公路水泥混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測中無損技術(shù)的應(yīng)用

鄧秀麗

摘要：介紹了無損檢測基本原理和兩種常用無損檢測方法，結(jié)合實(shí)例，對瑞雷面波無損檢測方法的具體應(yīng)用進(jìn)行深入分析，并通過分析、對比，得出無損檢測技術(shù)合理可行，結(jié)果準(zhǔn)確的結(jié)論，為這一方法的推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)，保證檢測質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：公路工程；水泥混凝土結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度；瑞雷面波

中圖分類號：U415. 1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

引言

對于公路工程水泥混凝土結(jié)構(gòu)，其投入使用后，內(nèi)部可能因?yàn)橐恍┮蛩氐挠绊懏a(chǎn)生變化，導(dǎo)致強(qiáng)度下降或產(chǎn)生缺陷。為了不影響正常使用，需要用到無損檢測技術(shù)。無損檢測技術(shù)不僅不會對待測結(jié)構(gòu)造成破壞，而且檢測結(jié)果準(zhǔn)確度高，操作簡單，可以為后續(xù)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及質(zhì)量評價(jià)，處理方案的制定等提供可靠的參考建議。

1 無損檢測

無損檢測技術(shù)作為一種多學(xué)科綜合檢測技術(shù)，主要以現(xiàn)代材料學(xué)應(yīng)用物理學(xué)等為基礎(chǔ)進(jìn)行發(fā)展，而現(xiàn)代電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)的科學(xué)為其發(fā)展提供了較為便捷的使用平臺。

1.1基本原理

無損檢測，還可稱之為非破壞性檢測，是指在不對構(gòu)件進(jìn)行破壞的情況下，對其各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測與整體評價(jià)，可檢測的內(nèi)容包括受力與耐久性，以此從整體上對構(gòu)件是否可靠、是否安全、是否適用進(jìn)行綜合判斷。這項(xiàng)檢測技術(shù)包含眾多學(xué)科知識，相較于傳統(tǒng)檢測方法，無損檢測不僅不會對構(gòu)件造成破壞，使其保持原有的性能及功能，而且便于操作，結(jié)果準(zhǔn)確，通過對構(gòu)件某些特征參數(shù)的檢測，實(shí)現(xiàn)對其整體的檢測及鑒定。

1.2 超聲檢測

在目前的公路工程當(dāng)中，對于水泥混凝土路面等結(jié)構(gòu)，可使用很多種無損檢測方法，其中，以超聲檢測最為常用，技術(shù)最為成熟。所謂超聲檢測，實(shí)際上就是向介質(zhì)持續(xù)發(fā)射超聲波，然后通過對反射波的接收與分析，判斷介質(zhì)實(shí)際狀況，確認(rèn)其內(nèi)部是否存在破損。對介質(zhì)當(dāng)中各個(gè)位置參數(shù)進(jìn)行測定，進(jìn)而根據(jù)相關(guān)公式推算波速，然后根據(jù)介質(zhì)參數(shù)和速度之間關(guān)系即可對介質(zhì)性能進(jìn)行測定，包括彈性模量、抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度。此外，這項(xiàng)技術(shù)還能對構(gòu)件或者是結(jié)構(gòu)當(dāng)中存在的缺陷進(jìn)行檢測，有著十分廣泛的適用范圍。

針對水泥混凝土，超聲檢測就是根據(jù)以上原理，將超聲波在水泥混凝土介質(zhì)中傳播的特性作為依據(jù)，來達(dá)到預(yù)期的檢測目標(biāo)。然而，會有很多因素對檢測造成影響，比如原材料質(zhì)量、硬化時(shí)間、含水率、尺寸、環(huán)境和操作方法。就目前而言，相關(guān)技術(shù)規(guī)范提出可結(jié)合超聲與回彈兩種方法進(jìn)行強(qiáng)度檢測，其基本思路為對包含傳播速度、碳化深度與回彈代表值等在內(nèi)的指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，來對結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度進(jìn)行綜合判斷。這一方法就是超聲回彈法，通過對該方法的應(yīng)用，能使傳播路徑上結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與硬度等均得以充分反映、體現(xiàn)，克服了單一檢測缺陷，從根本上保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確度。

1.3 頻譜分析

所謂頻譜分析，實(shí)際上就是瑞雷面波法，其對強(qiáng)度的檢測主要根據(jù)介質(zhì)當(dāng)中分析波實(shí)際傳播過程中具有的頻率特性。檢測時(shí)，無需取樣，向結(jié)構(gòu)的表面層施加一定沖擊作用，就能得到各種頻率條件下的瑞雷面波，再對各種波的實(shí)際傳播頻率進(jìn)行檢測，采用相應(yīng)的分析方法，即可實(shí)現(xiàn)對強(qiáng)度的準(zhǔn)確檢測。與傳統(tǒng)檢測方法相比，該方法最大的特點(diǎn)在于反應(yīng)速度快，是一種無損檢測全新途徑。

（1）理論依據(jù)

以波動理論和試驗(yàn)對比結(jié)果為依據(jù)，可得出水

泥混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和瑞雷波速之間的關(guān)系，可用如

下回歸方程進(jìn)行表示

R壓= aVbR（1）

再以水泥混凝土結(jié)構(gòu)抗壓與抗折強(qiáng)度具有的關(guān)系為依據(jù)，構(gòu)建抗折強(qiáng)度和瑞雷波速之間的關(guān)系，可用如下模型進(jìn)行表示

R折= 1 /（T + bVcR） （2）

式（1）、（2）中：a、b、c 表示實(shí)驗(yàn)系數(shù)，采用線性回歸的方法即可得出。

（2）檢測系統(tǒng)

