渗 透 深 度, 确 定 氯 离 子 迁 移 系 数 该 系 数 可 用 来 估 测 氯 离 子 的 扩 散 和 结 构 使 用 寿 命 原 理 将 一 个 直 径 100 mm, 厚 50 mm 的 含 水 饱 和 状 态 下 的 混 凝 土 样 品 放 入 一 个 两 侧 装 有 电 导 液 的 容 器 内 ( 右 图 和 第 6 页 ) 对 于 快 速 氯 离 子 渗 透 实 验 (RCPT) 和 库 伦 实 验, 一 侧 装 满 3%NaCl 溶 液, 另 一 侧 装 满 0.3N NaOH 溶 液 施 加 60 伏 的 电 压 负 极 连 接 装 有 NaCl 的 容 器, 正 极 连 接 装 有 NaOH 的 容 器, 氯 离 子 会 从 负 极 向 正 极 移 动 混 凝 土 越 是 渗 透 性 强, 氯 离 子 移 动 越 多, 测 量 到 的 电 流 就 越 大 实 验 时 间 为 6 小 时 在 绘 制 出 的 电 流 ---- 时 间 曲 线 上, 面 积 代 表 移 动 电 荷 总 量 总 电 荷 量 用 于 以 下 分 类 (ASTM C1202): - 60 V DC Power Supply + NaCl Cl - NaOH 电 荷 渗 透 性 分 类 适 于 w/c: 水 灰 比 高 中 度 低 很 低 忽 略 不 计 w/c* > 0.5 w/c = 0.4 to 0.5 w/c <0.4 掺 橡 胶 混 凝 土 聚 合 物 混 凝 土 另 一 种 情 况, 对 于 NT BUILD 492 移 动 实 验, 负 极 容 器 装 有 10% NaCl 溶 液, 正 极 容 器 装 有 0.3N NaOH 溶 液 施 加 30 伏 的 电 压 后, 测 量 初 始 电 流 根 据 初 始 电 流 选 择 实 验 电 压 和 测 量 时 间 例 如, 如 果 初 始 电 流 在 120 和 180 ma 之 间, 测 量 电 压 选 在 15 伏, 测 量 时 间 为 24 小 时 但 是 如 果 初 始 电 流 小 于 5 ma, 测 试 电 压 应 该 在 60 伏, 测 试 时 间 为 96 小 时 实 验 结 束 后, 将 样 品 切 割 开, 再 切 割 表 面 喷 洒 0.1 M 的 亚 硝 酸 银 溶 液, 测 量 氯 离 子 深 度 根 据 测 试 情 况 计 算 氯 离 子 迁 移 系 数 根 据 NT BUILD 443 硬 质 混 凝 土 : 加 速 氯 离 子 渗 透 和 ASTM C 1556 通 过 整 体 扩 散 法 确 定 水 泥 混 合 物 中 氯 离 子 扩 散 系 数, 通 过 直 接 研 磨 ( 第 7 页 ) 和 添 加 NaCl 溶 液, 可 以 测 量 氯 离 子 扩 散 系 数 样 品 需 要 在 NaCl 溶 液 中 浸 泡 35 天 氯 离 子 移 动 系 数 和 扩 散 系 数 之 间 的 关 系 可 以 被 确 定 精 度 和 不 定 性 在 60 伏 电 压 下 和 电 流 30mA 到 300mA 之 间, 普 维 特 微 型 处 理 器 测 量 误 差 +0.1mA 有 报 道 指 出 快 速 氯 离 子 渗 透 实 验 或 库 伦 实 验 的 结 果 的 重 复 性 大 约 12% (ASTM C1202), 氯 离 子 移 动 实 验 的 重 复 性 大 约 9% (NT BUILD 492). 3

6 普 维 特 (PROOVE it) 普 维 特 系 统 特 性 以 微 软 视 窗 操 作 平 台 为 基 础 的 实 验 和 报 告 软 件 电 脑 控 制 的 微 处 理 器 供 电 装 置 最 多 可 同 时 进 行 8 个 独 立 实 验 有 10,20,30,40,50 和 60 伏 不 同 电 压 设 置 程 序 设 置 实 验 时 间 自 动 记 录 温 度 可 以 通 过 周 期 实 验 测 量 养 护 时 间 的 效 果 在 1 分 钟 内 可 测 量 混 凝 土 在 60 伏 电 压 下 的 传 导 性 每 5 分 钟 预 测 6 小 时 库 伦 值 自 动 纪 录 全 部 实 验 结 果 实 验 容 器 具 有 简 易 组 装, 简 单 操 作 和 防 水 的 特 点 该 系 统 包 括 钻 芯 和 切 割 设 备, 真 空 抽 干 机, 真 空 泵, 防 水 容 器, 微 处 理 器 电 源 供 应 和 配 套 软 件 实 验 举 例. 普 维 特 实 验 屏 幕 同 时 完 成 8 个 样 品 实 验 将 鼠 标 箭 头 移 动 到 任 意 一 个 视 窗, 屏 幕 会 显 示 相 应 的 解 释 说 明 实 验 完 成 后, 在 状 态 (Status) 行, 有 三 种 可 能 显 示, OFF, ON 和 FIN Voltage-Actual 行 显 示 实 验 电 压, Current-Actual 行 显 示 即 时 电 流 值 Temperature 行 显 示 实 验 过 程 中 液 体 容 器 中 的 温 度, Elapsed Time 显 示 实 验 所 花 的 时 间 Pred. Coulombs 行 显 示 实 验 过 程 中 每 5 分 钟 预 测 的 6 小 时 后 的 库 伦 值 Testing Time 显 示 所 设 时 间, Specimen Diameter 显 示 样 品 直 径, Coulombs 行 显 示 实 验 过 程 中 任 意 时 刻 所 测 库 伦 值 如 第 4 页 所 示, 最 后 一 行 显 示 根 据 ASTM C1202 所 确 定 的 氯 离 子 渗 透 级 别 所 显 示 的 库 伦 值 是 根 据 ASTM C1202 要 求 调 整 后 的 95 毫 米 样 品 直 径 例 如, 第 3 个 样 品 直 径 是 100 毫 米, 测 量 的 库 伦 值 为 2100 库 伦 调 整 到 95 毫 米 后 的 库 伦 值 为 1898, 根 据 ASTM C1202, 氯 离 子 渗 透 级 别 不 是 中 等 而 是 低 4

7 普 维 特 (PROOVE it) 实 验 报 告 范 例 下 图 是 一 个 实 验 报 告 范 例 该 图 显 示 前 一 页 样 品 #2 实 验 报 告 报 告 上 部 总 结 实 验 结 果 图 中 曲 线 显 示 溶 液 温 度 和 电 流, 表 中 显 示 每 5 分 钟 所 测 的 温 度 和 电 流 值 GI 普 维 特 系 统 图 中 显 示 普 维 特 系 统 的 主 要 部 件 前 面 所 示 为 连 接 实 验 容 器 的 普 维 特 系 统 微 处 理 器 后 面 是 CEL-100 CORECASE 钻 芯 机, 混 凝 土 芯 切 割 器, 真 空 干 燥 器 和 真 空 泵 注 解 : 本 系 统 不 包 括 所 需 电 脑, 其 最 低 配 置 包 括 75MHz 奔 腾 处 理 器,32 MB RAM, 1.0 GB 硬 盘, 视 窗 95, 98, NT, 2000 或 XP. 5

8 普 维 特 (PROOVE it) 普 维 特 实 验 容 器 两 种 容 器 可 供 选 择 :PR-1000 和 PR-1100 如 下 图 所 示 PR-1000 是 标 准 容 器 PR-1100 配 置 冷 却 风 扇, 可 用 于 有 恒 温 要 求 的 实 验, 例 如, 根 据 NT BUILD 492 所 作 的 氯 离 子 渗 透 实 验 通 过 拧 紧 四 个 角 的 螺 栓, 将 垫 圈 压 紧 试 样, 可 以 达 到 容 器 密 封 状 态 不 同 直 径 的 样 品 可 选 择 以 下 不 同 的 垫 圈 : 样 品 直 径 定 购 编 号 104 to 102 mm PR-1010A 101 to 97 mm PR-1010B 96 to 93 mm PR-1010C 除 非 特 别 标 注, 所 供 垫 圈 为 PR-1010B PR-1010B 垫 圈 与 使 用 CEL-100 钻 心 机 所 采 样 品 相 配 套 PR-1055 监 测 仪 两 种 普 维 特 容 器 : 标 准 PR-1000 ( 左 ) 和 配 置 冷 凝 装 置 的 PR-1100 ( 右 ) PR-1055 监 测 仪 用 于 确 保 微 处 理 器 所 控 制 的 电 源 供 应 工 作 正 常 该 仪 器 连 接 110 VAC 或 220 VAC 普 维 特 每 条 实 验 线 是 在 预 选 电 压 下 工 作, 每 条 线 都 与 验 证 器 相 联 接 普 维 特 正 常 工 作 时, 相 应 于 监 测 仪 上 的 两 种 转 换 设 置, 电 脑 屏 幕 上 的 Current-Actual 应 显 示 30 ma ma 或 300mA + 0.1mA 普 维 特 订 购 代 码 配 件 名 称 代 码 配 件 名 称 代 码 标 准 普 维 特 容 器 PR-1000 普 维 特 电 源 (8 个 容 器 ) PR-1050 带 冷 凝 装 置 普 维 特 容 器 PR-1100 电 源 连 线 PR-1064 红 色 连 线 PR-1001 RS232C 电 源 连 线 PR-1066 黑 色 连 线 PR-1002 真 空 干 燥 器 ( 最 多 16 样 品 ) PR-1070 普 维 特 容 器 备 用 网 格 PR-1003 真 空 泵 < 10 mm Hg (1.3 kpa) PR-1081 温 度 探 头 PR-1005 CORECASE 100 mm 钻 芯 CEL 毫 米 (2) 螺 栓 钣 手 PR-1006 钻 机,1150 瓦 CC ml 瓶 装 3.0% NaCl 溶 液 PR-1020 钻 石 锯 切 割 器 PR ml 瓶 装 3.0% NaOH 溶 液 PR-1030 监 测 仪 PR-1055 普 位 特 视 窗 软 件 PR-1040 普 维 特 操 作 手 册 PR

9 成 型 器 (Profile Grinder) 目 的 成 型 器 用 于 打 磨 混 凝 土 表 面, 用 获 得 的 混 凝 土 粉 末 来 测 量 氯 离 子 的 分 布 它 适 于 以 下 的 实 验 : 实 验 NT BUILD 443 或 ASTM C 1556 的 实 验 室 样 品 氯 离 子 迁 移 的 现 场 取 样 通 过 氯 离 子 分 布 数 据, 得 出 氯 离 子 的 扩 散 系 数, 进 而 用 于 混 凝 土 使 用 寿 命 的 计 算 原 理 使 用 一 个 直 径 18mm 的 打 磨 轮, 在 选 定 的 深 度 范 围 0.5 mm 2.0 mm 内, 将 混 凝 土 打 磨 成 粉 末 打 磨 轮 固 定 在 样 品 表 面, 可 从 3 个 角 度 工 作 打 磨 直 径 是 73mm, 最 大 深 度 40mm 粉 末 样 品 由 一 个 电 池 操 作 的 真 空 吸 尘 器 吸 入 一 个 可 反 复 使 用 的 过 滤 袋 中 每 5mm 的 深 度, 大 约 可 获 得 5 克 的 粉 末 用 于 分 析 大 约 需 要 4-6 分 钟 获 得 一 个 样 品 使 用 RTC, 大 约 需 5 分 钟 可 获 得 氯 离 子 分 布 深 度 准 确 性 深 度 调 整 准 确 率 是 ±2%. 实 验 举 例 1.0 Chloride Content, % Depth, mm 成 型 器 在 实 验 室 中 打 磨 35 天 的 混 凝 土 实 验 样 品 氯 离 子 分 布 由 RTC 实 验 获 得 混 凝 土 试 样 的 氯 离 子 分 布 图 本 图 显 示 的 是 通 过 NT BUILD 443 或 ASTM C 1556 采 用 FICK 第 二 扩 散 定 律 计 算 出 氯 离 子 的 扩 散 律 为 29 mm²/ y 7

10 成 型 器 (Profile Grinder) Chloride Content, % Depth, mm 在 一 年 新 的 混 凝 土 墙 上 用 成 型 器 取 样 将 于 不 同 深 度 获 取 的 粉 末 分 别 收 集 于 不 同 的 塑 料 袋 中 不 同 深 度 的 氯 离 子 含 量 在 现 场 用 RCT 测 量 墙 体 建 成 一 年 的 氯 离 子 分 布 图 氯 离 子 的 扩 散 率 是 75mm²/y. 有 50mm 的 保 护 层, 预 计 需 要 5 年 的 时 间 才 会 发 生 钢 筋 腐 蚀 的 情 况 成 型 器 配 件 和 订 购 代 码 配 件 名 称 代 码 打 磨 器 主 部 件 PF-1101 打 磨 圆 板 配 带 绿 毡 PF-1102 打 磨 盘 及 配 套 的 螺 钉 和 螺 母 PF-1103 垫 圈 和 螺 栓 PF mm 套 口 扳 手 CC-25 两 个 可 调 式 扳 子 C 一 套 铆 固 工 具 CC-30 两 个 橡 皮 圈 PF 个 塑 料 袋 PF-1106 刷 子 PF-1107 卷 尺 RCT mm 和 17mm 扳 子 C-155/151 海 棉 PF-1108 防 尘 口 罩 PF-1109 硅 油 瓶 L-24 备 用 绿 毡 PF-1111 操 作 手 册 PF-1112 手 提 式 吸 尘 器 PF-1200 整 套 成 型 器 PF-1100 手 提 式 吸 尘 器 PF

