公路水泥混凝土結構強度檢測中無損技術的應用

鄧秀麗

摘要：介紹了無損檢測基本原理和兩種常用無損檢測方法，結合實例，對瑞雷面波無損檢測方法的具體應用進行深入分析，并通過分析、對比，得出無損檢測技術合理可行，結果準確的結論，為這一方法的推廣應用提供參考依據，保證檢測質量。

關鍵詞：公路工程；水泥混凝土結構；強度；瑞雷面波

中圖分類號：U415. 1 文獻標識碼：C

引言

對于公路工程水泥混凝土結構，其投入使用后，內部可能因為一些因素的影響產生變化，導致強度下降或產生缺陷。為了不影響正常使用，需要用到無損檢測技術。無損檢測技術不僅不會對待測結構造成破壞，而且檢測結果準確度高，操作簡單，可以為后續的結構強度及質量評價，處理方案的制定等提供可靠的參考建議。

1 無損檢測

無損檢測技術作為一種多學科綜合檢測技術，主要以現代材料學應用物理學等為基礎進行發展，而現代電子技術與計算機的科學為其發展提供了較為便捷的使用平臺。

1.1基本原理

無損檢測，還可稱之為非破壞性檢測，是指在不對構件進行破壞的情況下，對其各項參數進行檢測與整體評價，可檢測的內容包括受力與耐久性，以此從整體上對構件是否可靠、是否安全、是否適用進行綜合判斷。這項檢測技術包含眾多學科知識，相較于傳統檢測方法，無損檢測不僅不會對構件造成破壞，使其保持原有的性能及功能，而且便于操作，結果準確，通過對構件某些特征參數的檢測，實現對其整體的檢測及鑒定。

1.2 超聲檢測

在目前的公路工程當中，對于水泥混凝土路面等結構，可使用很多種無損檢測方法，其中，以超聲檢測最為常用，技術最為成熟。所謂超聲檢測，實際上就是向介質持續發射超聲波，然后通過對反射波的接收與分析，判斷介質實際狀況，確認其內部是否存在破損。對介質當中各個位置參數進行測定，進而根據相關公式推算波速，然后根據介質參數和速度之間關系即可對介質性能進行測定，包括彈性模量、抗折強度與抗壓強度。此外，這項技術還能對構件或者是結構當中存在的缺陷進行檢測，有著十分廣泛的適用范圍。

針對水泥混凝土，超聲檢測就是根據以上原理，將超聲波在水泥混凝土介質中傳播的特性作為依據，來達到預期的檢測目標。然而，會有很多因素對檢測造成影響，比如原材料質量、硬化時間、含水率、尺寸、環境和操作方法。就目前而言，相關技術規范提出可結合超聲與回彈兩種方法進行強度檢測，其基本思路為對包含傳播速度、碳化深度與回彈代表值等在內的指標進行綜合分析，來對結構整體強度進行綜合判斷。這一方法就是超聲回彈法，通過對該方法的應用，能使傳播路徑上結構強度與硬度等均得以充分反映、體現，克服了單一檢測缺陷，從根本上保證檢測結果準確度。

1.3 頻譜分析

所謂頻譜分析，實際上就是瑞雷面波法，其對強度的檢測主要根據介質當中分析波實際傳播過程中具有的頻率特性。檢測時，無需取樣，向結構的表面層施加一定沖擊作用，就能得到各種頻率條件下的瑞雷面波，再對各種波的實際傳播頻率進行檢測，采用相應的分析方法，即可實現對強度的準確檢測。與傳統檢測方法相比，該方法最大的特點在于反應速度快，是一種無損檢測全新途徑。

（1）理論依據

以波動理論和試驗對比結果為依據，可得出水

泥混凝土結構強度和瑞雷波速之間的關系，可用如

下回歸方程進行表示

R壓= aVbR（1）

再以水泥混凝土結構抗壓與抗折強度具有的關系為依據，構建抗折強度和瑞雷波速之間的關系，可用如下模型進行表示

R折= 1 /（T + bVcR） （2）

式（1）、（2）中：a、b、c 表示實驗系數，采用線性回歸的方法即可得出。

（2）檢測系統

通過對力錘錘頭的適當改變，使震源能夠發出各種頻率條件下的瑞雷面波，此時可得出各深度情況下的介質波速；以壓電加速度計為檢波器，使用石蠟將其和粘貼在待測結構表面，選擇電荷放大器時應注意，應以低噪音型為主；利用計算機對信號實施采集與分析處理；此外，儀器之間的導線應連接好，且長度不能過大。

