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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

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: +45 39 67 71 17, Fax +45 39 67 31 67 E-mail: germann-eu@germann.org Web site: www.germann.org GI

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 : www.ndt-titans.com 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

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 443 7 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 12504-3. ASTM C900, BS 1881:Part 207 结 构 整 体 性 已 建 结 构 混 凝 土 强 度 CAPO-TEST 24 EN 12504-3, 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 47 51 9 2

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 4000 4000-2000 2000-1000 1000-100 100 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

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

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

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 + 0.1 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-100 17 毫 米 (2) 螺 栓 钣 手 PR-1006 钻 机,1150 瓦 CC-29 300 ml 瓶 装 3.0% NaCl 溶 液 PR-1020 钻 石 锯 切 割 器 PR-1060 300 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-1090 6

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, % 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 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

成 型 器 (Profile Grinder) 0.6 0.5 Chloride Content, % 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 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-1104 4mm 套 口 扳 手 CC-25 两 个 可 调 式 扳 子 C-102-3 一 套 铆 固 工 具 CC-30 两 个 橡 皮 圈 PF-1105 50 个 塑 料 袋 PF-1106 刷 子 PF-1107 卷 尺 RCT-1028 14mm 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-1200 8

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

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-3376-89, Task 2, Quantitative and Qualitative Determination of the air Void Structure in Frfesh Concrete, Dansk Beton Teknik A/S, Hellerup, Denmark, Feb. 1994. FHWA-SA-96-062, Air Void Analyzer Evaluation, Federal Highway Administration, Washington DC, USA, 1995 Price, B., Measuring air Voids in Fresh Concrete, CONCRETE, July/august, 1996. Wojakowski, J., Air in Portland Cement Concrete Pavements, Kansas Department of Transportation, USA, 2002. 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

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-3000. 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 457-06 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

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

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 -2240 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

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

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 0.658 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 3 1.0 0.5 Sodium Potassium 0.0 0 0.5 1 1.5 Flame Photometry, kg/m 3 15

RAT 实 验 范 例 Equiv. Na + Content, kg/m 3 10.0 1.0 0.1 Sodium Potassium -40-20 0 20 40 60 80 100 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-1160 16

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 150 100 50 0 0 50 100 150 COMA-Meter, days Equivalent Age at 20 o C, days 5 4 3 2 1 Arrhenius COMA-Meter 0-10 0 10 20 30 40 50 60 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 8335-1983, 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

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 + 0.1 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 40 30 20 10 Mixture A Mixture B Mixture C 0 0 5 10 15 20 25 30 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

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 12504-3 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 120 100 80 60 40 20 Cylinder Stength Correlations Cube Strength, MPa 120 100 80 60 40 20 Cube Strength Correlations 0 0 20 40 60 80 100 Pullout Load, kn 0 0 10 20 30 40 50 60 70 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

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 80 60 40 20 f cube = 0.76 F 1.16 f cyl = 0.69 F 1.12 General Correlations for Cylinder and Cube Strength 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 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

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 0 100 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 0 100 kn 埋 件 时, 需 要 L-17-1 高 强 螺 栓 和 连 接 部 件 C-141 21

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

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

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 60 50 40 30 20 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 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 LOK-TEST Force, kn 24

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 70 60 50 40 30 20 10 0 CAPO-TEST Rebound Hammer Line of Equality 0 10 20 30 40 50 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

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-101-1 手 提 水 泵 C-150 扩 孔 器 C-101-2 量 距 仪, 25 mm C-136 装 有 CAPO 油 的 瓶 子 C-143 钻 石 钻 刀 C-101-3 电 钻 C-101-4 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-147-1 可 调 扳 手 C-147-2 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-102-1 真 空 泵 和 连 接 管 C-102-4 黄 铜 开 关 C-102-5 吸 盘 C-102-2 配 件 名 称 代 码 夹 钳, 2 C-102-3 小 螺 丝 刀 C-158 扳 手, 17 mm C-154 塑 料 管 C-147 工 具 箱 C-161 26

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-104-1 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

