淺析預(yù)應(yīng)力孔道灌漿質(zhì)量無損檢測技術(shù)

張春紅

(國家鐵路局裝備技術(shù)中心,北京 100036)

0 引言

近年來,為了適應(yīng)交通運(yùn)輸能力日益增長的需求,國內(nèi)建造了許多大跨度預(yù)應(yīng)力橋梁。在后張預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)中使用高強(qiáng)度材料可以使結(jié)構(gòu)更輕,從而大大提高橋梁的跨越能力。預(yù)應(yīng)力孔道頂部的上彎曲部分、兩邊的下彎管底部和錨固端附近是易出現(xiàn)灌漿缺陷,這些缺陷的存在會使預(yù)應(yīng)力筋與梁的整體作用缺失,并且造成預(yù)應(yīng)力筋銹蝕,導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力減小,嚴(yán)重時整個橋梁失穩(wěn)[1]。

目前,超聲波法因其很強(qiáng)的適用性,已成為主流的無損檢測方法,橋梁構(gòu)件中鋼筋、波紋管等金屬材料對超聲波的影響導(dǎo)致其無法應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力孔道灌漿的無損檢測中。沖擊回波法則是使用機(jī)械沖擊所產(chǎn)生的低頻應(yīng)力波,以小鋼球或小鐵錘對混凝土結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行沖擊,分析通過混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的反射波來判斷混凝土中的缺陷或部件的厚度[2],對于預(yù)應(yīng)力孔道灌漿質(zhì)量的無損檢測有著更好的適用性。

本文將開展模型構(gòu)件模擬試驗(yàn),模擬實(shí)際工程中預(yù)應(yīng)力孔道中灌漿容易出現(xiàn)的質(zhì)量情況,以沖擊回波法對其進(jìn)行檢測,比對數(shù)據(jù),得出最優(yōu)檢測模式。綜合分析檢測結(jié)果,以沖擊回波法對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿質(zhì)量進(jìn)行有效性評價。

1 沖擊回波法檢測的基本原理

沖擊回波法檢測的基本原理是以彈性波在混凝土內(nèi)部傳播為基礎(chǔ),彈性波的激發(fā)由鋼質(zhì)小錘在砼結(jié)構(gòu)表面激振所產(chǎn)生,攜帶有混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息的彈性波會在缺陷界面處進(jìn)行反射,灌漿質(zhì)量缺陷的有無和類型就依據(jù)反射經(jīng)時來推定。反射波的時域信號由設(shè)備的傳感器接收,將時域信號通過速傅里葉變換轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號,依此得到混凝土結(jié)構(gòu)的厚度及內(nèi)部質(zhì)量情況[3],具體見圖(1-1)。

圖1-1 沖擊回波法測試原理圖

2 模型模擬試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

實(shí)際橋梁中,孔道灌漿的缺陷主要有：

(1)灌漿不及時、壓漿不飽滿；

(2)水泥漿的硬化收縮導(dǎo)致的水泥漿與預(yù)應(yīng)力孔道壁分離；

(3)硬化后的水泥漿體強(qiáng)度不足。

這些缺陷體現(xiàn)在模擬的缺陷中比較復(fù)雜,結(jié)合研究的總體目標(biāo),確定模擬三種灌漿情況：灌漿密實(shí)情況、灌漿半空情況以及未灌漿情況[4]。

2.1 檢測儀器

采用四川升拓的預(yù)應(yīng)力混凝土多功能檢測儀,它由主機(jī)、前置放大器、激振導(dǎo)向器、加速度傳感器、電荷電纜以及電纜組成,如圖(2-1)。激振導(dǎo)向器即是指激振錘,有直徑分別為6mm、17mm、30mm和50mm激振錘,用于激發(fā)波動信號。該儀器最大的特點(diǎn)為穩(wěn)定性,可以大大地提高預(yù)應(yīng)力梁的質(zhì)量保證度。沖擊彈性波為整個技術(shù)體系的測試媒介,其測試精度和效率達(dá)到實(shí)際工程要求,選為試驗(yàn)設(shè)備。

圖2-1 SPC-MATS預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)多功能檢測儀

2.2 模型試驗(yàn)構(gòu)件制作

2.2.1 缺陷設(shè)計(jì)

為了在獲得更多檢測數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)缺陷情況的比對結(jié)果,將預(yù)應(yīng)力孔道分為三個部分[5]：第一段灌漿1/2和無灌漿；第二段為泡沫塊制作的缺陷,設(shè)定具體位置綁扎在預(yù)應(yīng)力束上,并灌漿；第三段滿灌；分別灌注后固定于定位預(yù)應(yīng)力束上,具體如下圖(2-2)。

圖2-2 試驗(yàn)梁缺陷設(shè)置圖

2.2.2 模型構(gòu)件設(shè)計(jì)

