超聲波無損探傷在鋼管混凝土質量檢測中的應用

【摘 要】在高層建筑、大型場館及橋梁的建設過程中，鋼管混凝土是必不可少的建筑材料，且鋼管混凝土的質量關系到整個工程的好壞。鋼管混凝土在工程建設中屬于隱蔽工程，對其質量的檢測具有一定的難度和特殊性，本文闡述了鋼管混凝土質量對工程建設的重要性，分析了鋼管混凝土出現質量問題的主要原因，提出了超聲波無損探傷檢測鋼管混凝土質量的具體方法。

【關鍵詞】鋼管混凝土；質量檢測；超聲波；無損探傷；檢測方法

1.鋼管混凝土質量的重要性

鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土，鋼管和核心混凝土一起承擔外荷載作用。鋼管混凝土很好地結合了鋼管和混凝土的優點，使混凝土可以實現側向受壓，抗壓強度成倍提高，與此同時也提高了鋼管的剛度，大大提高了承載能力。它具有承載力高、延伸性好、抗震性好、施工方便、省事、耐腐蝕等優點，因此被廣泛地應用于大型建筑中。

2.鋼管混凝土質量常見的缺陷及成因

2.1蜂窩

混凝土配合的比例不準確，或者是攪拌不均勻，這些都可能造成混凝土出現蜂窩狀，且蜂窩大都在鋼管內混凝土不容易澆筑到的密實區域。

2.2孔洞

鋼管內有空隙，如果出現局部或全部沒有混凝土，會造成孔洞的面積深度較蜂窩大很多。在澆筑混凝土的過程中，如果法蘭盤或內加強環設計不合理，阻礙了空氣流動，就會在此處聚積氣體，當氣體無法排除時就會形成孔洞，且孔洞較容易出現在法蘭盤或加強環與鋼管交接處的下側。

2.3脫黏

相關調查研究表明，在鋼管壁和混凝土之間比較容易出現鋼管混凝土拱橋脫黏的現象，造成這種現象的主要原因有：混凝土的配合比例不當、鋼管內部除銹不徹底、黏結處滲入空氣造成不良膠結、溫度造成鋼管和混凝土的熱膨脹系數導熱系數不同、鋼管與混凝土發生脫空現象等。

3.鋼管混凝土質量檢測常用方法

鋼管混凝土質量檢測的方法通常可以分為兩類：一類是無損檢測，另一類是破損檢測。當前無損檢測所用的主要方法有：人工敲擊法、超聲法（超聲對測法和埋管法）、紅外熱成像法等。

3.1人工敲擊法

這是一種比較粗略的檢測方法，檢測的深度范圍為0—10cm，技術人員使用錘子輕敲鋼管壁，根據管壁發出的聲響不同，從而找出鋼管與混凝土發生剝離的具體部位。

3.2超聲法

通過超聲波對鋼管混凝土質量進行檢測通常所使用的方法包括首波聲時法、波形識別法和多參數綜合分析法，且超聲波檢測方法多用于鋼管混凝土拱橋拱肋及大型鋼管混凝土柱的密實度檢測。

3.3紅外熱成像法

紅外熱成像法可以遠距離、非接觸地檢測。鋼管壁與混凝土之間脫空時，二者之間脫空的區域內的熱導系數不同于鋼管和混凝土的，從而使得鋼管表面的溫度分布高低不同，紅外輻射分布也會呈現出不同，形成不同特征的紅外熱圖像，可以依此來判斷鋼管壁和混凝土的黏結情況。

4.超聲波檢測的特點、原理及檢測方法

4.1超聲波檢測的特點

（1）檢測距離大，超聲波具有很強的穿透能力。

（2）檢測裝置小，超聲波檢測設備比較簡單，便于攜帶。

（3）操作方便。

（4）檢測成本低廉。

4.2超聲波檢測原理

在鋼管外徑的一端利用發射換能器輻射高頻振動，經鋼管圓心向鋼管外徑另一端傳輸的接收換能器。超聲波在傳播的過程中，當遇到混凝土內部形成的各種缺陷面時，其傳播方向和路徑就會發生改變，其傳遞的能量在缺陷處發生衰減，接受換能器接受到的超聲波頻率、聲時及聲幅都會發生相對變化。利用超聲波的工作原理可以對大型鋼管混凝土柱、鋼管混凝土拱橋拱肋的密實度進行檢測，但對于比較復雜的鋼管混凝土傳播路徑不能進行很好的檢測。

目前進行超聲波無損探傷一般都是使用超聲波探傷儀，其大部分也是A掃描方式的，即顯示器的橫坐標顯示的是超聲波在被測試品中的傳播時間或距離，縱坐標顯示的是超聲波反射波的幅值。通過反射波的位置判斷質量缺陷的位置，通過發射波的幅值判斷質量缺陷的大小。

4.3超聲波對鋼管混凝土質量檢測方法

4.3.1波形識別法

波形識別法是通過超聲波在2種不同介面發生的反射、折射等所產生的波形特征不同，從而判斷混凝土內部是否存在缺陷，波形清晰正常說明質量良好，有明顯圓弧狀脈沖包絡線則說明質量存在缺陷。

4.3.2首波聲時法

該方法是利用接收到的最先到達探頭的超聲波的聲時參數對鋼管混凝土質量進行檢測。超聲波傳播的聲時參數受到外界環境的影響較小，混凝土越密實，超聲波在其中的傳播速度越快，探頭接收到的首個超聲波的聲時越小，反之亦然。首個超聲波能否在混凝土中傳播是超聲波檢測鋼管混凝土質量的先決條件，如果接收探頭對接收到的首個超聲波不能識別是否攜帶混凝土質量信息，那么檢測到的信號就不能對鋼管混凝土的質量進行準確判斷。其具體的檢測方法如下：

混凝土與鋼管黏結好，混凝土密實則超聲波在介質中沿直線傳播的聲時為：

T=+ （1）

當超聲波沿著鋼管壁進行傳播的聲時為：

T2= （2）

二者的聲時比為：

b1== （3）

上式中：D為鋼管的外直徑；a為鋼管管壁厚度；Vc為超聲波在混凝土中的傳播速度；Vs為超聲波在鋼管管壁中的傳播速度。

當b1<1時，說明超聲波的首波是沿著鋼管混凝土的直徑方向傳播的，混凝土與鋼管管內壁之間沒有脫空現象，通過公式可以計算出鋼管混凝土的質量。

當b1>1時，說明超聲波通過鋼管外緣傳到沒有脫空處，再通過混凝土傳播到接收探頭處，可以判斷出存在脫空現象，即混凝土直徑方向的罐混凝土質量較差。

4.3.3首波頻率法

首播頻率法是通過探頭接收到最先到達探頭的聲波的聲頻參數，對鋼管混凝土質量進行檢測的。超聲波在介質中進行傳播，如果傳播的介質密度不同，即存在介質不均勻或存在缺陷的現象，超聲波產生的能量就會發生衰減，其高頻部分的超聲波衰減的速度最快，因此，可以通過探頭接收首波頻率對鋼管混凝土質量進行判斷，首波頻率越低，混凝土質量越差，反之亦然。

5.結語

目前對鋼管混凝土質量的檢測最常用的方法是超聲波檢測，通過對檢測點進行合理布置，再加上正確的分析方法，可以較為快速和準確地對鋼管混凝土的質量進行檢測，當然這并不是一種十分有效地定量檢測手段。隨著科技的不斷發展，特別是無損檢測技術的發展，鋼管混凝土無損質量檢測技術也會得到創新和發展，并逐步走向成熟。

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