摘 要:混凝土检测是了解混凝土结构及混凝土质量的关键,混凝土无损检测不对结构安全及外观造成影响,其具有广阔发展前景.本文对混凝土无损检测技术进行概述,以超声波检测技术在混凝土中的应用对混凝土无损检测技术应用价值进行探讨,具有一定参考价值.
关键词:混凝土; 强度; 无损检测; 超声波;
科学技术不断进步的当前,混凝土无损检测技术也不断发展,当前其测试结果精度及可靠性均不断提高.本文对混凝土无损检测技术进行探讨,为混凝土无损检测技术的应用提供参考.
1 混凝土无损检测方法
1.1 回弹法
这一检测方法采用弹簧驱动弹击锤,经弹击传力杆对混凝土表面进行弹击,对弹击锤反弹距离进行测量,根据反弹距离以及弹簧初始长度比计算回弹值,将回弹值作为强度相关指标来评估混凝土强度.回弹法的优势在于费用低廉、操作方便、对仪器要求不高、对被测物的尺寸以及形状无特别要求,但这一方法的缺陷在于精度不高,仅根据混凝土表层(1-3mm)的质量来对混凝土的整体质量进行评估,当混凝土内部有缺陷时无法及时发现,因此不适用于冻伤、火灾、化学腐蚀等内部存在缺陷的混凝土,不适用于表层及内部质量不同的混凝土,且不适用于预应力钢筋锚固区以及钢筋密集区域的混凝土的检测.
1.2 声波法
声波无损检测基于应力波的理论,常用技术包括声发射、表面波分析法、冲击回波技术、超声检测以及超声层析成像等.
1.2.1 声发射
声发射是材料受到温度以及应力等外界条件的影响,能量从局域源迅速释放形成瞬间弹性波的现象.材料的声发射频率涵盖次声频、声频以及超声频,因此声波发生也被叫做应力波发射.声发射检测技术采用仪器来发射信号并对信号进行记录与分析,根据声发射信号系统来对声发射源进行推断.声发射源发射弹性波,经介质传到至被检体的表面而引起表面出现机械振动,表面瞬态位移经声发射换能器转换为电信号,信号采集系统采集电信号,记录并显示波形以及特性参数等.声发射技术可以用于对混凝土的初裂应力进行测定从而确定断裂参数,还可以用于混凝土破坏过程的分析从而明确受力过程中混凝土的力学行为.这一技术具有对混凝土结构造成影响小的特点,能实时动态分析,适用于评价在役混凝土结构的安全性能.
1.2.2 表面波分析法
表面波是沿着介质的表层传播的弹性波,表面波检测仪由激振器、传感器、信号采集系统以及分析显示系统构成.检测时,在混凝土表面布置传感器以及激振器,激振器对混凝土结构施加特定频率的垂直激振,材料中传播的表面波被传感器接受,检测器对接收信号以及参考信号的时间差进行检测,对参考信号的初始相位进行调整直至与激振器同步,即可对表面波在激振器与信号接收传感器之间距离的传播速度进行计算.表面波的传导速度与材料的剪切模量、弹性模量相关,还可经试验确定材料的抗压强度、干密度与表面波速度之间的关系,因此这一方法可以应用于测定混凝土结构的力学性能,评估其是否存在缺陷.这一方法适用于低强度、有缺陷的混凝土.
1.2.3 冲击回波法
这一方法对混凝土结构的表面施加瞬间冲击而产生应力波,引力波遇到混凝土缺陷、混凝土板底面等波阻抗不同的界面时,部分应力波反射,对反射波进行接收并作快速傅里叶变换得到频谱图,频谱图峰值为应力波在混凝土底面、内部缺陷部位形成,计算频谱频率即可明确混凝土厚度或者缺陷位置.这一方法适合跑道、底板、护坡、路面等只有一个测试面的混凝土检测,通过检测可明确裂缝、疏松、空洞等是否存在,存在内部缺陷时可判断位置.这一方法对混凝土表面的平整度、粗糙度要求不严格,但是检测的分辨力、灵敏度不高,检测速度将对较慢.
1.2.4 超声波检测
这一方法采用探头发射弹性波,弹性波在结构或者材料的内部传播后被超声波换能器接收,分析采集到的超声波信号的波形、频率、振幅以及声速等来推断混凝土结构的组成情况、内部结构以及力学特征.这一方法可用于评估混凝土力学强度、弹性模量以及混凝土结构的探伤、测厚等.
