基于超聲波技術(shù)的PVA-DSECC材料無損檢測分析

魏雍　李世友

摘? 要：PVA-DSECC材料作是一種現(xiàn)代新型復(fù)合型材料，其強(qiáng)度較高，抗壓能力較強(qiáng)，故而被廣泛的應(yīng)用的工程領(lǐng)域當(dāng)中。而實際在對PVA-DSECC材料進(jìn)行檢測時，為保障PVA-DSECC材料不被破壞，往往需要利用無損傷檢測技術(shù)，而將超聲波技術(shù)利用與無損傷檢測技當(dāng)中，能夠更好的完成PVA-DSECC材料無損檢測工作?；诖?，本文主要研究基于超聲波技術(shù)的PVA-DSECC材料無損檢測分析，希望對相關(guān)人員有所啟示。

關(guān)鍵詞：超聲波技術(shù);PVA-DSECC材料;無損檢測

引言：PVA-DSECC材料是一種新型復(fù)合型水泥復(fù)合材料，其是在ECC材料的基礎(chǔ)上實現(xiàn)沙漠砂替代部分天然砂而形成的，是一種具備原有ECC功能且能夠在一定程度上提高原有ECC材料強(qiáng)度的新型復(fù)合材料。本文主要是在超聲波波速研究的基礎(chǔ)上探究超聲波技術(shù)與PVA-DSECC材料強(qiáng)度之間的關(guān)系，從而幫助超聲波技術(shù)能夠更好的利用于PVA-DSECC材料無損檢測技術(shù)中提供有力依據(jù)。

1、相關(guān)理論概述

ECC材料是一種具備高延展性和高韌性的水泥復(fù)合材料，自該材料被研發(fā)之后便廣泛的投入到水利工程、橋梁工程、抗震結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域當(dāng)中，并取得了較好的應(yīng)用效果。但由于ECC材料的主要構(gòu)成材料為天然砂，隨著工程領(lǐng)域?qū)CC材料的使用需求越來越高、使用量越來越大，導(dǎo)致天然砂資源逐漸匱乏，致使ECC材料的生產(chǎn)力不能夠滿足實際工程的需求量。因此，相關(guān)領(lǐng)域研究人員便開展了對天然砂替換材料的研究，并在研究中發(fā)現(xiàn)，將部分天然砂替換為沙漠砂依舊能夠促使ECC材料保持高延展性、高韌性的特點，且沙漠砂資源豐富，利用沙漠砂與天然砂混合制作ECC材料同樣也符合制備綠色環(huán)保材料的特性，而相關(guān)領(lǐng)域研究學(xué)者將利用沙漠砂代替部分天然砂的工程水泥復(fù)合材料成為DSECC。PVA是指利用聚乙烯醇纖維制成的材料，故而PVA-DSECC材料則是采用聚乙烯醇纖維制備的具有高延性纖維增強(qiáng)的水泥基復(fù)合材料[1]。

無損檢查技術(shù)是指在不破壞被檢測物體外形、不損傷被檢測物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下對被檢測物體進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行檢測，從而分析被檢測物體的使用功能及價值，就目前情況而言，無損傷技術(shù)在檢測混凝土裂縫、強(qiáng)度、導(dǎo)堤等方面得到了較好的應(yīng)用效果。然而，現(xiàn)階段我國利用無損傷技術(shù)檢測ECC僅限于檢測ECC的凍融損傷情況的檢測，其主要原因為無損傷技術(shù)的研究及應(yīng)用還處于發(fā)展中階段，因此，需要在無損傷技術(shù)上添加其他技術(shù)來增強(qiáng)國內(nèi)無損傷技術(shù)檢測ECC的水平。超聲波技術(shù)主要是利用頻率高于20000HZ的聲波對標(biāo)的物進(jìn)行作業(yè)，超聲波的方向性好、穿透能力強(qiáng)，主要是利用聲音傳播及回聲的原理來對傳播介質(zhì)進(jìn)行檢測或作業(yè)，在超聲波技術(shù)的基礎(chǔ)上利用無損傷技術(shù)開展對工程水泥復(fù)合材料的檢測能夠很好的完成對工程水泥復(fù)合材料的力學(xué)檢測與強(qiáng)度分析，這對于提高國內(nèi)無損傷檢測技術(shù)水平尤為重要?；诔暡夹g(shù)的PVA-DSECC材料無損傷檢測主要是利用以超聲波的波速為依據(jù)，根據(jù)材料本身的性質(zhì)研究超聲波波速與PVA-DSECC材料強(qiáng)度之間的關(guān)系，從而促使無損傷檢測工作順利完成[2]。

2、基于超聲波技術(shù)的PVA-DSECC材料無損檢測分析

2.1水膠比、齡期對超聲波波速的影響

首先，從水膠比的角度來分析。經(jīng)過我國相關(guān)人員的實驗研究表明，在同一齡期下，水膠比越大，超聲波的波速越低，故而PVA-DSECC材料強(qiáng)越低。其主要原因為，由于水膠比增加致使PVA-DSECC材料內(nèi)部孔隙增多，PVA-DSECC材料內(nèi)部密實度較低，而在超聲波在PVA-DSECC材料內(nèi)部孔隙處傳播聲波時，會導(dǎo)致聲波的傳遞受到阻礙，故而超聲波波速下降，進(jìn)而導(dǎo)致PVA-DSECC材料強(qiáng)度下降。