模型構(gòu)件制作基于實(shí)際工程,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C50,共制作4個梁板模型,完全按照預(yù)應(yīng)力梁板制作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)制,其尺寸見表(2-1)。

表2-1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽鐚?yīng)表

2.3 模型試驗(yàn)構(gòu)件檢測

2.3.1 測點(diǎn)布置與波速標(biāo)定

模型試驗(yàn)構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力孔道為水平布設(shè),將測試面平整,沿孔道走向進(jìn)行測線布置,選取測試走向如圖(2-3)所示。圖中在兩個管道中間的標(biāo)識為波速標(biāo)定走向,在已知厚度混凝土結(jié)構(gòu)部位獲得標(biāo)定聲速,得到厚度頻率,將用于與測試頻率進(jìn)行對比。

在實(shí)際工程中,孔道走向依據(jù)施工圖紙確定,準(zhǔn)確的孔道走向?qū)⒅苯佑绊憶_擊彈性波法的檢測準(zhǔn)確性。

圖2-3 測線布置走向圖

2.3.2 檢測方案

(1)變檢測間距測試

檢測間距即為相鄰兩測點(diǎn)之間的距離,研究中選用5cm、10cm兩種檢測間距,塑料孔道構(gòu)件的上管測試增加2.5cm檢測間距,以比較不同測試間距對檢測結(jié)果的影響。

(2)變測試面測試

對同一個構(gòu)件的不同測試面(圖2-4中A、B面)分別進(jìn)行檢測,以比較對立檢測面對檢測結(jié)果的影響。

圖2-4 測試位置示意圖

(3)變激震錘直徑測試

每個孔道檢測均采用兩種激振錘(17mm、30mm)進(jìn)行檢測,塑料孔道構(gòu)件上孔道增加50mm直徑的激震錘測試,以比較不同激震錘對檢測結(jié)果的影響。

(4)變采集次數(shù)測試

對相同檢測孔道進(jìn)行兩次檢測,以比較多次檢測對檢測結(jié)果的影響。

2.3.3 檢測結(jié)果

模型試驗(yàn)共筑模型構(gòu)件4個,進(jìn)行對比測試29組,將檢測結(jié)果中得到的缺陷位置與預(yù)設(shè)缺陷位置比對后統(tǒng)計(jì),所得結(jié)果如下表(2-2)。這里對準(zhǔn)確進(jìn)行定義：準(zhǔn)確是指所得結(jié)果反映的缺陷尺寸及位置與預(yù)設(shè)缺陷情況偏差均小于20%,反之定義為不準(zhǔn)確結(jié)果。

表2-2 各測試結(jié)果準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)表

由上表可以得到以下結(jié)論：

(1)相同孔道材質(zhì)下,以5cm為測試間距所獲的結(jié)果比10cm測試間距更加準(zhǔn)確。

(2)金屬孔道的檢測結(jié)果準(zhǔn)確率高于塑料材質(zhì)孔道。

(3)采用大直徑鋼錘進(jìn)行測試,結(jié)果準(zhǔn)確率與其他直徑鋼錘基本相同。

(4)同一測試面進(jìn)行兩組檢測,檢測結(jié)果前后基本一致,儀器穩(wěn)定性滿足要求。

3 結(jié)論

(1)對試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?gòu)件檢測和數(shù)據(jù)分析得到以下經(jīng)驗(yàn)：將檢測測試間距控制在5～10cm,檢測結(jié)果更精確；激振錘的選取按構(gòu)件厚度選取足夠直徑鋼球；對于測試結(jié)果精度要求高或采用塑料材質(zhì)預(yù)應(yīng)力孔道的可加密測試間距至2.5cm,同時,如果有兩個滿足測試條件的工作面時,可兩個測試面均進(jìn)行檢測,綜合評定檢測構(gòu)件。

(2)沖擊回波法工程試用性強(qiáng),檢測所需環(huán)境簡單,只需確定好預(yù)應(yīng)力孔道位置便可開始進(jìn)行檢測,現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集方便快捷,分析結(jié)果穩(wěn)定性高,適合推廣使用。

[1]林同炎,Ned H. Burns.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).路湛沁,黃棠,馬譽(yù)美.第一版.北京:中國鐵道出版社,1983∶1-23．

[2]羅騏先,傅翔,宋人心.沖擊反射法檢測混凝土內(nèi)部缺陷與厚度[J].混凝土,1991,(5)．

[3]劉洋希.基于沖擊回波法的預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量檢測[D].湖南大學(xué),2013∶26-86．

[4]鄒春江,陳征宙,董平等.箱梁中沖擊回波主頻影響因素研究及應(yīng)用[J].振動與沖擊,2010,29(7):126-131．

[5]王鋒,張峰.超聲波檢測預(yù)應(yīng)力波紋管孔道壓漿質(zhì)量的試驗(yàn)研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2015,(2)．