1.2.5 超声层析成像
层析技术不对研究对象的内部结构造成损伤,采用超声波、质子、电子、X射线等从外部采用检测设备获得内部对应投影数据,经数学、物理关系来反应内部物理量分布,生成二维、三维图像从而对对象内部特征进行反应.当层析技术采用超声波作为能量波时,这一技术就是超声层析成像技术,这一技术将待测混土的断面划分为数个矩形单元,经不同方向多次发射超声波射线对每个单元进行扫描,采用超声波走时数据来计算成像,进而对混凝土质量信息以及缺陷进行直观、精确地显示.
1.3 探地雷达
这一方法采用电磁波对地下介质的分布进行确定,其原理为发射宽频带短脉冲的高频电磁波进入介质内部,经目标体反射后回到表面,接收天线接收回波信号,介质的几何形态、电性性质不同,通过介质的电磁波的波形、电磁场强度以及路径都会出现变化,对接收反应波的相位、幅度以及双程走时等进行检测,即可准确判断介质结构.这一方法可以用于检测混凝土钢筋分布,判断混凝土内部缺陷,还可以用于检测结构厚度,识别裂缝以及裂缝扩展.
1.4 红外线法
凡是高于绝对零度的物体都会向外界辐射红外线,混凝土红外线无损检测对混凝土的热流及热量进行测量从而评估其质量.混凝土内部存在缺陷时,混凝土的热传导改变而引起表面温度场异常分布,采用红外线成像仪显示热成像图,分析异常特征即可判断缺陷位置以及特征.这一方法具有可快速检测、结果直观的特点,在混凝土结构渗漏部位、建筑外层饰面剥离、建筑外墙保温隔热效果等的检测中应用广泛.
1.5 综合法
这一方法联合使用两种或以上的无损检测方法来进行混凝土的测试,多角度评估混凝土质量.超声-回弹综合法是应用较多的方法,其首先进行超声波进行检测,之后利用回弹法测定回弹值,结合声速值及回弹值推断混凝土强度,这一方法可综合两种及以上不同方法的优点,可比较全面地反映混凝土的质量.
2 混凝土无损检测技术在工程中的应用
2.1 试验材料
普通硅酸盐水泥,强度等级42.5MPa;级配良好的碎石作为粗骨料;级配良好的中砂作为细骨料;FNJ-1型萘系高减水剂;以及矿渣.
2.2 试验方法
采用试验材料配置C40混凝土,水灰比0.41,加入不同掺量配置不同龄期的混凝土,坍落度120-300mm.制作100mm立方体试件,机械搅拌混凝土后振捣成形,标准养护.采用ZBL-U510型非金属超声检测仪检测超声波在混凝土中的声速值,之后进行抗压试验.
2.3 试压结果
2.3.1 含砂率对声速的影响
超声波的传播速度评估密度抗压,而混凝土密度决定了混凝土的强度,密度越大则强度越高,声波传播速度越快,传播时间减少,反之则相反.因此评估超声波声速即可评估混凝土强度.含砂率过高,则水泥用量相同的前提下造成骨料表面砂浆量降低,降低骨料的胶凝力;含砂率过低则造成砂浆不能完全包裹、填充骨料空隙及表面,降低混凝土和易性.监测发现含砂率从44.0%增加至50%时抗压强度反而降低,为了减少水泥用量,控制成本,含砂率不能过高,控制在44%即可.
2.3.2 粉煤灰含量对声速的影响
于混凝土凝固28d分别对掺量1.0%、1.2%及1.4%的加入15%粉煤灰与为加入粉煤灰的混凝土声速进行测量.检测发现,龄期28d的混凝土中,不同掺量的混凝土加入粉煤灰的声速均大于未加入粉煤灰的混凝土的强度,见表1.
分析原因在于,粉煤灰的颗粒直径较小,相对分散,可填充水化水泥颗粒的缝隙,降低混凝土的孔隙率,从而提高混凝土强度.且粉煤灰中含有的SiO2、Al2O3与混凝土水化物的Ca(OH)2反应而生成水化硅酸钙、水化硅酸铝,浆体硬化后进一步提高密实度,从而提高混凝土密度,提高超声波传播速率.
3 结语
混凝土无损检测有自动化检测的发展趋势,检测速度将不断提高,检测精度也不断提高.当前混凝土无损检测技术发展迅速,但是方法尚不完善,检测可靠性及精度还需要提高.实际检测中,宜使用两种及以上的无损检测技术,也可以联用无损检测与传统检测,二者印证以提高检测可靠性.
参考文献
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