11 AVA 用 途 AVA ( 空 气 含 量 分 析 仪 ) 适 用 于 新 浇 混 凝 土 样 品 的 空 气 含 量 指 标 简 介 在 混 凝 土 中 加 入 大 量 微 小, 紧 密 排 列 的 气 泡 可 以 提 高 抗 冻 涨 的 能 力, 从 而 提 高 其 耐 久 性 在 冷 冻 过 程 中, 只 要 孔 隙 的 间 距 和 大 小 分 布 在 一 定 范 围 内, 水 泥 毛 细 孔 的 冰 会 扩 展 到 邻 近 的 孔 隙 中, 从 而 不 会 造 成 才 料 的 损 害 孔 隙 的 特 性 是 通 过 空 间 系 数 ( 从 水 泥 浆 中 任 何 一 点 到 一 个 空 隙 间 距 得 最 大 距 离 ) 和 表 面 系 数 ( 空 隙 的 表 面 积 与 其 体 积 的 比 ) 进 行 分 析 的 一 般 来 讲, 一 个 高 质 量 抗 冻 性 强 的 混 凝 土 要 求 空 间 系 数 小 于 0.2mm, 而 且 表 面 系 数 要 大 于 25mm -1 通 常 情 况 下, 混 凝 土 中 空 隙 的 空 间 系 数 和 表 面 系 数 是 根 据 ASTM C 457 硬 制 混 凝 土 中 空 隙 含 量 参 数 的 微 观 测 定 方 法 该 实 验 方 法 要 求 对 混 凝 土 进 行 钻 芯 取 样, 然 后 在 实 验 室 中 进 行 样 品 准 备 如 左 图 所, 实 验 人 员 在 显 微 镜 下 用 线 性 移 测 法 或 自 动 图 像 分 析 系 统 测 量 空 间 系 数 和 表 面 系 数 在 施 工 过 程 中, 如 果 测 量 的 参 数 不 符 合 要 求, 用 这 种 方 法 测 量 达 不 到 高 效 快 速 的 提 供 调 整 混 凝 土 的 配 合 比 所 需 要 的 信 息 及 时 的 信 息 是 非 常 重 要 的 实 践 证 明 在 混 凝 土 浇 筑 过 程 中, 加 气 混 凝 土 空 隙 的 结 构 容 易 产 生 变 化, 其 影 响 因 素 包 括 : 正 常 或 高 范 围 减 水 剂 的 类 型 和 用 量, 水 泥 材 料 来 源 的 不 同, 混 凝 土 泵 中 的 压 力 影 响, 高 水 压, 或 超 振 捣 当 使 用 AVA 时, 空 隙 结 构 是 在 混 凝 土 新 浇 装 态 下 测 量 的, 所 以 可 以 及 时 提 供 水 泥 浆 的 空 隙 系 数 和 表 面 系 数 的 信 息 实 验 所 需 时 间 少 于 25 分 钟 原 理 当 沙 浆 被 搅 拌 后, 样 品 中 加 入 的 气 泡 被 传 递 到 蓝 色 AVA 释 放 液 体 中 如 果 该 释 放 液 体 有 合 适 的 粘 度 和 亲 水 性, 砂 浆 中 释 放 出 的 气 泡 会 保 持 其 尺 寸, 既 不 会 凝 聚 也 不 会 分 裂 成 更 小 的 气 泡 在 蓝 色 AVA 释 放 溶 液 上 面, 气 泡 上 升 形 成 水 柱 根 据 斯 托 克 定 律, 大 气 泡 升 的 比 小 气 泡 快 随 着 水 柱 上 升 的 气 泡 被 收 集 到 一 个 倒 置 的 盘 中, 这 个 盘 是 浸 在 水 中 而 且 连 接 一 个 灵 敏 的 天 平 装 置, 当 这 些 气 泡 累 集 在 这 个 盘 上 时, 因 为 水 被 空 气 所 替 换, 所 测 盘 的 质 量 会 降 低 所 测 的 质 量 会 随 时 记 录 下 来 根 据 所 记 录 盘 子 的 质 量 变 化, 可 以 根 据 公 式 计 算 所 收 集 气 泡 的 尺 寸 大 小 分 布 其 空 间 系 数 和 表 面 系 数 可 以 根 据 尺 寸 大 小 分 布 计 算 出 来 所 用 算 法 与 ASTM C 457 中 的 线 性 分 布 测 量 法 相 同 9

12 AVA 相 关 性 与 变 异 性 AVA 的 实 验 结 果 与 ASTM C 457 的 结 果 有 紧 密 联 系 很 多 报 告 证 实 这 一 点, 包 括 : Brite Euram Project No.: BE , Task 2, Quantitative and Qualitative Determination of the air Void Structure in Frfesh Concrete, Dansk Beton Teknik A/S, Hellerup, Denmark, Feb FHWA-SA , Air Void Analyzer Evaluation, Federal Highway Administration, Washington DC, USA, 1995 Price, B., Measuring air Voids in Fresh Concrete, CONCRETE, July/august, Wojakowski, J., Air in Portland Cement Concrete Pavements, Kansas Department of Transportation, USA, Crawford, G.L., Wathne, L.G., and Mullarky, J.I.: A Fresh Perspective on Measuring Air in Concrete, Federal Highway Administration, Washington DC, 2003 Bridge Conference, USA. 普 遍 结 论 是 AVA 的 实 验 结 果 与 ASTM C 457 的 结 果 相 比 是 在 +10% 之 间 AVA 空 间 系 数 和 表 面 系 数 测 试 结 果 的 不 均 率 变 异 系 数 的 重 复 性 是 在 8% 到 10% 之 间 实 验 范 例 首 先 通 过 插 入 一 个 钢 丝 笼 在 塑 性 状 态 下 混 凝 土 中 提 取 砂 浆 样 品 大 过 6mm 的 颗 粒 会 被 排 除 在 笼 外 在 使 用 一 个 注 射 器 在 笼 中 抽 取 20 cm 3 的 砂 浆 样 品 样 品 被 注 入 上 中 图 所 示 的 上 升 管 中 该 管 中 下 部 存 有 蓝 色 释 放 溶 液, 上 部 是 水 用 磁 性 搅 拌 器 搅 拌 沙 浆 和 液 体 30 秒, 气 泡 被 释 放 ( 上 右 图 ) 气 泡 大 小 决 定 其 在 液 体 中 的 上 升 速 度, 大 小 不 同 的 气 泡 到 达 表 面 的 时 间 不 同 上 升 的 气 泡 被 收 集 到 浸 在 水 中 的 天 平 盘 底 与 天 平 相 联 的 电 脑 记 录 下 盘 子 随 时 间 重 量 的 变 化 在 测 试 的 前 期 阶 段, 盘 底 收 集 的 气 泡 尺 寸 从 几 毫 米 到 若 干 微 米 不 等 随 时 间 延 长, 收 集 到 盘 底 的 气 泡 尺 寸 会 递 减 测 试 持 续 25 分 钟 直 到 在 2 分 钟 内 质 量 不 再 变 化, 然 后 实 验 结 束 用 AVA 软 件 分 析 天 平 的 纪 录, 计 算 空 气 含 量 参 数, 包 括 空 间 系 数 和 表 面 系 数, 如 下 页 所 示 更 进 一 步, 该 软 件 可 画 出 气 泡 大 小 分 布 图 和 不 同 气 泡 尺 寸 统 计 图, 如 下 页 所 示 10

13 AVA AVA 系 统 特 性 AVA 系 统 有 以 下 两 类 :AVA-2000 和 AVA-3000 AVA-2000 AVA-2000 是 一 个 耐 久 的 常 用 设 备, 是 最 初 八 十 年 代 的 Dansk Beton Teknik (BTK) 设 计 该 产 品 特 性 包 含 : 一 个 完 备 的 系 统, 可 即 刻 使 用, 包 括 电 脑,AVA-2000 软 件, 按 装 好 的 PCMCIA 卡 和 驱 动 程 序 天 平 灵 敏 度 被 优 化, 排 除 实 验 过 程 中 可 能 遇 到 的 外 部 振 动 影 响 AVA-3000 近 期 研 发 的 AVA 特 性 包 含 : 最 新 的 微 处 理 器 技 术, 零 部 件 尺 寸 小, 数 量 少 手 提 式 电 脑 与 实 验 设 备 通 过 USB 单 线 连 接 包 括 一 个 迷 你 天 平, 非 常 耐 久, 适 于 运 输 和 长 时 间 实 验 减 少 外 部 震 动 对 实 验 结 果 的 影 响, 包 括 在 气 泡 上 升 管 上 端 最 先 使 用 挡 风 屏 改 进 后 的 搅 拌 器, 保 持 转 速 均 匀 包 含 一 个 35 升 的 温 度 容 器, 自 动 除 水 和 调 制 AVA 释 放 溶 液 该 容 器 也 同 时 作 为 实 验 设 备 平 衡 器 除 了 可 以 计 算 玄 长 度 小 于 2 mm 的 空 间 系 数 和 表 面 系 数 ( 与 AVA-2000 相 同 ) 之 外,AVA-3000 也 可 计 算 玄 长 度 小 于 1 mm 的 参 数, 正 如 最 新 的 ASTM C 所 要 求 以 下 是 AVA 2000 打 印 结 果 范 例, 其 中 包 括 : 浮 盘 随 时 间 (x 轴 ) 的 重 量 (y 轴 ) 的 变 化 实 验 结 果, 包 括 空 间 系 数 和 表 面 系 数 注 释 以 下 是 AVA 3000 打 印 结 果 范 例, 其 中 包 括 : 浮 盘 随 时 间 (x 轴 ) 的 重 量 (y 轴 ) 的 变 化 实 验 结 果, 包 括 空 间 系 数 和 表 面 系 数 注 释 11

14 AVA 以 下 是 AVA 2000 或 3000 打 印 结 果 范 例, 包 括 : 混 凝 土 中 小 于 2 mm 的 孔 隙 大 小 比 例 分 布 ( 左 图 ) 水 泥 沙 浆 中 小 于 2 mm 的 孔 隙 大 小 统 计 分 布 ( 右 图 ) 12

15 AVA AVA 2000 系 统 在 耐 用 运 输 箱 中 的 AVA 2000 系 统 AVA 2000 系 统 主 机 及 升 浮 管, 浮 盘 和 手 提 电 脑 AVA 2000 系 统 订 购 代 码 配 件 名 称 代 码 配 件 名 称 代 码 主 机 AVA-2010 刷 子 AVA-2130 升 浮 管 AVA-2020 制 样 用 成 孔 有 机 玻 璃 板 AVA-2140 带 温 度 传 感 器 的 活 塞 AVA-2030 排 水 桶 AVA-2150 浮 盘 AVA-2040 连 结 盒 AVA-2160 震 动 钢 丝 笼 AVA-2050 连 线 ( 连 结 盒 到 电 脑 ) AVA-2170 震 动 收 集 器 AVA-2060 连 线 ( 电 脑 到 天 平 ) AVA-2180 电 钻 AVA-2070 PCMCIA 卡 及 驱 动 软 件 AVA-2190 灌 入 夜 体 用 的 漏 斗 AVA-2080 PCMCIA 卡 说 明 书 AVA-2200 样 品 注 射 器, 5 支 AVA-2090 PCMCIA 卡 安 装 盘 AVA-2210 电 子 温 度 计 AVA-2100 AVA 2000 软 盘 AVA-2220 加 热 元 件 AVA-2110 AVA 2000 说 明 书 AVA-2230 AVA 释 放 溶 液 加 热 管 AVA-2120 AVA 释 放 溶 液, 5 公 升 AVA-2240 手 提 电 脑 AVA-2250 AVA 释 放 溶 液 是 装 在 5 公 升 标 有 批 号 的 容 器 中, 溶 液 具 有 适 当 的 粘 稠 度 和 水 溶 性, 并 有 证 书 每 次 实 验 需 200mL 溶 液 AVA-2260 验 证 套 件 不 包 含 其 中 用 户 可 参 加 由 AVA 专 家 教 授 的 为 期 1 天 的 课 程, 费 用 另 算 13

16 AVA AVA-3000 系 统 AVA-3000 系 统 包 括 主 机, 升 浮 管, 温 度 箱 和 手 提 电 脑 AVA-3000 配 件 ( 祥 见 下 表 ) AVA 3000 系 统 订 购 代 码 配 件 名 称 代 码 配 件 名 称 代 码 主 机 AVA-3010 AVA 释 放 溶 液 加 热 管 AVA-3120 升 浮 管 AVA-3020 刷 子 AVA-3130 活 塞 AVA-3030 制 样 用 成 孔 有 机 玻 璃 板 AVA-3140 浮 盘 AVA-3040 手 提 电 脑 AVA-3150 震 动 钢 丝 笼 AVA-3050 连 线 ( 主 机 到 电 脑 ) AVA-3180 震 动 收 集 器 AVA-3060 AVA 3000 软 盘 AVA-3220 电 钻 AVA-3070 AVA 3000 说 明 书 AVA-3230 灌 入 夜 体 用 的 漏 斗 AVA-3080 AVA 释 放 溶 液, 5 公 升 AVA-3240 样 品 注 射 器, 5 支 AVA-3090 与 AVA-2000 类 似,AVA-2260 验 证 套 件 不 包 含 其 中 用 户 也 可 参 加 由 AVA 专 家 教 授 的 为 期 1 天 的 课 程, 费 用 另 算 14

