無損檢測技術(shù)在判別混凝土內(nèi)部缺陷中的應(yīng)用

楊玉恒 王 騰 魏域虎

（1甘肅建大土木工程檢測有限公司，甘肅 蘭州 730050；2蘭州理工大學(xué)，甘肅 蘭州 730050）

近些年來， 隨著無損檢測數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，使很多質(zhì)量隱患得到及時發(fā)現(xiàn)，客觀的檢測數(shù)據(jù)為建筑結(jié)構(gòu)檢測工作提供了科學(xué)可靠的判斷依據(jù)，從而使建筑工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量監(jiān)督更加科學(xué)化和規(guī)范化[1]。

在同一個結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上，兩次澆筑的混凝土之間，應(yīng)保持良好的結(jié)合，使其形成一個整體，共同承擔(dān)荷載，方能確保結(jié)構(gòu)的安全使用。但是，由于施工方施工技術(shù)問題使得柱端鋼筋排列過于緊密，在做第二次混凝土澆筑時，會出現(xiàn)漏漿、漏振或石子架空在鋼筋骨架上等各種問題，從而使混凝土內(nèi)部出現(xiàn)不密實區(qū)和空洞。因此，兩次澆筑的混凝土之間結(jié)合質(zhì)量的檢測方法很重要。超聲波檢測混凝土不密實區(qū)或空洞技術(shù)的應(yīng)用，為兩次澆筑的混凝土結(jié)合質(zhì)量檢測提供了有效的方法[2]。

本文結(jié)合某小區(qū)地下車庫工程施工中出現(xiàn)的施工事故問題，利用NM-4A 非金屬超聲檢測分析儀對其進行分析判斷，確定出現(xiàn)事故的位置，并對事故大小進行定性。

1 超聲波檢測混凝土不密實區(qū)或空洞的原理

超聲波檢測技術(shù)是利用超聲波在物體傳播中的反射、繞射和衰減等物理特性，測定物體內(nèi)部缺陷的一種無損檢測方法[3]。

超聲波檢測混凝土不密實區(qū)或空洞主要采用“穿透法”，即用發(fā)射換能器發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波在所檢測的混凝土傳播，遇到空洞、裂縫、疏松等缺陷部位時，超聲波振幅和超聲波的高頻成分發(fā)生衰減，同時由于超聲波的繞射、反射和傳播路徑的復(fù)雜化，不同波的疊加會使波形發(fā)生畸變。因此當(dāng)超聲波穿過缺陷區(qū)時，其聲速、振幅、波形和頻率等參數(shù)都會發(fā)生變化。

2 混凝土內(nèi)部不密實區(qū)和空洞的估算

一般我們用平面對測法（平面斜測法）測量混凝土空洞（或不密實區(qū)）的位置和大小，如圖1所示。

混凝土空洞（或不密實區(qū)）尺寸的大小，由下面公式和圖2所示。

式中 為空洞半徑， 為換能器直徑，為測距，為繞空洞傳播的最大聲時， 為無缺陷混凝土平均聲時。

圖1 平面對測法測量混凝土空洞位置和大小示意圖

圖2 平面對測法測量混凝土空洞尺寸示意圖

3 工程概況

蘭州市某工程項目地下車庫建設(shè)中，由于梁底鋼筋密集（采用了搭接錨固方式而非設(shè)計方推薦的機械連接如套筒等方式）造成柱身與上部梁板預(yù)留的50mm 左右連接處，出現(xiàn)了較為嚴重的混凝土漏澆現(xiàn)象，以致在上部堆土等荷載作用下在梁板與柱身連接處出現(xiàn)混凝土壓碎塌落現(xiàn)象，如圖3所示?？紤]到次標(biāo)段其它柱子施工工藝相同，所以利用超聲波檢測混凝土不密實區(qū)或空洞的原理對次標(biāo)段所有柱子進行檢測，以消除工程隱患。

3.1 測試前的準備

對混凝土試件用無損檢測儀進行超聲檢測前，首先要確定測試面，對測點應(yīng)做工程處理。對所有已經(jīng)粉刷過的柱子進行處理，去除粉刷層；然后用細砂紙打磨平，磨光滑；最后在測試面上按照尺寸布置好測點，并用墨跡做好標(biāo)記。耦合劑采用黃油。發(fā)射和接受換能器測試時應(yīng)在一條直線上。

