超聲波檢測橋梁混凝土缺陷的實用方法

　　摘要：公路橋梁混凝土構(gòu)件由于技術(shù)管理和施工控制等原因，會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)空洞、不密實等缺陷，這些缺陷會影響橋梁的承載能力和耐久性，影響到橋梁的運營安全，如何檢測混凝土內(nèi)部缺陷就成了急需解決的課題，通過采用超聲波“角測法”可以檢測橋梁混凝土構(gòu)件內(nèi)部的缺陷。
　　關(guān)鍵詞：混凝土缺陷 超聲波 檢測
　　中圖分類號：U4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)03(a)-0080-02
　　公路橋梁在施工過程中，由于技術(shù)管理不善或施工控制疏忽等原因，往往會導(dǎo)致混凝土構(gòu)件材料內(nèi)部出現(xiàn)疏松、空洞、不密實等缺陷，這些缺陷會影響到公路橋梁的承載能力和耐久性，這些缺陷表面上看不到，不能直觀的去發(fā)現(xiàn)，如果不能快速準確的檢測到混凝土內(nèi)部缺陷，并判定缺陷的位置、性質(zhì)、大小，進而采取有效措施盡快處理，就會埋下工程隱患，影響橋梁的運營安全，給人們的生命和財產(chǎn)造成無法估量的損失。
　　公路橋梁結(jié)構(gòu)由于截面形式多樣，與規(guī)范對檢測面的要求出入很大，因此，探索能夠無損檢測橋梁混凝土內(nèi)部缺陷的方法就成了一個急需解決的課題。超聲法無損檢測是近年來國內(nèi)外推廣應(yīng)用的混凝土構(gòu)件內(nèi)部缺陷的方法，中國工程建設(shè)標準協(xié)會《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》（CECS21：2000），為檢測混凝土內(nèi)部缺陷方法的推廣和應(yīng)用起到重要作用。但是，由于公路橋梁受到混凝土內(nèi)部大量鋼筋的影響，對判斷缺陷的位置大小及尺寸造成很大的難度，如何檢測橋梁混凝土的內(nèi)部缺陷是本文主要探討的問題，通過工程實例來說明一種實用的檢測方法。
　　1 工程概況及要求
　　某公路橋梁結(jié)構(gòu)形式為混凝土連續(xù)箱梁，為單箱單室結(jié)構(gòu)。某跨混凝土表面并無缺陷，由于建設(shè)單位擔(dān)心在施工過程中可能存在混凝土空洞或不密實區(qū)域，因此委托檢測單位來檢測橋梁混凝土內(nèi)部有無缺陷。
　　2 檢測原理
　　超聲波檢測混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的原理是利用超聲波在技術(shù)條件相同的混凝土中傳播的速度、振幅、聲時等參數(shù)的相對變化，來判斷混凝土的缺陷。一般來講，在無缺陷的混凝土結(jié)構(gòu)中，這些聲學(xué)參數(shù)沒有明顯的差異，如果結(jié)構(gòu)存在缺陷，破壞了混凝土的整體性，超聲波在遇到空洞、不密實區(qū)域的時候，傳播路徑增長，聲時明顯增長，波幅和頻率明顯降低，通過該處的聲波與正常混凝土的聲波參數(shù)進行對比綜合分析，就可以判斷混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的部位、范圍等。
　　3 混凝土密實度測試方法
　　根據(jù)《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》（CECS21：2000），被檢部位要滿足下列要求：(1)被測部位應(yīng)具有一對或兩對相互平行的測試面；(2)測試范圍除應(yīng)大于有懷疑的區(qū)域外，還應(yīng)有同條件的正常混凝土進行對比，且對比測點數(shù)不應(yīng)少于20。而實際情況無法滿足有一對或兩對平行的測試面的條件，并且混凝土中存在鋼筋，鋼筋對超聲波的影響無法避免，考慮到混凝土缺陷主要集中在腹板底部鋼筋（鋼束）密集處附近，因此，參照規(guī)范本次密實度檢測采用“角測法”。
　　通過鋼筋位置檢測儀，檢測出被檢部位的主筋位置，檢測缺陷時盡可能的避開鋼筋區(qū)域。把整體的箱梁結(jié)構(gòu)劃分成若干測區(qū)，通過測區(qū)來估測缺陷區(qū)的范圍，各測區(qū)選擇10組測點，相鄰測點間隔5cm。先在密實區(qū)域測定各組測點的聲時值，再對各可疑區(qū)域進行測試。由于混凝土內(nèi)部存在缺陷，超聲波傳播過程中受到缺陷的阻礙，導(dǎo)致“7-7”測點所測聲時與密實區(qū)域相應(yīng)位置所測聲時相比將會出現(xiàn)明顯增大，由此可判斷該位置存在缺陷。
　　4 缺陷區(qū)域判定方法
　　對混凝土密實區(qū)域，實測聲時值理論上應(yīng)呈線性變化。假設(shè)本箱梁共測試71個測區(qū)，以該71個測區(qū)為樣本，取其平均值數(shù)列μ，及其標準差σ。以±σ為作為置信區(qū)間，即認為μ±σ區(qū)間為密實區(qū)域所測聲時值，超過該區(qū)間的聲時值為異常點。考慮到混凝土缺陷將導(dǎo)致實測聲時值增大，因此，以μ+σ為密實區(qū)域聲時值上限值μ上，超過該上限值則認為混凝土存在缺陷。
　　密實區(qū)域樣本平均值數(shù)列μ=（22.85，37.45，51.60，67.78，82.14，95.46，108.46，122.00，137.08，150.62）
　　標準差σ==3.33
　　因此，密實區(qū)域聲時上限值μ上=（26.17，40.78，54.93，71.10，85.47，98.78，111.78，125.33，140.40，153.95）
　　為更直觀、清晰地表示各測區(qū)的密實度測試結(jié)果，密實度結(jié)果表述分為以下4種情況：密實、輕微不密實、不密實、嚴重不密實。
　　5 構(gòu)件缺陷測試結(jié)果
　　選擇跨并且以0號軸為起點，根據(jù)實際情況將被測構(gòu)件劃分成6個部分，每隔4m～6m選擇一個測區(qū)進行測試。以下為測試結(jié)果。
　　5.1 各測區(qū)測試結(jié)果匯總表
　　5.2 測區(qū)典型的“測點—聲時”曲線
　　通過檢測數(shù)據(jù)可知，本跨共抽查47個測區(qū)，其中密實測區(qū)33個，占總測區(qū)的70%。不密實測區(qū)14個，占總測區(qū)的30%，通過量測測區(qū)的面積和聲時異常測點的部位，可以確定缺陷區(qū)范圍，為工程的后期加固處理和消除工程隱患等提供可靠依據(jù)。
　　6 結(jié)語
　　通過以上工程實例可以看出：參照《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》針對具體問題具體分析，可以探索出一種符合工程實際的實用的方法，“角測法”檢測橋梁特殊形狀構(gòu)件的混凝土缺陷是可行和有效的，所測的聲學(xué)參數(shù)能夠較好的反映混凝土的疏松、空洞、密實性差等情況，用聲時的平均值和變異系數(shù)能較好的評價混凝土的整體的質(zhì)量，通過各個測區(qū)的位置和測點的位置就可以推斷缺陷的位置及大小情況。