17 RAT RAT ( 快 速 含 碱 量 测 试 ) 碱 骨 料 反 应 对 混 凝 土 结 构 有 害,RAT ( 快 速 含 碱 量 测 试 ) 用 于 测 量 砂 浆 中 碱 骨 料 反 应 所 需 的 钠 和 钾 离 子 的 含 量 当 有 足 够 的 湿 度 时, 水 泥 砂 浆 中 的 碱 ( 钾 钠 离 子 ) 会 与 粗 细 骨 料 中 的 活 性 硅 发 生 反 应, 从 而 造 成 结 构 膨 胀 和 开 裂 为 了 减 小 新 浇 混 凝 土 中 的 碱 骨 料 反 应 的 风 险, 新 混 凝 土 砂 浆 中 的 钾 钠 离 子 含 量 应 控 制 在 项 目 规 定 范 围 之 内 RAT 测 量 新 混 凝 土 或 其 组 成 成 分 中 的 钾 钠 离 子 含 量 该 实 验 也 可 以 用 在 硬 制 混 凝 土 粉 状 样 品 上 原 理 将 混 凝 土 或 其 成 分 的 样 品 与 一 定 量 的 酸 提 取 液 相 混 合 再 将 两 个 标 定 过 的 电 极 浸 入 混 合 溶 液 中, 其 中 一 个 测 量 钠 离 子 含 量, 另 一 个 测 量 钾 离 子 含 量 将 测 量 数 据 (mv) 记 录 下 来 所 读 取 的 数 据 可 以 直 接 通 过 现 成 的 标 定 曲 线 转 变 为 Na 2 O 和 x K 2 O 含 量 (kg/m 3 ), 再 将 结 果 相 加 后 获 得 相 等 Na 2 O 含 量 电 极 标 定 后 每 个 实 验 过 程 只 需 要 10 分 钟 硬 质 混 凝 土 粉 状 样 品 也 可 以 做 类 似 分 析 如 果 需 要 将 混 凝 土 中 含 易 反 应 物 质 的 粗 骨 料 除 去, 混 凝 土 钻 芯 取 样 后 要 被 粉 碎, 将 粗 骨 料 剔, 再 将 剩 余 材 料 制 成 粉 末 后 进 行 分 析 与 其 它 方 法 的 关 系 和 可 变 异 性 下 图 所 示 是 用 火 焰 光 谱 法 和 RAT 所 测 的 相 同 溶 液 中 碱 含 量 比 较, 样 品 是 从 不 同 配 置 的 混 凝 土 中 提 取 溶 液 是 通 过 酸 提 取 术 制 成 这 些 结 果 的 统 计 相 关 系 数 是 0.97,RAT 的 测 试 结 果 与 火 焰 光 谱 法 的 结 果 相 差 为 +5 % 1.5 RAT, kg/m Sodium Potassium Flame Photometry, kg/m 3 15

18 RAT 实 验 范 例 Equiv. Na + Content, kg/m Sodium Potassium Electrode Voltage, mv 电 极 的 标 定 是 通 过 三 种 标 定 溶 液 进 行 的, 这 三 种 溶 液 的 标 定 曲 线 如 上 图 所 示 混 凝 土 样 品 在 提 取 液 中 溶 解, 将 电 极 浸 入 水 中 在 这 个 例 子 中,Na + 电 极 的 mv 读 数 是 12.0 mv, K + 电 极 的 mv 读 数 是 18.9 mv 相 应 的 Na 2 O 的 含 量 是 0.46 kg/m 3 和 1.40 kg/m 3 将 这 两 个 数 值 相 加 所 得 的 Na 2 O 总 量 为 1.86 kg/m 3 RAT-1000 设 备 及 订 购 代 码 RAT-2030 标 定 液 RAT-2032 新 浇 混 凝 土 容 器 RAT-2023 硬 质 混 凝 土 容 器 配 件 名 称 代 码 K + 电 极 RAT-700 备 用 K + 电 极 保 护 盖 RAT-701 Na + 电 极 RAT-800 备 用 Na + 电 极 保 护 盖 RAT-801 参 照 电 极 RAT-900 电 极 套 RAT-910 电 表 及 备 用 电 池 RAT-950 连 机 器 转 换 盒 RAT-960 K + 电 极 润 湿 液 RAT-970 Na + 电 极 润 湿 液 RAT-980 参 照 极 润 湿 液 RAT-990 注 射 器,3 支 RAT-1005 喷 洒 器 及 蒸 馏 水 RAT-1010 标 定 溶 液 #1 RAT-1020 标 定 溶 液 #2 RAT-1030 标 定 溶 液 #3 RAT-1040 清 洁 用 卫 生 纸 RAT-1050 标 准 标 定 表 格, 30 张 RAT-1060 数 据 表,30 张 RAT-1070 铅 笔 ( 黑, 红,), 尺 RAT-1080 刮 刀, 5 支 RAT-1090 安 全 眼 镜 RAT-1100 橡 胶 手 套 RAT-1110 搅 拌 容 器 RAT-1120 新 混 凝 土 样 杯 RAT-1130 为 电 极 使 用 的 戴 小 孔 的 塑 料 片 RAT-1140 温 度 计 RAT-1150 说 明 书 RAT

19 混 凝 土 成 熟 度 计 量 表 (COMA-Meter) 目 的 COMA-Meter ( 混 凝 土 成 熟 度 计 量 表 ) 用 于 测 量 距 表 面 80mm 的 新 浇 混 凝 土 成 熟 度, 其 应 用 如 下 : 应 用 已 有 的 混 凝 土 强 度 与 成 熟 度 的 关 系, 评 估 混 凝 土 早 期 强 度 科 学 地 找 到 用 LOK 实 验 做 早 期 强 度 实 验 的 正 确 时 间 考 察 有 效 养 护 温 度 原 理 在 一 个 玻 璃 虹 吸 管 中 装 有 液 体, 根 据 阿 伦 尼 乌 斯 定 律 液 体 的 蒸 发 速 度 与 温 度 相 关, 同 样 的 关 系 也 适 用 于 根 据 温 度 历 史 对 混 凝 土 成 熟 度 的 确 定 封 闭 的 虹 吸 管 放 置 于 一 个 卡 片 上, 该 卡 片 印 有 标 定 过 的 标 尺, 显 示 20 o C 时 相 应 温 度 下 的 成 熟 度 卡 片 随 之 装 入 透 明 的 容 器 之 中 使 用 时, 当 混 凝 土 浇 筑 后, 将 虹 吸 管 成 熟 度 显 示 甩 到 0, 拧 入 容 器 中, 再 置 于 新 浇 混 凝 土 上 Absorption compound Container Liquid filled glass capillary Cap threaded on container Scale attached to cap 容 器 中 的 温 度 会 迅 速 的 与 混 凝 土 温 度 相 同, 虹 吸 管 中 的 液 体 蒸 发 速 度 取 决 于 温 度 和 时 间 液 体 在 虹 吸 管 中 的 标 高 可 直 接 读 取 ( 单 位 ; M 20 ), 其 成 熟 度 相 当 于 在 20 o C 时 相 应 的 养 护 天 数 Calculated from Temperature, days COMA-Meter, days Equivalent Age at 20 o C, days Arrhenius COMA-Meter Temperature, o C COMA-Meter 测 出 的 成 熟 度 与 根 据 温 度 计 算 出 的 成 熟 度 的 比 较 ( 来 源 :Moller, G. Evaluation of COMA-test, Report , CBI, Stockholm, Sweden) 根 据 阿 伦 尼 乌 斯 定 律 计 算 出 的 混 凝 土 成 熟 度 与 COMA-Meter 测 出 的 成 熟 度 的 比 较 ( 实 际 测 量 一 天, 温 度 变 化 -5 o C ~50 o C) 17

20 混 凝 土 成 熟 度 计 量 表 (COMA-Meter) 分 辨 率 与 精 度 两 类 COMA-Meter 的 测 量 范 围 分 别 是 0 到 5 M 20 天 (COMA-5) 和 0 到 14 M 20 天 (COMA-14) 测 量 精 确 度 是 大 约 M 20 天 其 精 度 与 前 页 所 示 的 计 算 值 相 差 最 多 +5%. COMA-Meter 所 需 激 活 能 量 大 约 为 40kJ/mol. 应 用 50 Compressive Sterngth, MPa Mixture A Mixture B Mixture C M 20, days at 20 o C 用 LOK 实 验 进 行 强 度 实 验 前 测 量 到 的 混 凝 土 成 熟 度 强 度 - 成 熟 度 关 系 举 例, 可 根 据 成 熟 度 对 现 场 混 凝 土 强 度 进 行 估 计 冬 季 施 工 时, 安 装 COMA- Meter 可 以 在 拆 模 前 估 计 混 凝 土 强 度 在 新 建 飞 机 场 跑 道 上 安 装 COMA-Meter 可 以 确 定 切 割 伸 缩 缝 的 最 佳 时 间 COMA-5 一 套 5 件 装 的 0 到 5 M 20 天 COMA-Meter 18 COMA-14 一 套 5 件 装 的 0 到 14 M 20 天 COMA-Meter

21 抗 拉 实 验 机 (LOK) 目 的 抗 拉 实 验 机 (LOK 实 验 ) 是 根 据 ASTM C900, BS1881:Part 1, 或 EN 中 的 抗 拉 实 验 规 定 而 设 计 的 实 验 设 备, 用 于 准 确 测 定 混 凝 土 早 期 强 度 LOK 实 验 用 于 以 下 两 方 面 应 用 : 原 理 确 定 混 凝 土 是 否 达 到 施 加 荷 载 所 需 的 强 度, 例 如 在 拆 模 或 张 拉 预 应 力 之 前 评 估 钢 筋 保 护 层 质 量 25 mm 一 个 直 径 25mm 的 金 属 圆 盘 浇 筑 于 混 凝 土 深 度 25mm 处, 施 加 的 拉 力 通 过 一 个 直 径 50 mm 的 金 属 圈 反 作 用 于 混 凝 土 表 面 记 录 拉 出 金 属 圆 盘 所 需 拉 力 F 在 埋 置 圆 盘 和 金 属 反 作 用 圈 之 间 的 混 凝 土 承 受 压 力, 所 以 拉 力 F 直 接 与 混 凝 土 抗 压 强 度 相 关 25 mm 55 mm F 在 实 验 过 程 中, 拉 力 可 以 施 加 到 一 定 所 需 的 值, 此 时 完 全 是 无 损 实 验 或 者 拉 力 施 加 到 破 坏 值, 达 到 最 大 强 度, 此 时 混 凝 土 表 面 有 直 径 55 mm 的 圆 形 裂 缝 金 属 圆 盘 可 以 在 混 凝 土 浇 筑 前 预 先 绑 在 模 板 上, 或 者 在 混 凝 土 浇 筑 后 塑 性 状 态 下 插 入 不 同 的 LOK 实 验 应 用 不 同 的 金 属 圆 盘 抗 拉 力 与 混 凝 土 强 度 之 间 的 关 系 及 精 确 度 在 标 准 试 块 上 用 该 方 法 测 出 的 拉 力 值 与 混 凝 土 强 度 之 间 有 极 好 的 相 关 性, 用 LOK 实 验 对 现 浇 混 凝 土 强 度 进 行 估 测 是 很 准 确 的 该 实 验 已 经 有 20 多 年 的 历 史, 世 界 各 地 的 经 验 证 明 其 可 靠 性 单 一 相 关 曲 线 可 以 用 于 所 有 普 通 密 度 混 凝 土 的 测 试, 如 下 图 所 示 对 轻 质 混 凝 土 有 不 同 的 相 关 曲 线 Cylinder Strength, MPa Cylinder Stength Correlations Cube Strength, MPa Cube Strength Correlations Pullout Load, kn Pullout Load, kn 来 源 :Petersen, C.G., LOK-Test and CAPO-Test Pullout Testing: Twenty Years Experience, Conference on Non-destructive Testing in Civil Engineering, Liverpool, UK, April 1997, British Institute of Non-destructive Testing. 19

22 抗 拉 实 验 机 (LOK) 下 图 所 示 的 混 凝 土 强 度 与 拉 拔 力 之 间 的 标 准 关 系 被 证 明 有 足 够 的 精 确 度, 适 用 于 全 部 普 通 密 度 混 凝 土 但 是, 具 体 工 程 项 目 可 能 要 求 使 用 针 对 于 特 定 配 合 比 混 凝 土 的 标 定 关 系 曲 线 这 种 情 况 下, 标 定 方 法 应 参 考 ACI 228.1R 报 告 的 内 容 100 Compressive Strength, MPa f cube = 0.76 F 1.16 f cyl = 0.69 F 1.12 General Correlations for Cylinder and Cube Strength Pullout Load, kn 对 于 最 大 粗 骨 料 为 38 mm 的 混 凝 土, 在 95% 信 心 水 平 下 和 考 虑 平 均 4 个 样 品 实 验 值, 根 据 LOK 实 验 和 标 准 关 系 曲 线 所 估 计 的 强 度 值 与 混 凝 土 压 力 实 验 ( 用 柱 体 或 试 块 ) 所 得 值 最 多 相 差 6% 其 单 独 实 验 的 变 异 系 数 大 约 为 8% 应 用 范 例 用 LOK 实 验 对 完 工 的 结 构 进 行 质 量 控 制 实 验 显 示 表 上 的 H 表 示 实 验 获 取 的 最 大 拉 力 这 里 用 到 的 控 制 金 属 圆 盘 为 L-40 使 用 L-49 浮 动 圆 盘 进 行 混 凝 土 板 的 现 场 质 量 控 制 实 验 图 中 也 显 示 使 用 了 COMA 计 ( 操 作 人 员 的 膝 盖 前 方 ) 作 的 混 凝 土 成 熟 度 实 验 20

