礦建混凝土工程質量缺陷分析探討

趙世杰

（山西煤炭運銷集團 馬家巖煤業有限公司，山西 太原 030300）

礦建工程有井筒、井架、井塔以及煤倉、井下巷道及硐室等，這些工程多采用混凝土材料澆筑成型，施工過程中極易出現質量缺陷問題。因此，要掌握質量缺陷的檢測與處理方法，這樣才能更好防控質量缺陷，保證礦建工程質量，為煤礦企業安全生產提供可靠保證。

1 礦建工程質量缺陷的無損檢測

在礦建工程質量缺陷的檢測過程之中，應用最為廣泛的無損檢測方法便是超聲波檢測方法。超聲波無損檢測方法是根據脈沖波在相同條件下在材料中傳播時間相同的原理，結合接收到波形振幅以及頻率等各種參數變化，對結構中的缺陷加以判斷。脈沖信號傳播速率和結構自身密實度存在很大的關聯性。若結構所使用的材料、配合比以及齡期等均相同，那么脈沖傳播的速率越高，則表明所檢測的結構更為密實，若是脈沖傳播速率越低，則表明結構更加松散。如果結構之中存在孔洞或者存在裂縫，便會導致結構整體性受到破壞，此時超聲脈沖信號只有繞過空洞以及裂縫而傳播至接受換能器裝置之中，所以，這種情況下脈沖所經過的路徑將更長，檢測所用的聲時同樣也會更長，或是檢測的聲速會更小。并且，因為空氣所擁有的聲阻抗率要較結構材料所擁有的聲阻抗率小很多，在脈沖信號在結構材料中傳播時，若是碰到蜂窩或者孔洞缺陷，會在這些缺陷界面位置處形成散射或者形成反射，從而導致聲能出現衰減，尤其是一些頻率較高成分會衰減的更加迅速，所以，接受到的脈沖信號波幅同樣也會出現明顯降低。另外，由于結構中有缺陷存在，會產生一定的反射以及散射問題，這些波會和直接傳輸至換能器之中的超聲波出現一定的聲程差以及相位差，在不同的波疊加后便會產生干擾，進而使得信號波形出現畸變現象。

1.1 現場測試

在使用超聲波無損檢測儀器對礦建工程的質量缺陷進行現場檢測時，應當首先完成測區的布設，還要將待測構建的對稱表面清理干凈，以便開展后續測量工作。在布設好了測區之后要設置相應的測量位置，準確的量取距離，應當確保測量位置和周圍位置鋼筋軸線相互平行。若是待檢位置表面不夠平整或者是存在粉刷層結構時，則先要將其打磨處理，然后清理干凈。接收信號波的振幅大小，會在很大程度上受到結構質量缺陷的影響，所以，進行測量的過程中，要求換能器要保持較好的耦合狀態，在質量缺陷測量過程中，混凝土結構應當為自然干燥狀態。超聲波檢測質量缺陷時具體布設實例見圖1(以井筒為例)。

圖1 超聲波檢測井筒質量缺陷時布設實例

1.2 缺陷判定和數據處理

若是存在質量缺陷的位置區域，通常聲波的傳播時間將變更長，而且聲波的傳輸速率也會所有下降，聲波的吸收衰減會進一步增加，波幅將顯著變小，而且聲波在質量缺陷位置處穿透能力將顯著的變弱。這些均會導致聲波的波形發生較大變化，使得聲波不具有良好的連續性，而且所得波形也更加的不規則，根據這些現象能夠對礦建工程的質量缺陷進行初步判斷。

在進行計算判斷時，應用最為廣泛的應當是PSD判別法。PSD判別法也叫做是斜率判別法，其代表的是聲時隨深度變化曲線中相鄰點斜率Ktx與相鄰兩點聲時差Δt乘積，具體計算公式如下：

式中：ti、ti+1為相鄰兩點間聲時值；Hi、 Hi+1為相鄰兩點間深度值。

PSD判別方法是對聲時隨深度變化曲線求導計算的結果，通過PSD判別能夠更清晰了解到曲線出現突變現象的特征，尤其是針對一些界面存在明顯改變的質量缺陷更是非常敏感。而且，該種判別方法對于混凝土材料不均勻分布等一些非質量缺陷而導致的聲時改變，則很少有所體現，這樣確保了質量缺陷判斷的準確性與便捷性。

PSD判別方法對存在的質量缺陷非常敏感，能夠非常好的呈現出缺陷具體位置以及缺陷性質。若是聲測管存在一定的不平行現象，因為相鄰測點聲時差值不會出現太大的變化，所以，應用PSD判識方法時對于聲測管的平行性要求也可以適合放寬。若是依照PSD無法對質量缺陷加以判別時，還應當采用波速以及波形的畸變等現象進行全面判識。

