土木工程材料原理與方法11-無損檢測方法簡介-表面硬度法-2010

土木工程材料試驗原理與方法(設計)東南大學材料學院龐超明Email:pangchao@辦公電話：52090638手機木工程材料試驗原理與方法2土木工程材料試驗原理與方法3內容回顧一元回歸的預報與控制一元非線性回歸：常用5種曲線、示例二元回歸二元線性原理、計算、檢驗二元線性示例二元非線性多元線性回歸正交設計中的回歸及示例土木工程材料試驗原理與方法45一元非線性回歸非線形關系，曲線，轉化為線性。首先確定曲線回歸方程的類型拋物線、雙曲線、對數(shù)、指數(shù)、冪函數(shù)、s形？方法1：理論推斷方法2：大量的實踐經驗數(shù)據(jù)通過數(shù)學變換，轉化為線性方程——本質仍求線形回歸方程。土木工程材料試驗原理與方法6二元線性回歸

Y＝a＋b1x1＋b2x2＋ε，忽略ε，則二元線性回歸方程：y＝a＋b1x1＋b2x2最小二乘法確定a、b1和b2：Se最小，即對a，b1和b2求偏導數(shù)＝0土木工程材料試驗原理與方法二元非線性回歸與一元非線性回歸，先將其線性化，求a、b1、b2，建立回歸方程，進行顯著性R或F檢驗。正規(guī)方程組Ab＝B，通過克萊姆法則、矩陣求逆法、消元法，求解b＝A-1B。要求計算：B、A、A－1。7土木工程材料試驗原理與方法正交設計中的回歸分析正交設計多元線性,具有優(yōu)勢：選擇因素、水平，多數(shù)保持等差級數(shù)，且水平數(shù)為奇數(shù)時，可以消除回歸系數(shù)間的相關性?；貧w系數(shù)直觀，可直接判斷因素的顯著性。正交表L9(34)8土木工程材料試驗原理與方法土木工程材料試驗原理與方法9序號X1X2X3yX12X22X32y2X1X2X2X3X3X1X1yX2yX3y1-5-1.5-3-6.6252.25943.567.54.51533.09.919.82-500-2.125004.4100010.5003-51.53-7.3252.25953.29-7.54.5-1536.5-10.95-21.940-1.502.602.2506.760000-3.9050035.900934.810000017.7601.5-3-6.602.25943.560-4.5009.919.875-1.537.6252.25957.76-7.5-4.51538.0-11.422.8850-33.6250912.9600-1518.00-10.8951.502.9252.2508.417.50014.54.350Σ000015013.554265.52000150.5-21.947.4L1y＝150.5-0＝150.5L11＝150-0＝150L12＝L21＝0-0＝0L2y＝-21.9-0＝-21.9L22＝13.5-0＝13.5L23＝L32＝0-0＝0L3y＝47.4-0＝47.4L33＝54-0＝54L31＝L13＝0-0＝010計算

＝265.52-0＝265.52b0＝83.1－1.0×15－1.62×3.5－0.88×6＝68.49y＝68.49＋x1-1.62x2＋0.88x3土木工程材料試驗原理與方法11預測預測：礦渣摻量18%，石膏摻量2%，鐵粉摻量5%，代入回歸方程y＝68.49＋x1-1.62x2＋0.88x3，得y＝68.49＋18－1.62×2＋0.88×5＝87.65(MPa)保證率95%的t=2.00，波動值為：t×S＝2.00×2.75＝5.50MPa。土木工程材料試驗原理與方法內容提要無損檢測法——表面硬度法測試方法、體系無損檢測原因、定義、特點表面硬度法回彈法——重點貫入阻力法拔出法土木工程材料試驗原理與方法12土木工程材料試驗原理與方法試驗指標的測試測試方法：有損、無損檢測有損：損壞測試試件無損：不破壞或少量破壞無損的優(yōu)勢13測試體系宏觀、細觀(介觀)、微觀、納觀