23 抗 拉 实 验 机 (LOK) 左 图 所 示 通 过 模 板 上 开 的 洞 在 板 底 正 在 进 行 的 LOK 实 验 实 验 目 的 是 为 保 障 安 全 和 早 期 拆 模 该 实 验 使 用 L-42 圆 盘 和 L-44 铁 片 图 中 显 示 L-10-2 拉 力 仪 同 时 COMA 计 用 于 测 试 成 熟 度, 确 定 LOK 实 验 最 佳 时 机 LOK 实 验 埋 件 和 定 购 代 码 LOK 实 验 埋 件 圆 盘 有 四 种 型 号 ( 下 图 从 左 至 右 ), 两 种 拉 力 等 级 :0 到 50 kn 和 0 到 100 kn 控 制 埋 件 用 于 定 在 木 质 模 板 上 木 板 要 在 实 验 前 拆 除 拆 模 埋 件 用 于 帮 助 确 定 拆 模 时 间 埋 件 配 件, 用 于 替 换 使 用 过 的 埋 件 浮 动 埋 件 用 于 在 混 凝 土 新 浇 注 后 插 入 实 验 0 50 kn Inserts kn Inserts 配 件 名 称 代 码 配 件 名 称 代 码 控 制 埋 件 L-40 控 制 埋 件 L-41 拆 模 埋 件 带 L-44 铁 片 L-42 拆 模 埋 件 带 L-44 铁 片 L-43 埋 件 配 件 L-45 埋 件 配 件 L-46 浮 动 埋 件 L49 浮 动 埋 件 L-50 当 重 复 使 用 这 些 预 埋 件 之 前, 要 检 查 埋 件 没 有 损 坏, 而 且 要 涂 上 L-29 保 护 漆 使 用 L-26 金 属 环 可 埋 件 从 混 凝 土 中 完 全 拉 出 使 用 kn 埋 件 时, 需 要 L-17-1 高 强 螺 栓 和 连 接 部 件 C

24 抗 拉 实 验 机 (LOK) LOK 实 验 设 备 及 订 购 代 码 三 种 LOK 实 验 成 套 设 备 L-10, L-11 和 L-12 中 使 用 三 中 不 同 的 液 压 拉 力 机 L-10 LOK 实 验 设 备 L-10 液 压, 手 动 拉 力 机 配 有 标 定 过 的 0 到 40 kn 范 围 的 读 表 该 读 表 也 可 以 被 另 外 两 种 0 到 25 kn ( 定 购 代 码 L-10-1) 和 0 到 60 kn ( 定 购 代 码 L-10-3) 代 替 拉 力 机 的 精 确 度 为 + 0.6%. 配 件 名 称 配 有 指 针 读 表 的 液 压 拉 力 机 代 码 L-10-2 固 定 盘 L-15 联 接 器 L-16 抗 拉 螺 栓 L-17 拆 装 工 具 L-18 螺 栓 把 手 L-19 可 调 节 扳 手 L-20 加 油 杯 子 L-24 加 油 瓶 L-25 大 号 螺 丝 刀 C-149 小 号 螺 丝 刀 C-157 标 定 数 据 表 L-32 操 作 手 册 L-33 工 具 箱 L-34 L-11 LOK 实 验 设 备 L-11-1 液 压 拉 力 机 配 有 0 到 100 kn 精 确 电 子 表, 具 有 记 忆 储 存 功 能 ( 最 大 拉 力 值, 时 间, 实 验 日 期 ) 实 验 完 成 后 最 大 拉 力 值 会 自 动 显 示 读 表 的 内 部 精 度 是 0.01 kn, 现 示 拉 力 值 精 确 到 0.1 kn 配 件 名 称 配 有 电 子 读 表 的 液 压 拉 力 机 代 码 L-11-1 AMIGAS 打 印 软 件 L-13 打 印 机 连 线 L-14 固 定 盘 L-15 联 接 器 L-16 抗 拉 螺 栓 L-17 拆 装 工 具 L-18 螺 栓 把 手 L-19 可 调 扳 手 L-20 加 油 杯 子 L-24 加 油 瓶 L-25 大 号 螺 丝 刀 C-149 小 号 螺 丝 刀 C-157 标 定 数 据 表 L-32 操 作 手 册 L-33 工 具 箱 L-34 22

25 抗 拉 实 验 机 (LOK) L-12 LOK 实 验 设 备 L-12-1 拉 力 机 的 特 点 是 具 有 自 动 加 荷 载 功 能, 可 以 保 证 按 照 规 范 要 求 均 速 加 载 并 配 有 0 到 100 kn 精 确 电 子 表, 具 有 记 忆 储 存 功 能 ( 最 大 拉 力 值, 时 间, 实 验 日 期 ) 实 验 完 成 后 最 大 拉 力 值 会 自 动 显 示 读 表 的 内 部 精 度 是 0.01 kn, 显 示 拉 力 值 精 确 到 0.1 kn 配 件 名 称 配 有 电 子 读 表 的 液 压 拉 力 机 代 码 L-12-1 AMIGAS 打 印 软 件 L-13 打 印 机 连 线 L-14 固 定 盘 L-15 联 接 器 L-16 抗 拉 螺 栓 L-17 拆 装 工 具 L-18 螺 栓 把 手 L-19 可 调 扳 手 L-20 加 油 杯 子 L-24 加 油 瓶 L-25 大 号 螺 丝 刀 C-149 小 号 螺 丝 刀 C-157 标 定 数 据 表 L-32 操 作 手 册 L-33 工 具 箱 L-34 注 :LOK 实 验 拉 立 机 也 可 以 作 为 其 它 实 验 张 拉 设 备 使 用 这 些 实 验 包 括 以 下 格 曼 仪 器 系 统 :CAPO 实 验, 粘 结 力 实 验, 扭 矩 实 验,DSS 实 验 和 POWER 实 验 通 常 情 况 下 这 些 实 验 要 求 使 用 L-11-1 的 拉 力 机 荷 载 校 正 器 在 每 次 实 验 后, 或 仪 器 修 理 之 后, 拉 立 机 都 需 要 重 新 标 定 L-30 荷 载 校 正 器 标 定 范 围 为 0 到 100 kn 拉 力 显 示 精 度 为 0.1 kn 该 仪 器 有 标 定 证 书 显 示 其 精 度 使 用 L-30 荷 载 校 正 器 可 保 证 拉 力 精 度 为 在 实 际 拉 力 的 +2% 范 围 内, 符 合 ASTM C900 要 求 23

26 CAPO 实 验 (CAPO-TEST) _ CAPO 实 验 CAPO 实 验 可 以 对 现 有 结 构 进 行 抗 拉 实 验 而 不 需 要 事 先 安 装 嵌 入 装 置 CAPO 实 验 类 似 于 LOK 实 验, 是 用 于 准 确 地 测 试 混 凝 土 现 场 抗 压 强 度 在 混 凝 土 浇 筑 后 进 行 的 抗 拉 实 验, 例 如 CAPO 实 验, 都 包 括 在 ASTM C 900 中 CAPO 实 验 的 常 见 应 用 包 括 以 下 几 种 : 建 成 后 结 构 的 质 量 控 制 当 标 准 养 护 试 件 没 有 达 到 强 度 要 求 时 进 行 现 场 强 度 测 试 测 试 现 有 结 构 混 凝 土 的 剩 余 应 力 评 估 被 火 损 坏 的 结 构 结 构 的 整 体 性 原 理 25 mm 当 选 择 CAPO 实 验 的 地 点 时, 要 确 定 测 试 范 围 内 没 有 钢 筋 测 试 点 表 面 平 整, 钻 一 个 18.4mm 垂 直 于 表 面 的 洞 在 洞 中 扩 孔 成 型 一 个 直 径 25mm 深 25mm 的 凹 槽 将 一 个 分 离 圈 扩 张 后 置 于 凹 槽 内, 用 拉 力 机 将 其 拉 出, 拉 力 反 力 作 用 于 直 径 55mm 的 反 作 用 圈 上 类 似 于 LOK 实 验, 分 离 环 和 压 力 圈 之 间 的 混 凝 土 是 受 压 的 所 以 拉 力 F 是 直 接 与 压 力 强 度 有 关 的 25 mm 55 mm F 实 验 要 进 行 到 分 离 圈 与 反 作 用 圈 之 间 的 混 凝 土 有 锥 形 破 坏 轻 微 的 表 面 损 坏, 要 进 行 修 补 以 达 到 美 观 并 且 避 免 造 成 耐 久 性 的 问 题 估 计 强 度 的 精 确 性 70 多 项 研 究 表 明,CAPO 实 验 测 量 的 抗 拉 强 度 与 LOK 实 验 所 得 相 当 如 右 图 所 示, 其 中 包 括 四 项 独 立 研 究 结 果 最 大 粗 骨 料 为 40mm 所 以 前 面 所 示 的 LOK 实 验 的 标 准 关 系 曲 线 也 适 用 于 CAPO 实 验 根 据 过 去 的 实 验 经 验 和 实 验 室 研 究, 用 CAPO 实 验 估 计 的 抗 压 强 度 精 确 性 与 LOK 实 验 相 似 对 于 普 通 密 度 混 凝 土, 单 独 实 验 结 果 的 变 异 系 数 为 8% CAPO-TEST Force, kn Krenchel 1982 Yun et al. SP-112, MSA = 40 mm Yun et al. SP-112, Mortar Meyer 1994 Bellander 1983, MSA = 38 mm Bellander 1983, MSA = 18 mm Line of Equality LOK-TEST Force, kn 24

27 CAPO 实 验 (CAPO-TEST) 与 钻 芯 强 度 的 比 较 一 项 对 强 度 的 研 究 中 包 括 十 座 混 凝 土 桥, 研 究 人 员 将 钻 芯 实 验 结 果 与 CAPO 实 验 和 回 弹 仪 实 验 (ASTM C805) 的 结 果 进 行 比 较 如 下 图 所 示,CAPO 实 验 估 计 的 强 度 平 均 起 来 与 钻 芯 实 验 相 差 小 于 6% 这 项 研 究 肯 定 了 CAPO 实 验 用 于 混 凝 土 现 场 强 度 估 计 的 内 在 的 可 靠 性 80 Estimated Strength, MPa CAPO-TEST Rebound Hammer Line of Equality Core Strength, MPa 应 用 范 例 用 CAPO 实 验 测 试 工 业 地 板 强 度 前 的 凹 槽 成 型 过 程 Expanded ring 在 停 车 场 结 构 进 行 现 场 强 度 测 试 CAPO 实 验 后 的 破 坏 面. 25

28 CAPO 实 验 (CAPO-TEST) CAPO 实 验 仪 器 与 定 购 代 码 垫 圈 和 尺 寸 调 节 工 具 C-112 CAPO 膨 胀 垫 圈 C-111 尺 寸 调 节 工 具 可 调 节 C-112 垫 圈 2 至 3 倍 CAPO 实 验 设 备 CAPO 实 验 设 备 包 括 C-101 准 备 件, C-102 DSV 配 件 和 拉 力 机 拉 力 机 包 括 C-103 设 备, 配 有 0 到 60 kn 指 针 读 表, 或 者 C-104 设 备, 佩 右 0 到 100 kn 电 子 读 表 C-101 CAPO 实 验 准 备 配 件 该 套 设 备 用 于 钻 孔 和 扩 孔 同 时 包 括 膨 胀 垫 圈 和 其 它 实 验 所 需 工 具 配 件 名 称 代 码 反 作 用 圈 C-142 扩 张 器 C 手 提 水 泵 C-150 扩 孔 器 C 量 距 仪, 25 mm C-136 装 有 CAPO 油 的 瓶 子 C-143 钻 石 钻 刀 C 电 钻 C 扳 手, 14 mm C-151 扳 手, 19 mm C-155 配 件 名 称 代 码 螺 丝 刀 C-149 镊 子 C-148 塑 料 管 C-157 粉 笔 C-160 钳 子 C-147 六 角 螺 丝 刀, 4 mm C-156 扳 手, 46 mm C 可 调 扳 手 C 游 标 卡 尺 C-135 工 具 箱 C-160 C-102 DSV 套 件 该 套 件 包 括 金 刚 石 找 平 仪, 吸 板, 真 空 泵, 和 表 面 打 磨 用 的 工 具, 确 保 钻 洞 和 成 孔 前 表 面 平 整 配 件 名 称 代 码 金 刚 石 找 平 仪 C 真 空 泵 和 连 接 管 C 黄 铜 开 关 C 吸 盘 C 配 件 名 称 代 码 夹 钳, 2 C 小 螺 丝 刀 C-158 扳 手, 17 mm C-154 塑 料 管 C-147 工 具 箱 C

29 CAPO 实 验 (CAPO-TEST) 两 种 拉 力 机 适 用 于 CAPO 实 验, 与 LOK 实 验 所 用 拉 力 机 相 同 C-103 拉 力 机 配 件 该 液 压 拉 力 机 配 有 0 到 60 kn 指 针 读 表 或 者 配 有 0 到 40 kn 读 表 ( 定 购 代 码 L-10-2), 可 测 试 最 高 40 MPa 混 凝 土 拉 力 机 精 确 度 +6%, 超 过 ASTM C900 +2% 的 要 求 配 件 名 称 代 码 指 针 读 表 该 液 压 拉 力 机 L-10-3 添 油 杯 L-24 添 油 瓶 L-25 大 螺 丝 刀 C-149 小 螺 丝 刀 C-157 操 作 手 册 C-165 工 具 箱 C-166 C-104 拉 力 机 配 件 该 拉 力 机 并 配 有 0 到 100 kn 精 确 电 子 表, 具 有 记 忆 储 存 功 能 ( 最 大 拉 力 值, 时 间, 实 验 日 期 ) 实 验 完 成 后 最 大 拉 力 值 会 自 动 显 示 读 表 的 内 部 精 度 是 0.01 kn, 显 示 拉 力 值 精 确 到 0.1 kn 配 件 名 称 代 码 配 有 电 子 表 的 拉 力 机 L-11-1 AMIGAS 打 印 软 件 L-13 打 印 机 连 线 L-14 添 油 杯 L-24 添 油 瓶 L-25 大 螺 丝 刀 C-149 小 螺 丝 刀 C-157 标 定 数 据 表 格 L-32 操 作 手 册 L-33 工 具 箱 C 注 : 拉 力 机 每 年 至 少 需 标 定 一 次, 如 果 检 修 或 损 坏, 时 间 会 更 短 标 定 可 使 用 前 面 所 示 的 荷 载 校 正 器 27