3.2 數(shù)據(jù)分析與處理

3.2 .1 聲時、聲速及振幅判斷

分析處理數(shù)據(jù)時，把過縫和不過縫的聲時（或聲速）、波幅或頻率測量值放在一起，分別進行排列統(tǒng)計。當(dāng)施工縫中局部地方存在疏松、孔隙或填進雜物時，該部位混凝土失去連續(xù)性脈沖波通過，其波幅和頻率會明顯降低，聲時也有不同程度增大。當(dāng)測試數(shù)據(jù)較少或較離散，無法用統(tǒng)計法判斷時，可用通過結(jié)合面的聲速、波幅值與不通過結(jié)合面的聲速、波幅值進行比較，如果前者的聲速、波幅值明顯比后者低，則該點可判為異常測點[4]。

3.2 .2 波形判斷

波形就是在顯示屏上面顯示的接收波波形。正常的混凝土，超聲波接收波形是衰減正弦波，其包絡(luò)線大致為半圓形，如圖5。當(dāng)超聲波在混凝土中傳播時，由于混凝土內(nèi)部缺陷、裂縫或者疏松，造成傳播路徑的復(fù)雜化，直達波、反射波、繞射波等各類波相繼到達接收換能器，它們的頻率和相位各不相同，這些波的疊加有時會使波形疊加。當(dāng)混凝土內(nèi)存在缺陷時，有時會出現(xiàn)畸變波，如圖6。

圖3 接收波包絡(luò)線

圖4 接收波波形

因此，對波形的研究有助于對混凝土內(nèi)部質(zhì)量及缺陷的判斷。但波形受許多因素影響，在判斷缺陷中只能作為一種輔助參數(shù)。

3.3 判定結(jié)果

參考肖維勒和格拉布斯法，結(jié)合混凝土缺陷檢測的特點，制訂了如下判別異常值的方法：因測區(qū)各測點的測距相同，可直接用聲時進行統(tǒng)計判斷。將各測點聲時值按大小順序排列，視排于后面明顯偏大的聲時為可疑值，將可疑值中最小的一個數(shù)同其前面的聲時值進行平均值（ ）和標(biāo)準差（ ）的統(tǒng)計，以為異常值的臨界值。當(dāng)參與統(tǒng)計的可疑值 時，則 及排列于其后的聲時均為異常值，再將 進行統(tǒng)計判斷，直至判不出異常值為止。若 時，再將 進行統(tǒng)計和判別[2]。

通過對表1數(shù)據(jù)分析及圖形判斷得出如下結(jié)論：其中2#、7#、14#數(shù)據(jù)有異常，判定為外表面有破損空洞或含有建筑垃圾以及波形紊亂疑似內(nèi)部空洞；8#、15#數(shù)據(jù)凌亂且波形出現(xiàn)畸變波形，判定柱子內(nèi)部出現(xiàn)空洞；其余柱子為完好柱。

4 結(jié) 語

利用超聲波檢測系統(tǒng)檢測混凝土構(gòu)件內(nèi)部不密實區(qū)和空洞，不僅在監(jiān)控混凝土的施工質(zhì)量、加快工程進度、消除工程隱患等方面具有重要的意義，而且對長期使用的工程結(jié)構(gòu)物進行質(zhì)量鑒定，以便確定混凝土的維修方案方面，也具有決定性的作用。用其檢測混凝土內(nèi)的缺陷，測試方法簡單，成果直觀，適用性強。通過試驗研究和數(shù)據(jù)處理與分析，效果比較理想，實踐證明，利用超聲波檢查混凝土內(nèi)缺陷的方法是可行的， 并且有著廣闊的發(fā)展前景。

[1]黃湘平,史承明.超聲波檢測混凝土不密實區(qū)和空洞[J].陜西工學(xué)院學(xué)報.2005,(6).45-47

[2]梁惕平.超聲波檢測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷數(shù)據(jù)處理研究[D].江西:江西理工大學(xué)，2009

[3]張有才,建筑物的檢測、鑒定、加固與改造[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1997

[4]封世東,田曉璞.無損檢測技術(shù)在混凝土的應(yīng)用研究[J].建筑與工程.2008,(13).62-63