其次，從齡期的角度來分析。經(jīng)過我國相關(guān)人員實驗研究表面，在同一水膠比下，齡期越高，超聲波的波速越高，故而PVA-DSECC材料強(qiáng)度下降，強(qiáng)度越高。其主要原因為，隨著齡期的增高，PVA-DSECC材料的水化就會越來越充分，在PVA-DSECC材料水化的過程中，會生成水化硅酸鈣凝膠，而硅酸鈣凝膠會在吸附在PVA-DSECC材料內(nèi)孔隙處，進(jìn)而使得PVA-DSECC材料內(nèi)部密實度增加，這也就說明超聲波在超聲波在PVA-DSECC材料內(nèi)部孔隙處傳播聲波時不會受到孔隙作用力的影響，超聲波可以正常的傳播，因此，超聲波的波速有所提高，進(jìn)而促使導(dǎo)致PVA-DSECC材料強(qiáng)度增加。

2.2砂膠比對超聲波波速的影響

經(jīng)過我國相關(guān)人員的實驗研究顯示，超聲波波速與PVA-DSECC材料的砂膠比呈現(xiàn)的是正比例贈的關(guān)系，及砂膠比越大，超聲波波速越大，進(jìn)而也說明PVA-DSECC材料強(qiáng)度越高，但在同一齡期下，砂膠比對PVA-DSECC材料強(qiáng)度的影響效果較小，即在同一齡期下PVA-DSECC材料強(qiáng)度會隨著砂膠比的增加而小幅度增加。

2.3沙漠砂替代率對超聲波波速的影響

沙漠砂替代率既是指沙漠砂在PVA-DSECC材料內(nèi)所占的比例，如當(dāng)沙漠砂的替代率為100%時，則說明在PVA-DSECC材料內(nèi)無天然砂，但就目前情況而言，PVA-DSECC材料內(nèi)的沙漠砂替代率通常情況下在90%左右?？傮w而言，超聲波波速會隨著沙漠砂替代率的轉(zhuǎn)變而發(fā)生改變，但二者之間并不是一直處于穩(wěn)定的正比或反比方式，而是呈現(xiàn)一種不對稱拋物線式的關(guān)系，即當(dāng)沙漠砂的替代率增加時，超聲波的波速會呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。據(jù)筆者調(diào)查研究現(xiàn)實，當(dāng)沙漠砂替代率達(dá)到100%時與沙漠砂替代率為40%時超聲波波速接近，而超聲波波速與PVA-DSE材料的強(qiáng)度有著直接的關(guān)系，PVA-DSECC材料強(qiáng)度越大，超聲波波速越大，而當(dāng)沙漠砂替代率為90%時，超聲波波速最大，因此也說明當(dāng)沙漠砂替代率為90%時，PVA-DSECC材料強(qiáng)度最高。此外，河沙是ECC內(nèi)天然砂的主要成分，與河沙相比，沙漠砂中的風(fēng)積沙粒徑較小，故而能夠起到很好的填充作用，促使PVA-DSECC材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實度更高，但風(fēng)積沙相比于河沙而言，其強(qiáng)度較低，若過量替代則會導(dǎo)致PVA-DSECC材料的強(qiáng)度有所降低，這也是實際PVA-DSECC材料內(nèi)沙漠砂替代率超過90%會導(dǎo)致PVA-DSECC材料強(qiáng)度降低的主要原因。

2.4超聲波波速與抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系

超聲波波速與PVA-DSECC材料抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系主要是利用超聲波回彈綜合法來檢測。超聲波回彈綜合法是以聲波的傳播速度為依據(jù)，彈出聲波的回彈值，從而判斷PVA-DSECC材料的抗壓強(qiáng)度，超聲波綜合回彈法是無損傷檢測技術(shù)的一種，當(dāng)對PVA-DSECC材料強(qiáng)度有懷疑時，可利用該技術(shù)判定PVA-DSECC材料的強(qiáng)度，同時，判定結(jié)果也可以作為PVA-DSECC材料質(zhì)量問題的依據(jù)。總體而言，超聲波波速會隨著PVA-DSECC材料抗壓強(qiáng)度的增大而增加，二者之間處于正比例的關(guān)系，通常情況下，判定超聲波波速與PVA-DSECC材料抗壓強(qiáng)度關(guān)系的公式如下所示。（其中為超聲波波速，為PVA-DSECC材料圓柱體抗壓強(qiáng)度）

結(jié)論：綜上所述，PVA-DSECC材料內(nèi)的水膠比、砂膠比、沙漠砂替代率及齡期都會不同程度的對PVA-DSECC材料的強(qiáng)度。而若想探究基于超聲波技術(shù)下的PVA-DSECC材料無損檢測技術(shù)，首先需要掌握基于超聲波技術(shù)下無損檢測技術(shù)與PVA-DSECC材料之間的關(guān)系，而通過對超聲波波速的監(jiān)測能夠很直觀的看出PVA-DSECC材料強(qiáng)度，進(jìn)而幫助無損檢測技術(shù)順利完成對PVA-DSECC材料的檢測。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓冠生.沙漠砂制備PVA-ECC基本力學(xué)性能研究[D].寧夏：寧夏大學(xué)，2018.

[2]靳羽.橋梁混凝土超聲波檢測技術(shù)在樁基檢測中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2021，03（10）：47-48.