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

GWT 2. 养 护 对 渗 水 性 的 影 响 Permeability Coefficient, mm 2 /(s bar) 0.020 0.015 0.010 0.005 0 % SF 5 % SF 10 % SF 0.000 0 10 20 30 40 50 60 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 0-1.5 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 0-6.0 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

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 10-7 2.0 x 10-7 Average mobility Mobility (m/s)/n 1.5 x 10-7 1.0 x 10-7 5.0 x 10-8 1 K = Dynamic stiffness = 0.48 MN/mm dyn 0.0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 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

s MASH 3.0 10-6 1 10-5 Mobility, (m/s)/n 2.5 10-6 2.0 10-6 1.5 10-6 1.0 10-6 5.0 10-7 Void below slab Good support Mobility, (m/s)/n 8 10-6 6 10-6 4 10-6 2 10-6 Honeycombed concrete Solid concrete 0.0 0 100 200 300 400 500 600 Frequency, Hz 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 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

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 0 10 65 80 85 110 Average Mobility Crack 0 0.005 0.01 0.02 0.04 0.05 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

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

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-4000-10 s MASH-4000-20 s MASH-4000-30 s MASH-4000-40 360 度 方 向 实 验 用 传 感 器 s MASH-4000-50 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-4000-60 s MASH-4000-90 s MASH-4000-100 s MASH-4000-110 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-4000-200 s MASH 软 件, 光 盘 放 大 器 联 线 保 护 罩 s MASH-4000-210 s MASH-4000-220 s MASH-4000-230 110-220V AC 接 头 及 连 线 s MASH-4000-240 工 具 箱 s MASH-4000-250 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

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

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 11 47 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)= 0.185 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 0.300/0.000067=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

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

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

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- 1000 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-190 39

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-10 110-220V 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

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 0.20 0.15 0.10 0.05 FHWA DTI, Denmark Swedish Cement and Concrete Institute Norwegian Concrete Technology Swedish State Testing Institute Danish Road Directorate 0.00 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 % Cl per Concrete Mass - RCT 41

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) 0.023 0.071 0.328 0.024 0.070 0.314 0.022 0.072 0.321 飞 灰 水 泥 (CEM II/B-V) 0.020 0.057 0.244 0.019 0.052 0.229 0.019 0.061 0.238 矿 渣 水 泥 (CEM III/B) 0.020 0.056 0.244 0.019 0.052 0.231 0.019 0.059 0.238 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 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 RCTW RCT 0.0 0 10 20 30 40 50 Depth, mm 42

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, 0.005 % Cl RCT-1013 标 定 溶 液, 0.020 % Cl RCT-1014 标 定 溶 液, 0.050 % Cl RCT-1015 标 定 溶 液, 0.500 % 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-1000-1 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-1000-1 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

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-1023-1 套 盒,25 瓶 装, RCTW-1023-2 缓 冲 盒, 25 瓶 装, 用 于 测 量 硬 质 混 凝 土 RCTW-1031-1 套 盒,4 瓶 装, RCTW-1031-2 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 0.023 % 0.071 % 0.328 % 飞 灰 水 泥 0.020 % 0.057 % 0.244 % 矿 渣 水 泥 0.020 % 0.056 % 0.244 % * 根 据 ENV- 197-1 RCT-1028 ph 电 极 RCT-1029 温 度 计 RCT-995 1.5 克 粉 末 秤, 包 含 在 RCT- 500 套 件 中 44

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: 5 7 9 11 13 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

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

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 300 200 E max IR P Guard Ring Sponge Counter Electrode Voltage, mv 100 0 IR o -100 E corr -200 0 1 2 3 4 5 6 7 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

0-15 15-30 30-45 45-60 60-75 75-90 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 53 36 B 56 29 A+B 连 通 55 61 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 2 200 210 to 230 μm/yr Drain 166 133 100 66 33 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 18-20 16-18 14-16 12-14 10-12 8-10 6-8 4-6 2-4 0-2 0 to 2 kohm Half Cell Potentials mv vs Ag/AgCl 200 Resistance KOhm 200 166 166-450 to -500 mv 133 100 133 100 66 66 33 33 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360-500--450-450--400-400--350-35 0--3 00-300--250-250--200-200--150-15 0--1 00-100--50-5 0-0 0-50 50-100 100-150 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 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