30 GWT _ 目 的 GWT ( 格 曼 水 渗 透 实 验 ) 用 于 现 场 测 试 : 建 成 结 构 表 面 混 凝 土 防 水 性 能 砖 结 构 防 水 性 能 结 构 施 工 缝 和 密 封 接 缝 的 水 密 性 防 水 材 料 的 有 效 性 原 理 GWT 测 量 在 一 定 压 力 下 结 构 表 面 的 渗 水 性 一 个 装 水 的 容 器 通 过 两 个 钳 子 或 吸 盘 固 定 在 结 构 表 面 或 者 通 过 粘 结 剂 将 水 密 容 器 直 接 粘 在 表 面 装 水 容 器 的 开 关 阀 置 于 关 闭 状 态 通 过 容 器 上 部 的 调 节 阀 可 调 节 水 压 水 的 压 力 显 示 在 表 盘 上 当 水 渗 透 进 表 面, 通 过 微 型 计 量 表 可 以 将 一 个 活 塞 推 入 容 器 以 保 持 水 压 活 塞 移 动 距 离 正 好 填 补 渗 透 水 的 体 积 通 过 活 塞 的 移 动 时 间 可 以 获 取 结 构 表 面 渗 透 特 性 应 用 范 例 1. 混 凝 土 表 面 水 渗 透 性 GWT 用 于 测 试 高 效 混 凝 土 图 中 所 示 四 个 锥 形 破 坏 点 是 CAPO 实 验 后 形 成 的 在 1 bar 或 100 kpa 压 力 下 ( 左 图 ), 可 观 察 到 水 渗 入 表 面 裂 缝 中 接 下 来, 将 表 面 层 1.5mm 打 磨 掉, 重 新 进 行 实 验 ( 右 图 ) 将 压 力 提 高 到 5 bar 或 500 kpa 没 有 再 观 察 到 水 渗 透 现 象 测 量 到 的 水 渗 透 率 为 1.3x10-5 mm/s. 28

31 GWT 2. 养 护 对 渗 水 性 的 影 响 Permeability Coefficient, mm 2 /(s bar) % SF 5 % SF 10 % SF Temperature, o C 3. 砖 结 构 渗 水 性 左 图 显 示 用 GWT 测 量 的 混 凝 土 渗 水 性 与 养 护 温 度 及 硅 粉 含 量 之 间 的 关 系 混 凝 土 水 灰 比 为 0.42, 抗 压 强 度 40 MPa 结 果 显 示 添 加 硅 粉 对 降 低 渗 水 性 有 益 右 图 所 示 为 使 用 GWT 在 砖 结 构 表 面 进 行 的 水 密 性 实 验 雨 水 在 风 压 下 深 入 墙 体 问 题 出 于 砖 体 本 身, 而 不 是 砂 浆 接 缝 砖 是 在 高 温 下 烧 制 而 成 特 定 颜 色 的, 而 高 温 烧 质 过 程 提 高 了 砖 的 渗 水 性 GWT-4000 设 备 订 购 代 码 : 配 件 名 称 代 码 配 件 名 称 代 码 配 有 bar 读 表 的 压 力 容 器 GWT-4010 吸 盘 和 真 空 泵 GWT-4230 压 力 阀 扳 手 GWT-4020 冲 击 钻 GWT-4240 额 外 bar 读 表 GWT-4030 GRA 胶 GWT-4250 水 添 加 杯 可 调 镊 钳 一 套 锚 拴 扳 手 : 14 和 17 mm GWT-4050 GWT-4060 GWT-4080 GWT-4090 密 封 胶 带 GWT-4100 装 有 开 水 的 瓶 :3 个 GWT-4110 密 封 垫 圈, 10 mm 厚, 4 个 GWT-4120 密 封 垫 圈, 15 mm 厚, 4 个 GWT-4130 操 作 手 册 GWT-4140 工 具 箱 GWT-4150 *1 bar = 100 kpa 29

32 s MAST 目 的 长 期 以 来, 人 们 希 望 有 一 套 快 速, 简 易 的 无 损 检 测 系 统 可 以 用 来 高 效 检 测 混 凝 土 结 构 的 整 体 性 s Mash ( 发 音 斯 迈 士 ) 冲 击 反 应 系 统 正 可 满 足 人 们 的 愿 望 该 系 统 用 于 快 速 检 测 结 构 中 的 缺 陷, 找 到 可 能 存 有 问 题 的 地 方, 为 接 下 来 的 具 体 检 验 做 准 备, 例 如 使 用 冲 机 回 响 法 (DOCter), 或 者 钻 芯 取 样 法 (CORECASE) 使 用 s Mash 可 以 快 速 检 测 以 下 结 构 : 高 速 公 路, 水 坝, 楼 板 等 混 凝 土 板 结 构 下 的 空 洞 板 结 构 翘 曲 墙 板 锚 固 螺 栓 情 况 寻 找 桥 面, 板, 墙, 和 大 体 积 结 构 如 水 坝, 烟 囱, 储 存 仓 内 部 的 分 层 与 蜂 窝 检 查 混 凝 土 冻 伤 检 验 是 否 存 在 硅 骨 料 反 应 检 查 沥 青 和 混 凝 土 附 加 层 与 底 板 之 间 的 粘 结 或 分 离 情 况 检 验 混 凝 土 结 构 中 结 点 传 力 的 有 效 性 原 理 s Mash 实 验 使 用 锤 击 低 应 变 冲 击, 在 结 构 内 部 产 生 应 力 波 冲 击 造 成 结 构 产 生 弯 曲 变 形 和 震 动, 通 过 安 装 在 冲 击 点 旁 边 的 速 度 传 感 器 测 量 其 振 幅 装 在 冲 击 锤 中 的 测 力 计 和 速 度 传 感 器 连 接 到 手 提 电 脑, 电 脑 中 装 有 s Mash 软 件, 用 于 数 据 采 集, 处 理 信 号 和 储 存 数 据 通 过 富 利 叶 转 换 (FFT) 将 捶 击 力 和 测 量 的 速 度 反 应 转 换 成 频 域 信 号 将 所 得 的 速 度 频 谱 除 以 力 的 频 谱 后, 得 到 以 频 率 为 参 数 的 导 纳 方 程 以 下 是 测 试 一 混 凝 土 样 品 所 得 的 导 纳 频 谱 导 纳 值 的 单 位 为 单 位 力 下 的 速 度, 如 (m/s)/n 2.5 x x 10-7 Average mobility Mobility (m/s)/n 1.5 x x x K = Dynamic stiffness = 0.48 MN/mm dyn Frequency, Hz 用 于 结 构 整 体 性 测 试 的 导 纳 频 谱 有 以 下 参 数 : 动 态 刚 度 ( 导 纳 曲 线 原 点 初 始 斜 率 的 倒 数, 蓝 线 ) 平 均 导 纳 值 ( 蓝 色 虚 线 ) 100 到 800Hz 之 间 的 导 纳 曲 线 斜 率 空 隙 系 数 ( 初 始 导 纳 峰 值 与 平 均 导 纳 值 的 比 值 ) 30

33 s MASH Mobility, (m/s)/n Void below slab Good support Mobility, (m/s)/n Honeycombed concrete Solid concrete Frequency, Hz Frequency, Hz 上 图 为 不 同 结 构 缺 陷 下 的 导 纳 曲 线 左 图 对 比 两 种 情 况 下 的 导 纳 曲 线, 一 种 是 地 面 板 底 有 空 洞, 一 种 是 板 底 有 均 匀 支 撑 空 隙 系 数 是 初 始 导 纳 峰 值 与 平 均 导 纳 值 的 比 值 右 图 是 一 个 储 存 仓 体 内 部 的 两 种 情 况, 一 种 是 内 部 有 蜂 窝, 一 种 是 均 匀 振 捣 下 的 混 凝 土 有 蜂 窝 的 混 凝 土 通 常 造 成 高 导 纳 曲 线 斜 率 实 验 前 在 混 凝 土 表 面 画 定 网 格 状 实 验 点 实 验 后,s Mash 软 件 绘 制 实 验 所 得 不 同 的 参 数 曲 线 图 通 过 这 些 图, 可 以 容 易 得 确 定 结 构 中 可 能 有 问 题 的 区 域, 再 进 行 详 细 检 查 这 些 分 析 可 以 在 现 场 进 行, 但 是 可 得 检 测 结 果 实 验 范 例 右 图 所 示 为 一 个 实 验 后 电 脑 显 示 的 实 验 所 得 曲 线 图 上 面 左 图 为 冲 击 锤 力 的 时 域 曲 线, 右 图 为 通 过 速 度 传 感 器 得 到 的 混 凝 土 表 面 震 动 速 度 时 域 曲 线 下 面 的 曲 线 是 通 过 上 面 所 得 的 导 纳 频 谱 最 下 面 是 该 软 件 计 算 出 的 各 种 参 数 值 31

34 s MASH 以 下 是 在 厚 度 为 150 mm, 面 积 8m x 11m 的 板 上 做 的 s Mash 实 验 结 果 : 导 纳 值 分 布 图 和 动 态 刚 度 分 布 图 该 板 有 多 处 裂 缝 图 中 显 示 靠 近 裂 缝 ( 蓝 线 ) 的 高 导 纳 和 低 刚 度 区 域 ( 红 色 ) 图 中 同 时 显 示 沿 周 边 的 低 导 纳 和 高 刚 度 区 域 ( 绿 色 ), 与 边 界 条 件 ( 板 由 混 凝 土 墙 支 撑 ) 相 吻 合 Inaccessible Area Inaccessible Area 实 验 范 例 Average Mobility Crack Stiffness Crack s Mash 实 验 寻 找 隧 道 壁 后 的 空 洞 检 查 滑 模 施 工 储 藏 结 构 中 内 部 的 蜂 窝 32

35 s MASH 水 坝 检 验 混 凝 土 罐 结 构 施 工 缝 密 闭 性 检 测 桥 墩 内 部 离 析 和 蜂 窝 检 测 检 查 外 墙 板 连 接 情 况 实 验 高 层 建 筑 外 墙 锚 拴 检 查 测 试 陶 砖 外 墙 内 部 的 裂 缝 和 与 地 板 的 脱 离 33

36 s MASH _ 配 件 名 称 代 码 冲 击 锤 冲 击 锤 检 验 合 格 证 书 普 通 实 验 用 塑 胶 接 头 测 桩 实 验 用 铝 制 接 头 s MASH s MASH s MASH s MASH 度 方 向 实 验 用 传 感 器 s MASH 水 平 向 传 感 器 标 定 证 书 连 接 装 置 盒 及 3 m 长 接 线 操 作 手 册 工 具 箱 s MASH s MASH s MASH s MASH 冲 击 锤 和 传 感 器 需 要 每 年 标 定 一 次 s MASH-4000 电 脑 箱 配 件 名 称 手 提 电 脑, 装 有 微 软 视 窗 和 s MASH 软 件 及 PCMCIA 卡 代 码 s MASH s MASH 软 件, 光 盘 放 大 器 联 线 保 护 罩 s MASH s MASH s MASH V AC 接 头 及 连 线 s MASH 工 具 箱 s MASH 放 大 器 也 可 以 用 于 表 面 波 分 析 (SASW) 和 平 行 震 动 实 验 s MASH 实 验 有 两 天 课 程, 不 包 括 在 购 买 实 验 设 备 中 课 程 包 括 冲 击 反 应 实 验 理 论 背 景, 实 验 方 法, 工 程 范 例, 和 动 手 实 验 教 程 注 :s MASH-4000 电 脑 箱 也 可 用 于 DOCter 冲 击 回 响 实 验 34

37 DOCter 目 的 传 统 上 使 用 的 混 凝 土 探 伤 无 损 检 测 方 法, 例 如 超 声 波 检 测, 都 需 要 从 构 件 两 侧 同 时 进 行 而 且, 这 类 检 测 方 法 无 法 确 定 内 部 缺 陷 的 深 度 冲 击 回 响 方 法 克 服 了 这 些 问 题, 使 研 制 需 要 从 构 建 单 侧 进 行 冲 击 回 响 方 法 根 据 反 射 应 力 波 原 理, 所 以 可 以 得 到 内 部 反 射 界 面 的 深 度 冲 击 回 响 仪 (DOCter) 是 一 个 多 功 能, 便 携 式 系 统, 可 以 用 于 以 下 应 用 : 测 量 道 路, 沥 青 面 层, 地 板 和 墙 体 的 厚 度 探 测 内 部 空 洞 和 蜂 窝 的 存 在 和 深 度 探 测 地 面 板 下 是 否 有 空 洞 检 查 预 应 力 管 道 中 灌 浆 的 质 量 检 查 混 凝 土 构 件 与 上 面 沥 青 保 护 层 之 间 粘 结 性 桥 面, 桥 墩, 冷 凝 塔 和 烟 囱 等 结 构 内 部 情 况 检 查 面 层 或 表 面 修 补 是 否 与 底 层 脱 离 检 查 碱 骨 料 反 应 和 冻 胀 破 坏 情 况 测 量 裂 缝 深 度, 例 如 遭 火 灾 破 坏 的 情 况 估 计 早 期 混 凝 土 强 度 ( 需 特 别 标 定 ) 原 理 利 用 机 械 敲 击 在 构 件 中 产 生 瞬 时 应 力 波 有 三 种 波 型 : 表 面 波 (R 型 波 ) 在 表 面 传 递, 压 力 波 ( P 型 波 ) 和 剪 力 波 (S 型 波 ) 在 内 部 传 递 该 实 验 是 利 用 压 力 波 来 获 取 信 息 当 压 力 波 碰 到 构 件 背 面 时, 将 被 反 射 回 到 上 表 面 一 个 放 于 敲 击 点 旁 边 的 灵 敏 的 位 移 传 感 器 用 于 测 量 由 会 弹 波 造 成 的 表 面 震 动 压 力 波 还 会 在 构 件 内 部 上 下 表 面 间 反 复 回 弹 传 感 器 记 录 下 来 的 表 面 位 移 波 形 与 构 建 厚 度 和 应 力 波 传 导 速 度 又 紧 密 关 系 T Data Acquisition and Analysis System Impact Reflected P-wave - Transducer Incident P - P-wave 位 移 波 形 再 通 过 FFT 转 换 到 频 域 进 行 分 析, 从 而 可 以 确 定 压 力 波 反 射 震 动 频 率 构 件 厚 度 (T ) 与 厚 度 频 率 (f) 和 波 速 ( Cp) 有 以 下 关 系 : C p T = 2 f 相 同 原 理 可 用 于 分 析 混 凝 土 内 部 缺 陷 ( 分 层 或 空 洞 ) 的 反 射 所 以, 冲 击 回 响 法 可 以 用 于 确 定 内 部 缺 陷 的 位 置, 同 时 用 于 测 量 厚 度 35