2 鋼筋混凝土質量缺陷的強度檢測

因為采用綜合法進行檢測的過程中精度相對高而且誤差較小，檢測工作也更加的迅速，所以，在此次對井架結構進行檢測的過程中，通過利用超聲回彈綜合檢測方法對質量缺陷加以檢測。井架支座結構的設計強度標號等級是C30，采用的粗骨料為5～25 mm的碎石。在測量之前首先要布設測區，在井架的基座位置各個水平之中一共布設有20個測區，分別對不同的測區進行聲速測試以及回彈測試，在對所得數據進行處理過程中是依照《水工混凝土試驗規程》以及《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程》之中相關規定完成數據處理。

2.1 準備工作

在測量之前首先將各種測試儀器準備齊全，同時還要完成相應的資料收集工作，對檢測作業事先進行合理安排。布設的測區尺寸大小為200 mm×200 mm，測試區域為混凝土結構的側面位置，要注意避開鋼筋密集部位，同時還要避開預埋件，這樣才能保證測試結果的準確性。

測試之前應當確保測試面整潔以及干燥，不應當存在接縫或者飾面層，要將表面的污垢以及浮漿等徹底清理干凈，同時還要避開表面蜂窩以及麻面位置，若是表面不平整則應當使用砂紙等工具將表面磨平處理，并將表面清理干凈。在進行超聲測試的過程中，是通過側面進行測試，收、發換能器的通路要求應當和鋼筋排列方向呈現特定角度值，這樣才能有效避免鋼筋材料帶來的影響，確保檢測結果更為準確。具體布設見圖2，其中①、②和③分別是超聲測試位置，間距值為300 mm。

圖2 超聲測試測點具體布設

2.2 數據收集和分析

在布設的20測區之中進行回彈測試，回彈值記錄精確值0.01，而且相同的測點只能回彈一次，不允許在同一測點進行多次回彈。把所得數據進行整合分析，得到20的測量區域中混凝土結構強度均值，再將均值和設計值進行比較，得出實際值和設計值之間的差異。

在進行超聲波檢測的過程中，使用的是平測法，每一個測量區域分別測試三組數據，在測量過程中確保換能器能夠和混凝土構建更好的耦合，要保證測距誤差值控制在1%之內，聲時的測量精度為0.1 us。得到20的測量區域中混凝土結構強度均值，再將均值和設計值進行比較，得出實際值和設計值之間的差異。

利用綜合檢驗方法對井架基座強度進行了檢測，由于具體數據處理方法已經論述，所需處理的數據量相對較大，數據處理過程也較為簡單易懂，在此不再一一贅述，最后得出井架基座強度達到了設計要求，順利的完成了礦建工程質量缺陷檢測工作，進一步確保了礦建工程的安全。

3 礦建工程質量缺陷防治方法

3.1 嵌縫封堵方法

嵌縫封堵方法是在裂縫方向上開鑿出相應的凹槽，在所開凹槽結構之中填充上塑性或者是剛性的材料，從而確保裂縫被有效的密封。所采用的嵌縫材料主要有丁基橡膠、塑料油膏以及水泥基聚合物砂漿等。

3.2 混凝土置換方法

若是一些礦建工程存在較為嚴重的質量缺陷，則對于這些部位混凝土應當采用置換的方法進行處理。先將已經發生較為嚴重損害的混凝土材料剔除干凈，再置換新的混凝土，或者置換成其他一些材料。所采用的置換材料主要有混凝土材料、聚合物材料以及改性聚合物砂漿材料等。

3.3 仿生自愈合方法

在對質量缺陷進行處理時，還能夠采用仿生自愈合方法，這是質量缺陷處理的新型方法。此種方法是對生物組織修復創傷過程的一種模擬，其是在混凝土之中摻入一些包含有粘結材料的膠囊或者液芯纖維材料，在礦建工程出現質量缺陷情況下，這些自修復材料便能夠將包裹的粘結劑排出，從而對裂縫等質量缺陷進行修復。

4 結語

礦建工程質量缺陷包含有外部質量缺陷以及內部質量缺陷，外部質量缺陷主要是指的礦建工程結構表面出現裂縫、蜂窩以及麻面等質量缺陷。這些質量缺陷通常較易被發現并采取有效措施加以處理，整體來說對礦建工程的質量影響相對較小。內部質量缺陷主要內部孔洞、鋼筋錯位以及混凝土強度不足等缺陷，這些缺陷通過肉眼很難直接觀察到，要利用相應檢測技術才能檢測到缺陷的存在。及時的發現礦井工程各種缺陷問題，就能夠制定有效的防范方案加以處理與補救，確保礦建工程的安全可靠。