(Macro,mesoandmicro、nano)：無清晰界限宏觀：試件或構件（總體表觀性能）細觀：幾十毫米到幾十微米間微觀：微米到幾十個納米量級納觀：納米及原子尺度土木工程材料試驗原理與方法14土木工程材料試驗原理與方法15無損檢測主要內容：宏觀的砼強度、內部缺陷無損測試現(xiàn)場砼質量差異大，存在缺陷，如空洞、不密實區(qū)、裂縫等，影響使用功能、安全性長期采用同條件試塊試壓的方法來確定構件的抗壓強度。同條件試塊在取樣、成型、養(yǎng)護及受力狀態(tài)等方面與工程結構不一致。土木工程材料試驗原理與方法16土木工程材料試驗原理與方法定義、特點定義：不影響結構或構件使用功能，以電子學、物理學為基礎，直接在結構上通過測定某些適當?shù)奈锢砹?，并通過預先建立的相關性，推定砼強度、均勻性、連續(xù)性、密實度、缺陷、裂縫或其它性能和性能變化過程測試方法。優(yōu)點：直接、靈活、重復、可靠、快速、經濟特點：需預先建立所測物理量與所求指標的相關關系（基礎仍然是破損試驗）。所建立曲線范圍即為測強曲線的適用范圍，不得外推。17標準規(guī)定標準：砼強度檢驗評定標準(GBJ107-87)規(guī)定：當對強度的代表性有懷疑時，可從結構中鉆取試樣或無損方法，按有關標準規(guī)定對強度進行推定土木工程材料試驗原理與方法18土木工程材料試驗原理與方法砼無損檢測方法簡介表面硬度法：表面硬度與砼強度有關；相同內部條件下，表面硬度高，則砼強度也高。表面硬度：采用一定重量的重物在一定的動力作用下，擊在砼表面。早期，由一個固定在擺錘上的鋼球或用一支標準的專用手槍射出鋼球，撞擊砼表面，然后量測在砼表面形成的印痕大小來確定砼的硬度或強度，如砼強度高，則在砼表面留下的印痕很淺，反之亦然。19土木工程材料試驗原理與方法目前常用－回彈法常用：瑞士E.Schmid于1948年發(fā)明回彈儀。測試原理：借助于已獲得一定拉力的拉簧所連接的彈擊桿彈擊砼表面，其彈回距離與原始距離之比即回彈值，得到回彈值后，查回彈值強度關系表或以一定的關系計算公式計算得砼強度?；貜椫档拇笮?，主要取決于被測砼的彈塑性性能，也與碳化深度有關，一般而言回彈值越大，碳化深度越小，其強度越高，但回彈法測試結果僅代表一定深度范圍砼的強度，即表層深度的砼強度。20回彈測試原理一定拉力的拉簧：提供初始沖擊能量：E=EsL2/2，剛度系數(shù)Es＝784.532N/mL型(小型)為0.735J：小型或剛度差構件N型(中型)