通過對力錘錘頭的適當(dāng)改變，使震源能夠發(fā)出各種頻率條件下的瑞雷面波，此時(shí)可得出各深度情況下的介質(zhì)波速；以壓電加速度計(jì)為檢波器，使用石蠟將其和粘貼在待測結(jié)構(gòu)表面，選擇電荷放大器時(shí)應(yīng)注意，應(yīng)以低噪音型為主；利用計(jì)算機(jī)對信號實(shí)施采集與分析處理；此外，儀器之間的導(dǎo)線應(yīng)連接好，且長度不能過大。

2 公路水泥混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無損檢測技術(shù)具體應(yīng)用

某公路工程路面采用水泥混凝土，設(shè)計(jì)總長約231. 675 km。按雙車四車道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h，路面與路基寬度分別為22. 5 m、26 m。為對路面強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，采用頻譜分析的方法進(jìn)行，現(xiàn)場施加一定錘擊作用后，由檢波器對垂直方向上的信號進(jìn)行接收，然后通過采集系統(tǒng)對其進(jìn)行放大與濾波，完成信號轉(zhuǎn)換后存盤。向相關(guān)軟件導(dǎo)入采集系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算獲得瑞雷面波的參數(shù)。

檢測過程中，先墊上小鐵板，然后使用鐵錘對小鐵板進(jìn)行錘擊，以測得散射曲線為依據(jù)，對檢測中需要達(dá)到的激發(fā)頻率進(jìn)行檢測，通常在150 ～300 Hz 范圍內(nèi)。信號采集裝置頻率通常確定為1 024 Hz。檢波器為設(shè)于地面對介質(zhì)發(fā)生的振動進(jìn)行拾取的裝置。在強(qiáng)度無損檢測過程中，由于正源頻率相對較低，通常在200 Hz 左右，所以檢波器以中低頻式傳感器為主，由于它具有很寬的頻率范圍，所以能對沖擊振動產(chǎn)生良好頻響特性。除此之外，要注意，在現(xiàn)場應(yīng)使用石蠟進(jìn)行粘結(jié)，這樣既能保證粘結(jié)的牢固性，還能有效增強(qiáng)采集能力。相鄰檢波器之間的距離需要根據(jù)路面深度來確定，測試過程中，通常將間距控制在最高頻率的2 /3 到2 倍之間。對于整個(gè)測試系統(tǒng)，各個(gè)儀器間的連結(jié)均依靠導(dǎo)線，在連接時(shí)，導(dǎo)線應(yīng)盡可能的縮短，而且不要和其它導(dǎo)線進(jìn)行混用，選擇相同類型的導(dǎo)線，還要避免抖動，否則將對測量的穩(wěn)定性造成影響，使測量結(jié)果產(chǎn)生很大的偏差。

檢測結(jié)果見表1。

以之前介紹的理論為依據(jù)，可得出結(jié)構(gòu)抗折強(qiáng)度和瑞雷波速之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，對小梁抗折強(qiáng)度和不同測點(diǎn)對應(yīng)的波速實(shí)施回歸分析，即可得出如下所示的方程

R折= 1 /（0. 124 3 + 0. 028 1V0. 465 1R）（3）

本公路路面檢測數(shù)據(jù)如表2 所示。由表2 可以看出，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)得出的回歸分析方程，對測點(diǎn)的抗折強(qiáng)度及鉆芯后取得的抗折強(qiáng)度進(jìn)行對比，兩者相差很少，最大偏差只有0. 26 MPa。另外，需要注意的是，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與瑞雷波速保持的回歸關(guān)系如果條件不同，則系數(shù)可能會有所不同，所以為保證檢測結(jié)果可靠性與真實(shí)性，在正式開始檢測以前，需要在檢測的現(xiàn)場進(jìn)行校核。

結(jié)束語

綜上所述，隨著市場經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的需求，公路橋梁施工面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為保障公路橋梁施工質(zhì)量，將無損檢測技術(shù)與公路橋梁施工相結(jié)合，從而提高公路橋梁的穩(wěn)定運(yùn)行。本公路工程通過對瑞雷面波無損檢測方法的合理應(yīng)用，成功檢測出水泥混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且通過與現(xiàn)場鉆芯結(jié)果之間的對比，瑞雷面波檢測結(jié)果與鉆芯結(jié)果極為相近，說明瑞雷面波無損檢測方法能準(zhǔn)確反映出被檢結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，準(zhǔn)確度高、操作方便，且不會對已經(jīng)成型的結(jié)構(gòu)造成破壞，是一種理想、高效、合理，值得大范圍推廣應(yīng)用的無損檢測技術(shù)。但為了達(dá)到理想的檢測效果，需要保證檢測過程的規(guī)范性，以及數(shù)據(jù)處理的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]艾尼·熱合曼. 無損技術(shù)在公路水泥混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用[J]. 西部交通科技，2017，（8）：29 - 31.

[2]梁曉曄. 基于落錘式彎沉儀的水泥混凝土路面無損檢測[J]. 山西建筑，2014，40（34）：153 - 154.

[3]劉博，張飛. 超聲波用于水泥混凝土及水泥土無損檢測中的研究[J]. 科技資訊，2011，（17）：71.

[4]李嘉，董海文.瞬態(tài)瑞雷面波法檢測路面強(qiáng)度的應(yīng)用研究[J].公路，2005，50（2）：146-149.

[5]王林杰，袁建議，伍淑華，等.超聲回彈綜合法在路面強(qiáng)度檢測中的優(yōu)越性分析[J].湖北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，（2）：37-41.

[6]鄧中俊，姚成林，賈永梅，等.基于穩(wěn)態(tài)表面波法的水工混凝土無損檢測技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展[J].水利水電技術(shù)，2015，46（4）：108-113

（作者單位：甘肅源蔚試驗(yàn)檢測有限公司）