38 DOCter _ 举 例 右 面 例 子 是 在 混 凝 板 上 做 的 冲 击 回 响 实 验 结 果 上 图 中 显 示 表 面 位 移 波 形, 下 图 中 是 转 换 后 的 频 谱 在 khz 上 的 峰 值 为 厚 度 频 率 当 波 速 为 4240 m/s 时, 该 厚 度 频 率 代 表 构 件 厚 度 为 4240 / (2 x 11470)= m, 或 185 mm ASTM C1383 厚 度 测 量 300 mm Data Acquisition and Analysis System 厚 度 的 精 确 测 量 要 求 预 先 知 道 压 力 波 的 传 导 速 度 ASTM C1383 根 据 冲 击 回 响 法 测 量 压 力 波 速 度 和 混 凝 土 板 的 厚 度, 允 许 用 两 种 方 法 测 量 压 力 波 速 度 一 种 方 法 是 根 据 厚 度 频 率 和 在 测 试 点 实 际 测 量 板 的 厚 度 来 计 算 前 一 页 的 公 式 用 于 算 Cp, 也 就 是 Cp=2 f T 150 ±10 mm Spacer Impact Transducer 1 Transducer 2 或 者, 也 可 以 根 据 测 量 压 力 波 在 已 知 距 离 的 两 点 之 间 的 传 递 时 间 Δt 来 计 算 利 用 长 舰 测 速 器, 两 个 传 感 器 间 距 300 mm, 敲 击 锤 置 于 第 一 个 传 感 器 外 侧 150mm 的 位 置, 并 与 两 个 传 感 器 在 同 一 直 线 上 将 两 个 传 感 器 距 离 L(300 mm) 除 以 压 力 波 在 两 个 传 感 器 之 间 的 传 递 时 间, 就 可 得 到 波 速 在 下 一 页 所 示 图 中,Δt 为 67 μs, 压 力 波 波 速 为 0.300/ =4480m/s. 当 用 这 种 方 法 测 量 波 速 时, 其 结 果 在 使 用 前 需 乘 以 一 个 系 数 0.96 所 以 正 确 的 厚 度 计 算 公 式 为 : T 0.96 = 2 f C p 36

39 DOCter 测 量 压 力 波 波 速 右 图 所 示 为 利 用 两 个 传 感 器 测 量 压 力 波 波 速 的 结 果 压 力 波 信 号 到 达 传 感 器 的 时 间 可 根 据 时 域 信 号 中 曲 线 刚 开 始 上 升 时 的 点 确 定 使 用 的 软 件 (Viking) 允 许 用 户 将 光 标 移 到 信 号 到 达 时 的 点, 从 而 计 算 Cp 在 该 例 子 中, 计 算 得 到 的 Cp 为 4480 m/s,96% x Cp 得 到 4300 m/s 检 查 内 部 缺 陷 冲 击 产 生 的 压 力 波 会 在 混 凝 土 内 部 声 阻 抗 变 化 的 界 面 反 射, 声 阻 抗 是 由 密 度 和 波 速 决 定 的 在 混 凝 土 和 空 气 分 界 面 上, 压 力 波 会 完 全 反 射, 这 使 得 测 定 混 凝 土 内 部 缺 陷, 例 如 分 层, 空 洞, 和 蜂 窝 成 为 可 能 如 果 缺 陷 面 积 足 够 大, 冲 击 回 响 反 应 与 测 量 无 缺 陷 构 件 相 似, 只 是 厚 度 频 率 上 移 如 果 内 部 缺 陷 只 是 大 到 可 以 侧 到, 频 谱 上 会 显 示 两 个 峰 值 : 一 个 对 应 于 内 部 界 面 反 射, 另 一 个 为 应 力 波 绕 过 该 界 面 在 板 另 一 侧 形 成 反 射 通 过 将 光 标 置 于 内 部 界 面 反 射 频 率 上,Viking 软 件 可 显 示 该 缺 陷 的 厚 度 因 为 压 力 波 绕 过 内 部 的 缺 陷 再 到 达 构 件 另 一 侧, 其 传 导 距 离 超 过 了 实 际 板 的 厚 度, 所 对 应 的 频 率 会 降 低 这 也 更 进 一 步 证 明 了 混 凝 土 内 部 存 在 缺 陷 表 面 开 口 裂 缝 深 度 的 测 定 通 过 时 域 信 号 分 析,DOCter 仪 器 可 以 用 于 测 量 表 面 开 口 的 裂 缝 的 深 度 将 长 舰 传 感 器 两 端 分 别 置 于 裂 缝 的 两 侧 ( 如 右 图 所 示 ), 沿 传 感 器 连 线 在 一 端 外 侧 敲 击 当 传 导 到 裂 缝 底 部 尖 端 时, 压 力 波 会 被 散 射, 本 身 形 成 一 个 压 力 波 源 散 射 后 的 压 力 波 信 号 被 裂 缝 另 一 侧 的 传 感 器 接 受 通 过 测 量 信 号 到 达 两 个 传 感 器 的 时 间 间 隔, 裂 缝 的 深 度 就 可 以 计 算 出 来 图 中 例 子 显 示 为 受 火 灾 影 响 后 的 构 件, 根 据 时 间 间 隔 35 μs 和 波 苏 3155 m/s, 可 以 估 算 出 裂 缝 深 度 为 87 mm. 37

40 DOCter 精 确 度 如 果 压 力 波 的 波 速 是 根 据 已 知 厚 度 现 场 标 定 得 到, 而 且 假 设 在 所 有 测 点 的 压 力 波 波 速 相 同, 那 么 构 件 厚 度 的 测 量 精 确 度 为 ± 2 % 如 果 波 速 的 测 量 是 根 据 表 面 波, 而 且 假 设 波 速 在 构 件 内 不 变, 厚 度 测 量 精 确 度 为 ± 3 % 对 表 面 开 口 裂 缝 的 深 度 测 量 精 确 度 为 ± 4 % 实 验 举 例 检 查 大 型 桥 墩 内 部 裂 缝 测 量 隧 道 墙 壁 的 厚 度 测 量 受 火 灾 影 响 楼 板 上 裂 缝 的 深 度 测 量 下 水 管 道 内 部 分 离 和 蜂 窝 情 况 用 表 面 法 测 量 压 力 波 速 度 检 查 预 应 力 管 道 内 部 灌 浆 质 量, 管 道 位 置 使 用 测 地 雷 达 确 定 38

41 DOCter DOCter 系 统 订 购 代 码 DOCter 有 三 套 系 统 :DOC-500,DOC-1000 和 DOC-2000 用 户 也 可 购 买 蜘 蛛 多 功 能 敲 击 锤 来 增 大 测 量 范 围 DOC-500 DOC-500 为 单 通 道 厚 度 测 量 与 探 伤 仪 器 压 力 波 波 速 通 过 测 量 已 知 厚 度 板 来 确 定 DOC-500 如 下 图 所 示 用 户 自 己 提 供 装 有 Windows 95/98/2000 或 XP 的 手 提 电 脑 所 需 实 验 硬 件 全 部 装 在 所 提 供 工 具 箱 中 配 件 名 称 Viking 软 件, 光 盘 PCMCIA 卡 马 克 IV 传 感 器 星 形 支 撑 带 5, 8 和 12 mm 敲 击 锤 传 感 器 保 护 垫 片, 2 件 但 通 道 连 接 管 线 管 线 绑 接 装 置 工 具 箱 Viking 软 件 说 明 书 DOC-500 系 统 操 作 手 册 冲 击 回 响 实 验 介 绍 实 验 案 例 代 码 DOC-30 DOC-40 DOC-50 DOC-80 DOC-90 DOC-100 DOC-120 DOC-130 DOC-160 DOC-170 DOC-180 DOC-190 DOC-1000 DOC-1000 系 统 配 有 双 通 道, 可 以 按 照 ASTM C 1383 要 求 进 行 压 力 波 波 速 表 面 测 试 实 验 除 了 厚 度 测 试,DOC 可 以 做 探 伤 和 表 面 开 口 裂 缝 的 深 度 估 算 用 户 自 己 提 供 装 有 Windows 95/98/2000 或 XP 的 手 提 电 脑 所 需 实 验 硬 件 全 部 装 在 所 提 供 工 具 箱 中 Viking 软 件, 光 盘 PCMCIA 卡 配 件 名 称 Viking 长 舰 (LONGSHIP), 带 长 把 手 和 两 个 马 克 IV 传 感 器 短 把 手 星 形 支 撑 带 5, 8 和 12 mm 敲 击 锤 传 感 器 保 护 垫 片, 4 件 双 通 道 连 接 管 线 管 线 绑 接 装 置 代 码 DOC-30 DOC-40 DOC-60 DOC-70 DOC-80 DOC-90 DOC-110 DOC-120 长 舰 (LONGSHIP) 工 具 箱 DOC-150 Viking 软 件 说 明 书 DOC-1000 系 统 操 作 手 册 冲 击 回 响 实 验 介 绍 实 验 案 例 DOC-160 DOC-170 DOC-180 DOC

42 DOCter DOC-2000 DOC-2000 系 统 在 功 能 上 与 DOC-1000 相 似, 不 同 之 处 是 该 系 统 包 括 手 提 电 脑 _ 配 件 名 称 装 有 Viking 软 件 的 手 提 电 脑, 两 个 PCMCIA 卡, 和 接 线 拉 伸 装 置 代 码 DOC V AC 转 换 器 DOC-20 Viking 软 件, 光 盘 电 脑 包 Viking 长 舰 (LONGSHIP), 带 长 把 手 和 两 个 马 克 IV 传 感 器 短 把 手 星 形 支 撑 带 5, 8 和 12 mm 敲 击 锤 传 感 器 保 护 垫 片, 40 件 双 通 道 连 接 管 线 DOC-30 DOC-140 DOC-60 DOC-70 DOC-80 DOC-90 DOC-110 长 舰 (LONGSHIP) 工 具 箱 DOC-150 Viking 软 件 说 明 书 DOC-1000 系 统 操 作 手 册 冲 击 回 响 实 验 介 绍 实 验 案 例 DOC-160 DOC-170 DOC-180 DOC-190 蜘 蛛 多 功 能 敲 击 锤 蜘 蛛 包 括 8 个 球 状 敲 击 锤, 直 径 介 于 2 mm 和 15 mm 之 间 在 硬 质 混 凝 土 上 的 敲 击 频 率 范 围 在 大 约 1.2 khz 到 100 khz 之 间 右 图 显 示 放 在 马 克 IV 传 感 器 旁 的 蜘 蛛 40

43 RCT and RCTW 目 的 RCT 和 RCTW 系 统 用 于 在 现 场 或 实 验 室 里 快 速 准 确 地 测 定 混 凝 土 粉 末 样 品 中 氯 离 子 含 量 实 验 结 果 可 用 于 以 下 方 面 : 氯 离 子 分 布 可 帮 助 预 测 结 构 使 用 寿 命 为 确 定 超 高 含 量 氯 离 子 深 度, 修 补 混 凝 土 提 供 根 据 检 查 结 构 钢 筋 腐 蚀 情 况, 特 别 是 可 以 与 其 它 检 测 方 法 结 合 使 用, 例 如 :Mini Great Dane; Galvapulse, RapiCor, 和 彩 虹 指 示 剂, 等 可 用 于 在 电 化 法 去 除 氯 离 子 过 程 中 监 测 氯 离 子 含 量 变 化 情 况 测 量 新 浇 筑 混 凝 土 或 其 成 分 中 氯 离 子 含 量 原 理 粉 末 状 混 凝 土 样 品 可 以 通 过 在 结 构 上 钻 洞 或 打 磨 获 得, 或 者 直 接 从 新 浇 筑 混 凝 土 中 获 取 将 样 品 与 提 炼 溶 液 相 混 合, 并 摇 置 5 分 钟, 提 炼 溶 液 可 将 干 扰 性 离 子 如 硫 离 子 除 去, 并 提 取 样 品 中 氯 离 子 将 标 定 过 的 电 极 浸 入 溶 液 中, 氯 离 子 含 量 表 示 为 混 凝 土 质 量 的 百 分 比 以 下 为 两 种 提 炼 方 法 : RCT ( 快 速 氯 离 子 实 验 ) 用 于 测 定 可 在 酸 中 溶 解 的 氯 离 子 部 分 含 量 RCTW ( 快 速 氯 离 子 实 验 水 ) 用 于 测 定 溶 于 水 的 氯 离 子 部 分 含 量 两 种 方 法 使 用 不 同 的 提 炼 溶 液 使 用 哪 种 方 法 取 决 于 样 品 的 最 大 允 许 氯 离 子 含 量 规 定 要 求 精 度 很 多 研 究 人 员 对 比 了 RCT 实 验 结 果 与 多 种 行 业 标 准 如 AASHTO T260, ASTM C114, DS423.28, 或 NS3671 中 的 标 准 实 验 室 实 验 结 果 下 图 所 示 为 根 据 在 北 欧 和 美 国 所 作 对 比 实 验 的 结 果 : 0.25 % Cl per Concrete Mass Potentiometric Titration FHWA DTI, Denmark Swedish Cement and Concrete Institute Norwegian Concrete Technology Swedish State Testing Institute Danish Road Directorate % Cl per Concrete Mass - RCT 41