L=75mm，為2.207J：廣泛M型(大型)沖擊能量為29.42：大型實心塊體，機場跑道、公路路面土木工程材料試驗原理與方法21彈簧受拉，沖擊前起始狀態(tài)的重錘勢能E=EsL2/2。受沖擊后產生瞬間彈性變形，重錘回彈，x時勢能Ex＝Esx2/2能量消耗：Δe＝E－Ex＝EsL2/2－Esx2/2＝EsL2[1-(x/L)2]/2=E(1-(x/L)2)R＝x/L＝彈回距離/沖擊前長度L定值，回彈值R與x成正比，等于沖擊后剩余的勢能與原有勢能之比的平方根，是重錘沖擊過程中能量損失的反映。土木工程材料試驗原理與方法22能量損失主要三方面：砼受沖擊后產生塑性變形所吸收的能量主要的能量損失，可反映砼的彈塑性性能砼受沖擊后產生振動所消耗的能量固定構件來降低回彈儀各機構之間的摩擦所消耗的能量固定的能量損耗，定值。土木工程材料試驗原理與方法23土木工程材料試驗原理與方法影響砼強度的主要因素原材料的影響?zhàn)B護方法和濕度的影響碳化和齡期的影響其他澆注時的分層泌水泵送與否模板、鋼筋、約束力等24土木工程材料試驗原理與方法原材料的影響表面硬度主要與水泥砂漿的強度有關——所有決定砂漿性能的影響因素其他如水泥品種，細骨料的影響，外加劑的品種，粗骨料和水泥砂漿之間的粘結力等，影響不明顯。但：回彈在外露的石子上，由于石子的強度明顯高于水泥砂漿，可使回彈值明顯偏高。間接說明：回彈主要反映表面硬度，不能全面反映砼的強度。25土木工程材料試驗原理與方法養(yǎng)護方法和濕度的影響?zhàn)B護方法潮濕或水環(huán)境中養(yǎng)護時，有利于水化，強度提高砼的表面硬度由于水的軟化作用而會使回彈值偏低。當砼強度越低時，濕度對砼的影響也越大。隨著砼強度的增長，濕度的影響逐漸減少。成型方法的影響對砼回彈的影響不明顯。26土木工程材料試驗原理與方法碳化和齡期的影響水泥水化后約產生20～30％的氫氧化鈣，CO2與氫氧化鈣逐漸氧化形成碳酸鈣，表面硬度增加，回彈值偏高。實際上，碳化對砼的強度影響并不大。27土木工程材料試驗原理與方法其他砼的澆注時的分層泌水一般而言，沿砼澆注方向，構件底部的石子較多，回彈值讀數(shù)偏高。表層因為泌水，水灰比略大，結構較為疏松，回彈值偏低；國外有資料介紹，試件表面通常較兩側的回彈值低5％～10％，而底部較兩側高10％～20％。因此測試時要盡量選擇構件澆注的側面。泵送與否：對泵送砼，砂率增加，粗骨料粒徑減小，砼流動性大，砼的砂漿包裹層偏厚，表面硬度偏低。但是表面硬度并不會對砼的本身的強度產生影響。而回彈法主要僅能反應砼的表面硬度，所以對泵送砼應進行修正。28土木工程材料試驗原理與方法模板、鋼筋、約束等模板:吸水性不同，可能對回彈有影響。鋼筋，約束力等對回彈也有一定影響。試驗表明：當鋼筋的保護層厚度大于20㎜或鋼筋直徑在4～6㎜時，可不考慮影響。在目前尚無確切的影響系數(shù)的情況下，測試時應該盡量避開鋼筋。研究表明，約束力為15％的極限荷載時最為有效，約束力太低或太高，都會使回彈值偏低?；貜椃y試小試件時，如果約束不夠，造成回彈值不準且分散性較大--必須加固定約束。29土木工程材料試驗原理與方法回彈測強曲線的形式建立在砼的抗壓強度與回彈值之間的關系具有一定規(guī)律性的基礎上。要求：滿足測定精度，簡單方便，應用范圍廣。相關關系可用回歸方程式來表示：無碳化砼：fcu＝f(R)已碳化砼或齡期較長的砼：fcu＝f(R，d)或fcu＝f(R，d，H)如何確定回彈值R與強度fcu的關系，歸納為三種型式：直線式：fcu＝A＋B·R冪函數(shù)式：fcu＝A·RB拋物線式：fcu＝A＋B·R＋C·R2fcu為砼強度，R—平均回彈值，A、B、C—系數(shù)。30土木工程材料試驗原理與方法回彈值與強度關系384組試驗共6912個數(shù)據(jù)的回歸公式：砌體工程現(xiàn)場檢測GB/T50315-2000中規(guī)定，砌體砂漿強度，根據(jù)平均碳化深度d和回彈值R確定，得到回彈值R與砌體砂漿f的強度關系為：碳化深度d≤1.0㎜時，f＝13.97×10-5R3.571.0㎜<d<3.0㎜時，f＝4.85×10-4R3.04d≥3.0㎜時，f＝6.34×10-5R3.6031土木工程材料試驗原理與方法回彈測強曲線的建立1．