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

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-5100 12 mm 和 18 mm 钻 头 GP-5110 10 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-5210 50

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

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 <1 - - 1 to 5 > - 200 > 10 低 1 to 5 < - 200 < 10 5 to 10 > - 200 > 10 中 5 to 10 < - 200 < 10 >10 > - 200 > 10 高 >10 < - 200 < 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

RapiCor RapiCor 特 点 根 据 基 本 数 学 模 型 建 立, 见 参 考 资 料 (1) 和 (2) 预 先 设 定 好 的 腐 蚀 快 慢 测 量 方 式 (5 秒 钟 脉 冲 电 流 强 度 从 低 到 高, 根 据 电 位 的 反 应 自 动 调 整 ) 可 靠 的, 清 晰 的 极 化 曲 线, 保 证 测 量 的 准 确 性 根 据 确 定 范 围 内 已 知 钢 筋 面 积, 通 过 在 施 加 脉 冲 电 流 后 进 行 数 字 计 算 从 而 得 到 准 确 的 极 化 电 阻 同 时 可 以 得 到 半 电 池 电 位 和 混 凝 土 电 阻 测 量 结 果 不 受 天 气 影 响 的 全 天 候 操 作 系 统 ( 超 冷 天 气 除 外 ) 长 效 电 池 和 安 全 储 存 数 据 容 易 操 作 简 易 数 据 输 出 到 电 脑, 在 电 脑 上 进 行 数 据 分 析 和 报 告 实 验 范 例 在 一 个 高 速 公 路 隧 道 中 进 行 的 钢 筋 腐 蚀 速 度 测 量 总 共 12,000 实 验 点 参 考 资 料 (4) 以 下 是 数 据 分 析 结 果 举 例 Side wall in northbound tunnel tube Monolith 2 m 1 m 0.3 m GA2S GA4S GA6S GA7/6S GA7/7S GA7/9S BL2S RE1S RE3S RE5S RE7S Side wall in southbound tunnel tube Monolith 2 m 1 m 0.3 m Legend GA1S GA3S GA5S GA7/6S GA7/7S GA7/9S BL1S BL3S RE2S RE4S RE6S Ri1S No or negligible corrosion Low corrosion Moderate corrosion High corrosion Built in 1964-1965 Northbound traffic Built in 1964-1965 Southbound traffic Built in 1978-1979 Built in 1978-1979 R2S Entrance Departure 53

RapiCor RapiCor-6000 订 购 代 码 工 具 箱 中 的 实 验 设 备 包 括 : 配 件 名 称 RapiCor 数 据 采 集 器 RapiCor 探 头, 带 连 线 连 接 采 集 器 与 线 轴 的 导 线 数 据 下 在 用 的 连 线 钢 筋 接 头 钢 筋 定 位 仪 Ag/AgCl 电 极 检 验 盒 说 明 书 代 码 RC-6001 RC-6002 RC-6003 RC-6004 RC-6005 RC-6006 RC-6007 RC-6008 RC-6009 导 线 盒, 15 米 喷 水 器 RC-6010 RC-6011 参 考 资 料 (1) Tang, L. (2005): A Rapid Technique for Detecting Corrosion of Steel in Reinforced Concrete, Proceedings of International Conference on Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting, Cape Town, South Africa, 21-23 November 2005, pp.375-381 (2) Tang, L. (2002): Mapping Corrosion of Steel in Reinforced Concrete Structures, SP Report 2002:32, Borås: SP Swedish National Testing and Research Institute (3) Tang, L. (2002): Calibration of the Electrochemical Methods for the Corrosion Rate Measurement of Steel in Concrete Nordtest project No. 1531-01, SP Report 2002:25, Borås: SP Swedish National Testing and Research Institute (4) Tang, L. and Malmberg, B. (2005): Assessment of Reinforcement Corrosion in Concrete Highway Tunnel Structures, Proceedings of International Conference on Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting, Cape Town, South Africa, 21-23 November 2005, pp. 409-414 54