44 RCT and RCTW _ 在 一 项 对 比 实 验 中, 瑞 典 国 家 实 验 学 院 通 过 离 散 方 法 将 已 知 含 量 的 氯 离 子 加 入 到 混 凝 土 粉 末 中 他 们 使 用 不 同 的 砂 浆, 如 下 表 所 示 他 们 同 时 根 据 AASHTO T 260 和 RCT 方 法 作 了 两 项 实 验 在 样 品 浸 泡 在 提 炼 溶 液 一 整 夜, 保 证 酸 溶 性 氯 离 子 完 全 被 从 样 品 中 提 取 后, 记 录 RCT 读 数 或 者, 可 以 在 振 动 容 器 5 分 钟 后 提 取 读 数, 但 是 要 在 计 算 最 终 结 果 时 使 用 一 个 校 正 系 数 下 表 将 已 知 氯 离 子 含 量 与 通 过 RCT 和 AASHTO T260 所 作 结 果 进 行 了 对 比 氯 离 子 含 量 半 分 比 ( 混 凝 土 质 量 ) 已 知 含 量 AASHTO T 260 RCT 波 特 兰 水 泥 (CEM I) 飞 灰 水 泥 (CEM II/B-V) 矿 渣 水 泥 (CEM III/B) RCT 实 验 结 果 的 精 确 度 与 AASHTO T260 的 精 确 度 相 似, 与 已 知 氯 离 子 含 量 相 比 平 均 偏 差 为 +4%. 在 相 同 样 品 上 重 复 做 的 RCT 实 验 的, 其 变 化 系 数 平 均 为 5% 根 据 RCTW 做 的 实 验 的 精 度 与 RCT 实 验 精 度 相 似 实 验 范 例 见 前 页 所 示 根 据 RCT 实 验 所 得 的 氯 离 子 含 量 分 布 图 右 图 所 示 为 在 一 个 高 速 公 路 桥 桥 墩 上 做 的 氯 离 子 含 量 实 验 结 果, 该 桥 墩 表 面 在 过 去 4 年 中 经 常 粘 有 防 冻 盐 混 凝 土 粉 末 样 品 的 提 取 间 隔 为 大 概 1 到 2 毫 米, RCT 和 RCTW 实 验 同 时 进 行 用 彩 虹 指 示 剂 测 量 的 混 凝 土 表 面 碳 化 深 度 为 2 毫 米, 与 氯 离 子 含 量 初 始 峰 值 相 同 % Cl per Concrete Mass RCTW RCT Depth, mm 42

45 RTC and RCTW RCT 和 RCTW 订 购 号 码 Item Order # RCT 氯 离 子 电 极 RCT-770 测 量 mv, ph 和 ºC 的 电 子 表 RCT-990 电 极 湿 润 剂 80 带 喷 头 RCT-1000 蒸 馏 水, 喷 洒 瓶 RCT-1001 电 极 打 磨 条 RCT-1002 装 粉 末 的 塑 料 样 品 袋 RCT-1003 RCT-5000 粉 末 提 炼 容 器 RCT-1004 装 粉 末 的 圆 盘 RCT-1005 粉 末 提 取 盒 RCT-1006 可 调 扳 手 RCT-1007 一 套 固 定 工 具 RCT-1008 Mandrel RCT-1009 锤 子 RCT-1010 粉 末 振 捣 器 RCT-1011 粉 末 重 量 称 量 器, 6 件 RCT-1012 标 定 溶 液, % Cl RCT-1013 标 定 溶 液, % Cl RCT-1014 标 定 溶 液, % Cl RCT-1015 标 定 溶 液, % Cl RCT-1016 清 洁 纸 RCT-1017 硬 质 混 凝 土 标 定 表 格 RCT-1018 新 浇 混 凝 土 标 定 表 格 RCT-1019 橡 胶 球 去 尘 器 RCT-1020 铅 笔, 尺 RCT-1021 米 尺 RCT-1022 硬 质 混 凝 土 提 取 容 器, 10 件 RCT-1023 说 明 书 RCT-1024 RCT 标 定 与 应 用 说 明 RCT-1025 工 具 箱 RCT-1026 RCT-500 中 的 说 明 书 包 括 用 于 硬 制 和 新 浇 筑 混 凝 土 的 酸 溶 性 和 水 溶 性 氯 离 子 实 验 用 户 还 可 另 外 购 买 一 个 手 册 (RCT- 1100), 包 括 过 去 15 年 的 氯 离 子 实 验 经 验, 包 括 氯 离 子 扩 散 模 型 理 论 附 加 部 件 RCT-1030 标 定 溶 液 RCT 电 极 湿 润 页 RCT-1032 混 合 器 我 们 建 议 用 户 备 有 一 套 RCT-1030 标 定 液, 可 以 用 于 当 实 验 偏 值 过 高 时 检 查 电 极 是 否 工 作 正 常 RCT 电 极 湿 润 液 装 有 300 ml 液 体, 可 以 添 加 RCT-1000 溶 液 瓶 RCT-1032 混 合 器 用 于 搅 拌 新 浇 筑 混 凝 土 43

46 RCT and RCTW _ 消 耗 品 用 于 RCT 实 验 测 量 硬 质 或 新 浇 筑 混 凝 土 中 酸 溶 性 氯 离 子 所 需 的 提 取 液 : RCT-1023 套 盒,25 瓶 装, 用 于 测 量 硬 质 混 凝 土 RCT-1031 套 盒,4 瓶 装, 用 于 测 量 新 建 筑 混 凝 土 用 于 RCTW 实 验 测 量 硬 质 或 新 浇 筑 混 凝 土 中 水 溶 性 氯 离 子 所 需 的 提 取 液 : RCTW 套 盒,25 瓶 装, RCTW 缓 冲 盒, 25 瓶 装, 用 于 测 量 硬 质 混 凝 土 RCTW 套 盒,4 瓶 装, RCTW 缓 冲 盒, 4 瓶 装, 用 于 测 量 新 浇 筑 混 凝 土 以 下 附 加 产 品 可 供 选 用 RCT-1027 标 准 粉 末 样 品 九 罐, 每 罐 70 克 混 凝 土 粉 末, 含 有 按 照 AASHTO T 260 确 定 的 已 知 的 氯 离 子 含 量 水 泥 类 别 * 已 知 Cl 含 量 波 特 兰 水 泥 % % % 飞 灰 水 泥 % % % 矿 渣 水 泥 % % % * 根 据 ENV RCT-1028 ph 电 极 RCT-1029 温 度 计 RCT 克 粉 末 秤, 包 含 在 RCT- 500 套 件 中 44

47 深 紫 和 彩 虹 指 示 剂 目 的 深 紫 色 和 彩 虹 指 示 计 用 于 在 现 场 测 定 混 凝 土 的 碳 化 深 度 测 量 碳 化 深 度 有 以 下 用 途 : 在 钢 筋 腐 蚀 调 查 中 帮 助 确 定 腐 蚀 原 因 当 碳 化 深 度 是 关 键 时, 帮 助 估 计 结 构 使 用 寿 命 帮 助 监 测 混 凝 土 保 护 层 重 新 碱 性 化 的 效 果 根 据 混 凝 土 年 龄 和 相 对 湿 度 粗 略 估 计 其 强 度 原 理 混 凝 土 中 水 泥 沙 浆 的 自 然 碱 性 环 境, 使 钢 筋 表 面 形 成 一 层 氧 化 保 护 层, 防 止 钢 筋 进 一 步 生 锈 腐 蚀 当 空 气 中 的 二 氧 化 碳 (CO2) 进 入 混 凝 土 后, 与 水 泥 沙 浆 中 的 氢 氧 化 钙 (CaOH2) 反 应, 产 生 碳 酸 钙 (CaCO3) 这 一 过 程 称 作 碳 化, 造 成 水 泥 沙 浆 中 的 碱 性 降 低, 也 就 是 ph 值 会 低 于 其 正 常 值 13 当 ph 值 低 于 9 时, 氧 化 保 护 层 被 破 坏, 在 有 水 和 氧 气 时 钢 筋 会 腐 蚀 所 以 测 定 碳 化 深 度 是 鉴 定 钢 筋 腐 蚀 情 况 时 的 基 本 步 骤 为 了 测 量 水 泥 砂 浆 的 ph 值, 在 刚 刚 取 出 的 混 凝 土 样 品 上 喷 洒 指 示 液, 并 且 晾 干 下 图 显 示 不 同 颜 色 代 表 的 大 概 的 ph 值 : 深 紫 指 示 剂 彩 虹 指 示 剂 颜 色 : ph: 8.5 to 9.5 颜 色 : ph: 精 确 度 如 上 图 所 示 的 使 用 深 紫 指 示 剂 测 量 的 碳 化 峰 值 介 于 8.5 to 9.5 之 间 彩 虹 指 示 剂 的 测 量 结 果 已 经 在 多 种 情 况 下 用 岩 相 分 析 法 考 察 过, 包 括 混 凝 土 不 同 流 动 性, 含 与 不 含 氯 化 钙 或 飞 灰, 在 不 同 的 水 灰 比 下, 使 用 不 同 程 度 的 振 捣 和 完 成 方 法 研 究 结 果 发 表 于 : Campbell, D.H., Sturm, R.D. and Kosmatka, S.H., 测 量 碳 化, 今 日 混 凝 土 技 术, Vol. 12, No. 1, 1991 三 月, 美 国 波 特 兰 混 凝 土 协 会 研 究 结 果 表 明, 根 据 薄 层 切 面 岩 相 分 析 所 得 的 混 凝 土 碳 化 深 度 与 上 图 所 示 彩 虹 指 示 剂 的 绿 色 或 ph 值 为 9 时 相 吻 合 对 于 普 通 混 凝 土, 碳 化 深 度 的 确 定 可 以 精 确 到 ± 10 % 到 ± 15 % 实 验 范 例 使 用 深 紫 指 示 剂 测 量 的 碳 化 深 度 图 中 所 示 测 量 深 度 为 16mm 45

48 深 紫 和 彩 虹 指 示 剂 左 图 : 使 用 彩 虹 指 示 剂 在 刚 取 出 的 混 凝 土 钻 芯 样 品 上 测 量 ph 值 靠 近 表 面 2 到 3mm 为 红 色 到 黄 色, 表 明 ph 值 5 到 7 从 4 到 7mm 处 为 绿 色, 相 对 的 ph 值 为 9 深 过 7mm 处, 颜 色 由 蓝 到 紫, 相 应 ph 值 大 于 11 注 意, 一 些 粗 骨 料 显 红 色,pH 值 为 5 右 图 所 示 为 在 相 对 湿 度 为 50% 时, 碳 化 深 度 lc (mm), 混 凝 土 抗 压 强 度 fc(mpa), 和 在 空 气 中 暴 露 时 间 h( 年 ) 长 短 之 间 的 关 系 在 这 个 例 子 中,10 年 的 混 凝 土 碳 化 深 度 为 16mm 相 对 的 混 凝 土 抗 压 强 度 大 概 为 25 MPa 或 者 可 以 使 用 图 中 曲 线 或 公 式 估 计 使 用 寿 命, 其 定 义 为 碳 化 反 应 到 达 钢 筋 所 需 的 时 间 举 例 : 当 保 护 层 厚 度 为 25mm 时, 如 果 在 实 验 时 碳 化 深 度 为 4mm, 混 凝 土 强 度 为 25 MPa, 碳 化 深 度 到 达 钢 筋 深 度 ( 另 外 21mm) 时 所 需 时 间 为 22 年 如 果 相 对 湿 度 不 同 于 50%, 需 要 在 过 程 中 施 加 修 正 系 数 订 购 代 码 在 相 对 湿 度 为 50% 时, 碳 化 深 度, 混 凝 土 抗 压 强 度, 和 在 空 气 中 暴 露 时 间 长 短 之 间 的 关 系 来 源 : The Concrete Book, CTO, Aalborg, Denmark RI-7000 深 紫 指 示 剂 4 瓶 装, 每 瓶 80 ml RI-8000 彩 虹 指 示 剂 4 瓶 装, 每 瓶 80 ml 46