成型試件用不同標號水泥設計每種水泥至少五個等級的砼配合比如C10、C20、C30、C40、C50，隨著使用強度的提高，可繼續(xù)C60、C70……同配合比成型150×150×150mm立方體試塊在每一測試齡期至少兩組，其中一組為砼的前限試壓，一組供砼的后限試壓。一般前、后限規(guī)定為齡期的10％左右。如28d齡期的前限為25d，后限為31d。此外齡期的前限不宜早于結構構件的成型后的14d。32土木工程材料試驗原理與方法試塊測試和數(shù)據(jù)處理測試：加30～50kN固定試件。兩相對側面進行回彈各8次，要求回彈的點與點之間的距離不小于30mm，并不得彈擊在外露的石子或氣孔上。回彈完畢后測試抗壓荷載。

數(shù)據(jù)處理：16個回彈值去掉三最大，三最小值，取10個平均，精確至0.1，得平均回彈值Rm，計算出試件抗壓強度fcu，精確至0.1MPa。根據(jù)fcu和Rm，采用回歸分析方法，按回歸方程式的形式，推出其回歸方程式，并計算平均相對誤差δ和相對標準差SR；33土木工程材料試驗原理與方法回彈測強曲線的分類全國統(tǒng)一曲線：全國有代表性材料、成型方法、養(yǎng)護工藝等相同的制備方法配制砼，建立測強相關曲線。并通過回歸分析所得的標準差和離散系數(shù)作為測量誤差。其平均相對誤差為δ≤±15.0％，相對標準差SR≤18.0％。如原JGJ23-92標準中回彈測強方程：地區(qū)曲線：由本地區(qū)常用材料、成型方法、養(yǎng)護工藝配制砼而建立的測強相關曲線。δ≤±14.0％，SR≤17.0％。如DB32/P(JG)002-92中回歸方程：34土木工程材料試驗原理與方法專用曲線：針對某一結構或構件，用與之相同的材料、成型方法和養(yǎng)護工藝等相同的制備方法制備砼建立的測強曲線。δ≤±12.0％，SR≤14.0％。如企標Q/JY17-2000《回彈法檢測高強砼強度技術規(guī)程》中采用GHT450型回彈儀建立的測強公式為：其適用范圍為抗壓強度為50～80MPa的砼。35土木工程材料試驗原理與方法JGJ/T23-2001砼強度評定適用范圍：砼采用普通成型工藝，不摻外加劑或僅摻非引氣性外加劑；自然養(yǎng)護或蒸氣養(yǎng)護出池后經自然養(yǎng)護7d以上，且砼表層為干燥狀態(tài)，其齡期在14d～1000d內；砼的抗壓強度為10～60MPa之間。測試步驟為：1.確定測區(qū)和測點：每一構件的測區(qū)數(shù)不應少于10個，對某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的構件，其測區(qū)數(shù)量可適當減小，但不應小于5個；相鄰兩側區(qū)的間距不大于2m，測區(qū)離構件端部或施工縫邊緣的距離不宜大于0.5m，且不宜小于0.2m；測區(qū)面積200×200mm2；檢測面應清潔平整，不得有疏松層、浮漿、蜂窩麻面、油垢涂層等，必要時可用砂輪清除表面的浮漿和雜物。36土木工程材料試驗原理與方法2．回彈每一測區(qū)回彈16次，即取16個測點，測點分布示意圖如右，相鄰兩測點的凈據(jù)不宜小于20㎜，測點距外露鋼筋、預埋件的距離不宜小于30㎜，測定應避開外露的石子和氣孔，同一測點只應彈擊一次，每一測點的回彈值估讀至1?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ?7土木工程材料試驗原理與方法3．測出該構件碳化深度H代表性的位置，測定不應少于構件測區(qū)數(shù)的30％，取其平均值作為該構件每測區(qū)的碳化深度值當碳化深度極差大于2.0㎜時，應在每一測區(qū)測量碳化深度值。測量方法：1％酚酞酒精溶液及深度尺。測區(qū)表面鑿一15㎜左右，且深度大于碳化深度的孔洞，清楚雜質，滴入酚酞酒精溶液，確定已碳化和未碳化界線，并測量交界面到表面的垂直距離，測量不應少于3次，取其平均值。每次讀數(shù)精確至0.5㎜。38土木工程材料試驗原理與方法4．計算①16個測點，去掉3個最大、3個最小值，取10個平均值；②非水平方向的檢測，應對測區(qū)的平均回彈值先進行角度修正，后進行澆注面的修正，修正回彈值。③

