基于超聲波技術的PVA-DSECC材料無損檢測分析

魏雍　李世友

摘? 要：PVA-DSECC材料作是一種現代新型復合型材料，其強度較高，抗壓能力較強，故而被廣泛的應用的工程領域當中。而實際在對PVA-DSECC材料進行檢測時，為保障PVA-DSECC材料不被破壞，往往需要利用無損傷檢測技術，而將超聲波技術利用與無損傷檢測技當中，能夠更好的完成PVA-DSECC材料無損檢測工作。基于此，本文主要研究基于超聲波技術的PVA-DSECC材料無損檢測分析，希望對相關人員有所啟示。

關鍵詞：超聲波技術;PVA-DSECC材料;無損檢測

引言：PVA-DSECC材料是一種新型復合型水泥復合材料，其是在ECC材料的基礎上實現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材料強度的新型復合材料。本文主要是在超聲波波速研究的基礎上探究超聲波技術與PVA-DSECC材料強度之間的關系，從而幫助超聲波技術能夠更好的利用于PVA-DSECC材料無損檢測技術中提供有力依據。

1、相關理論概述

ECC材料是一種具備高延展性和高韌性的水泥復合材料，自該材料被研發之后便廣泛的投入到水利工程、橋梁工程、抗震結構等領域當中，并取得了較好的應用效果。但由于ECC材料的主要構成材料為天然砂，隨著工程領域對ECC材料的使用需求越來越高、使用量越來越大，導致天然砂資源逐漸匱乏，致使ECC材料的生產力不能夠滿足實際工程的需求量。因此，相關領域研究人員便開展了對天然砂替換材料的研究，并在研究中發現，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保材料的特性，而相關領域研究學者將利用沙漠砂代替部分天然砂的工程水泥復合材料成為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的水泥基復合材料[1]。

無損檢查技術是指在不破壞被檢測物體外形、不損傷被檢測物體內部結構的前提下對被檢測物體進行物質結構和力學性能進行檢測，從而分析被檢測物體的使用功能及價值，就目前情況而言，無損傷技術在檢測混凝土裂縫、強度、導堤等方面得到了較好的應用效果。然而，現階段我國利用無損傷技術檢測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的研究及應用還處于發展中階段，因此，需要在無損傷技術上添加其他技術來增強國內無損傷技術檢測ECC的水平。超聲波技術主要是利用頻率高于20000HZ的聲波對標的物進行作業，超聲波的方向性好、穿透能力強，主要是利用聲音傳播及回聲的原理來對傳播介質進行檢測或作業，在超聲波技術的基礎上利用無損傷技術開展對工程水泥復合材料的檢測能夠很好的完成對工程水泥復合材料的力學檢測與強度分析，這對于提高國內無損傷檢測技術水平尤為重要。基于超聲波技術的PVA-DSECC材料無損傷檢測主要是利用以超聲波的波速為依據，根據材料本身的性質研究超聲波波速與PVA-DSECC材料強度之間的關系，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。經過我國相關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材料強越低。其主要原因為，由于水膠比增加致使PVA-DSECC材料內部孔隙增多，PVA-DSECC材料內部密實度較低，而在超聲波在PVA-DSECC材料內部孔隙處傳播聲波時，會導致聲波的傳遞受到阻礙，故而超聲波波速下降，進而導致PVA-DSECC材料強度下降。

其次，從齡期的角度來分析。經過我國相關人員實驗研究表面，在同一水膠比下，齡期越高，超聲波的波速越高，故而PVA-DSECC材料強度下降，強度越高。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材料內孔隙處，進而使得PVA-DSECC材料內部密實度增加，這也就說明超聲波在超聲波在PVA-DSECC材料內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，進而促使導致PVA-DSECC材料強度增加。

2.2砂膠比對超聲波波速的影響

經過我國相關人員的實驗研究顯示，超聲波波速與PVA-DSECC材料的砂膠比呈現的是正比例贈的關系，及砂膠比越大，超聲波波速越大，進而也說明PVA-DSECC材料強度越高，但在同一齡期下，砂膠比對PVA-DSECC材料強度的影響效果較小，即在同一齡期下PVA-DSECC材料強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材料內所占的比例，如當沙漠砂的替代率為100%時，則說明在PVA-DSECC材料內無天然砂，但就目前情況而言，PVA-DSECC材料內的沙漠砂替代率通常情況下在90%左右。總體而言，超聲波波速會隨著沙漠砂替代率的轉變而發生改變，但二者之間并不是一直處于穩定的正比或反比方式，而是呈現一種不對稱拋物線式的關系，即當沙漠砂的替代率增加時，超聲波的波速會呈現先增加后減少的趨勢。據筆者調查研究現實，當沙漠砂替代率達到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材料的強度有著直接的關系，PVA-DSECC材料強度越大，超聲波波速越大，而當沙漠砂替代率為90%時，超聲波波速最大，因此也說明當沙漠砂替代率為90%時，PVA-DSECC材料強度最高。此外，河沙是ECC內天然砂的主要成分，與河沙相比，沙漠砂中的風積沙粒徑較小，故而能夠起到很好的填充作用，促使PVA-DSECC材料內部結構密實度更高，但風積沙相比于河沙而言，其強度較低，若過量替代則會導致PVA-DSECC材料的強度有所降低，這也是實際PVA-DSECC材料內沙漠砂替代率超過90%會導致PVA-DSECC材料強度降低的主要原因。

2.4超聲波波速與抗壓強度之間的關系

超聲波波速與PVA-DSECC材料抗壓強度之間的關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，彈出聲波的回彈值，從而判斷PVA-DSECC材料的抗壓強度，超聲波綜合回彈法是無損傷檢測技術的一種，當對PVA-DSECC材料強度有懷疑時，可利用該技術判定PVA-DSECC材料的強度，同時，判定結果也可以作為PVA-DSECC材料質量問題的依據。總體而言，超聲波波速會隨著PVA-DSECC材料抗壓強度的增大而增加，二者之間處于正比例的關系，通常情況下，判定超聲波波速與PVA-DSECC材料抗壓強度關系的公式如下所示。（其中為超聲波波速，為PVA-DSECC材料圓柱體抗壓強度）

結論：綜上所述，PVA-DSECC材料內的水膠比、砂膠比、沙漠砂替代率及齡期都會不同程度的對PVA-DSECC材料的強度。而若想探究基于超聲波技術下的PVA-DSECC材料無損檢測技術，首先需要掌握基于超聲波技術下無損檢測技術與PVA-DSECC材料之間的關系，而通過對超聲波波速的監測能夠很直觀的看出PVA-DSECC材料強度，進而幫助無損檢測技術順利完成對PVA-DSECC材料的檢測。

參考文獻：

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

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