49 GalvaPulse 目 的 GalvaPulse 是 一 种 用 于 测 量 混 凝 土 中 钢 筋 腐 蚀 快 慢 的 无 损 检 测 仪 器, 其 应 用 包 括 : 结 构 使 用 寿 命 估 计 对 防 腐 蚀 措 施 有 效 性 的 评 估, 包 括 防 腐 膜, 电 化 学 除 氯 法, 等 混 凝 土 结 构 情 况 调 查, 特 别 是 对 在 潮 湿 环 境 中 的 结 构, 标 准 的 电 位 图 实 验 可 能 会 得 到 不 准 确 或 不 充 分 的 结 果 监 测 混 凝 土 中 钢 筋 腐 蚀 情 况 对 修 补 后 的 结 构 进 行 钢 筋 腐 蚀 调 查 原 理 GalvaPulse 是 利 用 恒 电 流 脉 冲 技 术 测 量 混 凝 土 内 钢 筋 腐 蚀 快 慢 的 一 种 方 法 其 原 理 如 下 : Reference Electrode E max IR P Guard Ring Sponge Counter Electrode Voltage, mv IR o -100 E corr Time, s 通 过 在 混 凝 土 表 面 放 置 的 对 电 极 在 钢 筋 上 施 加 脉 冲 电 流 I 再 通 过 一 个 保 护 圈 将 施 加 的 电 流 限 制 在 电 极 下 的 钢 筋 面 积 A 内 施 加 的 电 流 通 常 在 5 到 400μA 之 间, 脉 冲 时 间 为 5 到 10 秒 钢 筋 在 阳 极 方 向 被 极 化 再 通 过 一 个 参 照 电 极 (Ag/AgCl) 记 录 其 电 化 电 位 的 变 化 右 上 所 示 为 一 个 典 型 的 钢 筋 腐 蚀 活 跃 区 的 电 位 反 应 图 在 施 加 电 流 时, 会 产 生 欧 姆 电 位 降 IR, 同 时 产 生 因 钢 筋 极 化 导 致 的 电 位 差,IRp 通 过 瞬 时 电 位 曲 线 可 以 得 到 钢 筋 极 化 电 阻 再 利 用 Stern-Geary 公 式 (Icorr = 26/R) 和 法 拉 第 电 化 学 平 衡 定 律, 可 以 估 计 腐 蚀 的 速 度 : Corrosion Rate 腐 蚀 速 度 (μm/ 年 )= 11.6 Icorr /A 其 中 A 是 保 护 圈 对 电 极 下 的 钢 筋 面 积 (cm 2 ) 11.6 是 系 数 同 时 可 以 确 定 Ro 值, 即 对 电 极 与 混 凝 土 之 间 的 电 阻 47

50 变 异 性 与 精 度 GalvaPulse 使 用 Ag/AgCl 电 极 测 量 的 半 电 池 电 位 精 度 为 ±5 mv 估 计 电 阻 测 量 误 差 为 ± 5 % 钢 筋 腐 蚀 速 率 实 验 的 精 度 只 能 通 过 在 钢 筋 长 期 腐 蚀 后, 对 比 钢 筋 质 量 的 变 化 而 评 估 在 一 项 此 类 研 究 中, 研 究 人 员 对 比 了 根 据 称 量 钢 筋 质 量 损 失 得 到 的 腐 蚀 速 率 和 GalvaPulse 实 验 的 数 据, 结 果 如 下 : 钢 筋 腐 蚀 速 率 (µm/year) 钢 筋 质 量 损 失 GalvaPulse A B A+B 连 通 Reference: Baessler, R. and Burkert, A., Laboratory Testing of Portable Equipment, Brite/Euram Project Integrated Monitoring System for Durability Assessment of Concrete Structures, BAM (Federal Institute for Materials and Testing), Berlin, Germany, 2001 研 究 结 果 支 持 了 一 个 普 遍 的 结 论 :GalvaPulse 实 验 在 用 于 阳 极 区 评 估 钢 筋 腐 蚀 速 率 时 的 误 差 不 超 过 1 倍 另 外, 在 评 估 现 场 实 验 结 果 时 也 要 考 虑 其 它 不 确 定 因 素, 例 如 极 化 钢 筋 的 实 际 面 积, 和 因 温 度 和 湿 度 变 化 而 导 致 的 相 应 腐 蚀 速 率 的 不 同 在 腐 蚀 不 活 跃 ( 腐 蚀 速 率 小 于 1 µm/ 年 ) 区,GalvaPulse 实 验 的 结 果 会 高 出 实 际 速 率 3 到 4 倍 但 是 这 些 区 域 在 钢 筋 腐 蚀 上 并 不 重 要 在 一 项 长 期 现 场 研 究 中, 研 究 人 员 对 一 批 30 年 的 桥 墩 进 行 了 长 达 20 年 的 监 测 这 些 桥 墩 长 期 接 触 防 冻 盐, 氯 离 子 含 量 和 湿 度 都 很 高 最 后 一 次 测 量 的 结 果 如 下, 温 度 15 C: Corrosion Rate µa/cm to 230 μm/yr Drain to 2 kohm Half Cell Potentials mv vs Ag/AgCl 200 Resistance KOhm to -500 mv 在 20 年 内 测 量 的 钢 筋 腐 蚀 速 率 相 当 稳 定, 其 相 应 的 钢 筋 质 量 损 失 估 计 为 20 年 x 0.22mm/ 年 = 4.4mm 通 过 在 几 个 点 敲 开 混 凝 土 后 实 际 检 查 钢 筋 情 况, 测 量 的 实 际 钢 筋 损 失 大 约 为 4 mm 48

51 GalvaPulse GalvaPulse 的 特 点 : 提 供 可 靠 的 钢 筋 腐 蚀 检 测 手 段 轻 质, 手 提 式, 操 作 容 易 两 种 操 作 方 式 : 一 种 是 使 用 半 电 池 法 和 电 阻 法 快 速 测 量 (1 到 2 秒 / 实 验 点 ), 另 一 种 是 同 时 测 量 腐 蚀 速 度, 半 电 池 法, 和 电 阻 法 (5 到 10 秒 / 实 验 点 ) 第 一 种 方 式 通 常 用 于 确 定 阳 极 和 阴 极 区 域, 而 第 二 种 方 式 用 于 阳 极 区, 主 要 测 量 腐 蚀 速 度 可 以 在 粗 糙 不 平 的 表 面 上 进 行 实 验 可 以 同 时 储 存 20,000 个 实 验 结 果 提 供 视 窗 平 台 下 软 件, 可 以 进 行 2D 和 3D 图 形 绘 制 便 携 系 统, 包 括 标 定 器, 和 含 有 不 锈 钢 及 已 腐 蚀 钢 筋 的 标 定 样 品 实 验 范 例 在 一 个 漏 水 的 板 裂 缝 周 围 进 行 GalvaPulse 实 验 在 高 速 公 路 桥 柱 上 进 行 的 GalvaPulse 实 验 在 混 凝 土 墙 上 进 行 的 GalvaPulse 实 验 正 在 高 度 腐 蚀 的 混 凝 土 柱 子 上 进 行 的 GalvaPulse 实 验 49

52 GalvaPulse GalvaPulse 图 形 结 果 显 示 腐 蚀 速 度 的 三 维 图 形 显 示 半 电 池 电 位 的 三 维 图 形 显 示 实 验 结 束 后, 实 验 数 据 可 以 下 载 到 电 脑 中, 再 通 过 装 在 电 脑 中 的 软 件 进 行 数 据 分 析 结 果 可 以 显 示 为 二 维 或 三 维 图 形 这 些 图 形 可 以 方 便 对 数 据 的 分 析 和 理 解 GalvaPulse-5000 订 购 代 码 配 件 名 称 代 码 安 装 GalvaPulse 软 件 和 脉 冲 发 生 器 的 掌 上 电 脑 GP-5010 脉 冲 发 生 器 的 标 定 器 GP-5020 测 量 传 感 器, 带 3 米 长 的 接 线 GP-5030 测 量 传 感 器 所 需 海 绵 GP-5040 钢 筋 定 位 仪 GP-5050 测 量 钢 筋 连 续 性 的 电 表 GP-5060 下 载 数 据 用 的 接 线 GP-5070 测 量 线 GP-5080 两 个 可 调 挟 钳 GP-5090 两 个 连 接 钢 筋 的 接 口 GP mm 和 18 mm 钻 头 GP mm 六 角 锥 GP-5120 电 圈 打 磨 用 海 绵 GP-5130 小 锤 和 凿 子 GP-5140 米 尺 和 粉 笔 GP-5150 GalvaPulse 数 据 分 析 软 件 GP-5160 说 明 书 GP-5170 工 具 箱 GP-5180 GP-5000 套 件 之 外 供 应 的 配 件 带 15 米 接 线 的 线 轴 GP-5190 埋 置 钢 筋 的 标 定 样 品 GP-5200 电 阻 分 布 的 三 维 图 形 显 示 可 供 选 择 的 斜 角 电 极 GP

53 RapiCor 目 的 RapiCor( 钢 筋 腐 蚀 速 测 仪 ) 是 用 于 测 量 混 凝 土 中 钢 筋 腐 蚀 快 慢, 其 典 型 应 用 包 括 : 结 构 使 用 寿 命 估 计 对 防 腐 蚀 措 施 有 效 性 的 评 估, 包 括 防 腐 膜, 电 化 学 除 氯 法, 等 混 凝 土 结 构 情 况 调 查, 特 别 是 对 在 潮 湿 环 境 中 的 结 构, 标 准 的 电 位 图 实 验 可 能 会 得 到 不 准 确 或 不 充 分 的 结 果 监 测 混 凝 土 中 钢 筋 腐 蚀 情 况 对 修 补 后 的 结 构 进 行 钢 筋 腐 蚀 调 查 钢 筋 腐 蚀 的 快 慢 是 根 据 每 年 钢 筋 受 腐 蚀 后 损 失 的 截 面 厚 度 而 估 计 的, 单 位 是 微 米 / 年 (10-3 mm/year). 另 外, 该 仪 器 也 可 测 量 钢 筋 的 半 电 池 电 位 和 混 凝 土 保 护 层 电 阻 原 理 RapiCor 是 根 据 恒 电 流 脉 冲 技 术 ( 见 85 页 ) 测 量 极 化 电 阻, 再 通 过 Stern-Geary 方 程 计 算 腐 蚀 快 慢 长 方 形 探 头 尺 寸 150mm x 40mm x 30mm, 中 间 装 有 Ag/AgCl 标 准 电 极 (RE) 在 标 准 电 极 两 侧 有 对 电 极 (CE) 和 保 护 电 极 (GE) 短 波 脉 冲 电 流 通 过 对 电 极 流 入 钢 筋 保 护 电 极 使 得 钢 筋 长 度 Lp 中 的 电 流 密 度 相 对 均 匀 在 电 极 和 混 凝 土 表 面 之 间 放 置 的 海 面 可 以 加 强 电 流 的 流 通 Data Storage and Display Data Analysis I p Current = I p Pulse Generator Data Acquisition I GE I CE E E ΔE p = I p R p Potential ΔE o = I p R o RE GE CE CE GE Test head Time C dl R o R p Randles Model Lp Wet sponge Surface layer Cover l c 51

54 RapiCor 首 先, 仪 器 通 过 中 间 的 标 准 电 极 测 量 腐 蚀 电 位 Ecorr 然 后, 固 定 脉 冲 电 流 Ip 通 过 对 电 极 传 入 钢 筋 每 0.02 秒 标 准 电 极 测 量 电 位 差, 测 量 时 间 持 续 5 秒 记 录 下 来 的 电 位 - 时 间 曲 线 会 显 示 在 仪 器 屏 幕 上 假 设 混 凝 土 - 钢 筋 结 构 可 以 用 相 应 的 电 路 (Randles 模 型 ) 来 代 替, 通 过 纪 录 的 电 位 - 时 间 曲 线 可 以 计 算 稳 定 状 态 极 化 电 位 Ep 下 面 的 公 式 可 以 用 来 计 算 钢 筋 腐 蚀 速 度,Xcorr, 单 位 : 微 米 / 年 其 中 C= 常 数,302 [(μm/ 年 ) (mv. cm 2 /μa)], Ip = 极 化 电 流 μa, A = 极 化 钢 筋 面 积,cm 2 ΔEp = 稳 定 状 态 极 化 电, 位 mv X corr 混 凝 土 电 阻,ρc ( 单 位 :ohm m) 可 用 以 下 公 式 计 算 : 其 中 R o = 混 凝 土 电 阻, Eo/Ip, 单 位 ohms, Asp = 电 极 海 绵 面 积, 单 位 m 2, A = 钢 筋 极 化 面 积, 单 位 m 2, lc = 钢 筋 埋 置 深 度, 单 位 m. ρ = R c Ip = C A ΔE o p ( Asp + A) 2 l c 钢 筋 腐 蚀 程 度 分 类 钢 筋 腐 蚀 程 度 主 要 通 过 腐 蚀 速 率 来 分 类, 同 时 半 电 池 电 位 测 量 和 混 凝 土 电 阻 测 量 结 果 也 要 考 虑 如 果 几 种 参 数 的 测 量 结 果 不 统 一, 腐 蚀 类 别 要 降 一 级 例 如, 根 据 腐 蚀 速 率 5 到 10 μm/ 年, 相 应 的 级 别 应 为 中 等, 但 是 如 果 半 电 池 电 位 高 于 200 mv CSE, 电 阻 大 于 10 ohm m, 钢 筋 腐 蚀 级 别 应 定 位 低 等 腐 蚀 级 别 腐 蚀 速 度 (μm/ 年 ) 半 电 池 电 位 (mv(cse)) 电 阻 (ohm m) 忽 略 不 计 < to 5 > > 10 低 1 to 5 < < 10 5 to 10 > > 10 中 5 to 10 < < 10 >10 > > 10 高 >10 < < 10 根 据 RapiCor 测 量 的 实 验 样 品 的 腐 蚀 速 度 与 使 用 其 它 仪 器 (GalvaPulse,3-LP 和 Gecor) 测 量 的 结 果 相 似 其 测 试 结 果 与 实 际 测 量 的 钢 筋 质 量 损 耗 相 比 很 相 近, 见 参 考 文 献 (2) 和 (3) 52