根據(jù)修正后的回彈值和測得的碳化深度，查表或計算測區(qū)強度值；④計算每個構件的平均強度mfu和強度標準差sfcu；39土木工程材料試驗原理與方法⑤泵送砼，且碳化H≤2.0㎜時，還應進行泵送修正；⑥推定所測構件的砼強度fcu,e。構件測區(qū)數(shù)<10，強度推定值fcu,e＝構件中的最小強度值fcu，min；構件測區(qū)的強度值中出現(xiàn)<10.0MPa的值時，則推定值fcu,e<10.0MPa；構件測區(qū)數(shù)不少于10個或按批量檢測時，該構件強度推定值fcu,e40土木工程材料試驗原理與方法表面硬度法2－貫入阻力法采用鋼釘式螺栓，用槍射入砼內，根據(jù)射入深度與砼強度的相關關系來確定砼的強度。僅代表一定深度的砼強度，但所代表深度大于回彈法。代表性方法：射擊法采用一定探針的射擊裝置，將一硬質合金棒打入砼，用砼外露長度作為阻力的度量。用于砼早期強度發(fā)展的測定和強度比較，結果受骨料影響較大。射釘法：f=aL-b（a,b為射釘常數(shù)）41氣壓射釘槍檢測噴射砼強度，應用于公路隧道初襯噴射砼強度在恒定空氣壓力下將經過特殊標定的射釘打入檢測砼之內，由射入深度推算其強度。強度推算公式(標定壓力(1.50±0.01)MPa)射釘A

F=-0.000246X3+0.0514X2-3.66X+92.4

(10～30MPa)射釘B

F=-0.000255X3+0.0399X2-2.21X+45.7

(<10MPa)式中:F—推定壓縮強度/MPa；X—射釘貫入深度/mm。土木工程材料試驗原理與方法42土木工程材料試驗原理與方法表面硬度法3－拔出法一種微破損方法。將安裝在砼中的螺栓或類似錨固件拔出，測定拔出力，利用事先建立的極限拔出力和砼強度間的相關關系，推定砼強度。國際上已有50余年的歷史，成熟，檢測精度高，破損程度小，使用方便，適用范圍廣；前提條件：內外質量必須一致。主要用于砼發(fā)展強度的檢測，用以確定合適的脫模、起吊、預應力張拉、裝配等時間，可作為施工控制的手段。43土木工程材料試驗原理與方法有兩種方法：①預埋拔出法，澆注砼同時，在測試部位預先埋入錨固件，待砼硬化后做拔出試驗，該方法適于推定砼的早期強度，如確定脫模時間、熱養(yǎng)護時間，預應力張拉等。②后裝拔出法，在硬化砼的測試部位上鉆孔，磨槽，嵌入錨固件后做拔出試驗。44土木工程材料試驗原理與方法45一女大學生用2元進著名外企在一次招聘會上，某著名外企人事經理說，他們本想招一個有豐富工作經驗的資深會計人員，結果卻破例招了一位剛畢業(yè)的女大學生，讓他們改變主意的起因只是一個小小的細節(jié)：這個學生當場拿出了兩塊錢。土木工程材料試驗原理與方法46人事經理說，當時，