2 公路水泥混凝土結構強度無損檢測技術具體應用

某公路工程路面采用水泥混凝土，設計總長約231. 675 km。按雙車四車道標準設計，設計時速100 km/h，路面與路基寬度分別為22. 5 m、26 m。為對路面強度進行準確檢測，采用頻譜分析的方法進行，現場施加一定錘擊作用后，由檢波器對垂直方向上的信號進行接收，然后通過采集系統對其進行放大與濾波，完成信號轉換后存盤。向相關軟件導入采集系統相關數據，通過計算獲得瑞雷面波的參數。

檢測過程中，先墊上小鐵板，然后使用鐵錘對小鐵板進行錘擊，以測得散射曲線為依據，對檢測中需要達到的激發頻率進行檢測，通常在150 ～300 Hz 范圍內。信號采集裝置頻率通常確定為1 024 Hz。檢波器為設于地面對介質發生的振動進行拾取的裝置。在強度無損檢測過程中，由于正源頻率相對較低，通常在200 Hz 左右，所以檢波器以中低頻式傳感器為主，由于它具有很寬的頻率范圍，所以能對沖擊振動產生良好頻響特性。除此之外，要注意，在現場應使用石蠟進行粘結，這樣既能保證粘結的牢固性，還能有效增強采集能力。相鄰檢波器之間的距離需要根據路面深度來確定，測試過程中，通常將間距控制在最高頻率的2 /3 到2 倍之間。對于整個測試系統，各個儀器間的連結均依靠導線，在連接時，導線應盡可能的縮短，而且不要和其它導線進行混用，選擇相同類型的導線，還要避免抖動，否則將對測量的穩定性造成影響，使測量結果產生很大的偏差。

檢測結果見表1。

以之前介紹的理論為依據，可得出結構抗折強度和瑞雷波速之間的關系，在此基礎上，對小梁抗折強度和不同測點對應的波速實施回歸分析，即可得出如下所示的方程

R折= 1 /（0. 124 3 + 0. 028 1V0. 465 1R）（3）

本公路路面檢測數據如表2 所示。由表2 可以看出，結合現場實測數據得出的回歸分析方程，對測點的抗折強度及鉆芯后取得的抗折強度進行對比，兩者相差很少，最大偏差只有0. 26 MPa。另外，需要注意的是，結構強度與瑞雷波速保持的回歸關系如果條件不同，則系數可能會有所不同，所以為保證檢測結果可靠性與真實性，在正式開始檢測以前，需要在檢測的現場進行校核。

結束語

綜上所述，隨著市場經濟與社會發展的需求，公路橋梁施工面臨更加嚴峻的挑戰。為保障公路橋梁施工質量，將無損檢測技術與公路橋梁施工相結合，從而提高公路橋梁的穩定運行。本公路工程通過對瑞雷面波無損檢測方法的合理應用，成功檢測出水泥混凝土結構強度，并且通過與現場鉆芯結果之間的對比，瑞雷面波檢測結果與鉆芯結果極為相近，說明瑞雷面波無損檢測方法能準確反映出被檢結構強度，準確度高、操作方便，且不會對已經成型的結構造成破壞，是一種理想、高效、合理，值得大范圍推廣應用的無損檢測技術。但為了達到理想的檢測效果，需要保證檢測過程的規范性，以及數據處理的可靠性。

參考文獻

[1]艾尼·熱合曼. 無損技術在公路水泥混凝土結構強度檢測中的應用[J]. 西部交通科技，2017，（8）：29 - 31.

[2]梁曉曄. 基于落錘式彎沉儀的水泥混凝土路面無損檢測[J]. 山西建筑，2014，40（34）：153 - 154.

[3]劉博，張飛. 超聲波用于水泥混凝土及水泥土無損檢測中的研究[J]. 科技資訊，2011，（17）：71.

[4]李嘉，董海文.瞬態瑞雷面波法檢測路面強度的應用研究[J].公路，2005，50（2）：146-149.

[5]王林杰，袁建議，伍淑華，等.超聲回彈綜合法在路面強度檢測中的優越性分析[J].湖北理工學院學報，2016，（2）：37-41.

[6]鄧中俊，姚成林，賈永梅，等.基于穩態表面波法的水工混凝土無損檢測技術應用進展[J].水利水電技術，2015，46（4）：108-113

（作者單位：甘肅源蔚試驗檢測有限公司）