無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

鄭張磊

(武漢工程大學(xué) 湖北 武漢 430074)

一、無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)

根據(jù)住建部相關(guān)規(guī)定從2020年開(kāi)始，國(guó)家將會(huì)要嚴(yán)格把控“棚改”的范圍，對(duì)于大拆大建的情況要盡量避免，采取“舊改”代替“棚改”的方式。既然要采取“舊改”，那么首先就要對(duì)建筑物進(jìn)行損傷評(píng)定，即建筑物是否存在損傷以及受損程度從而為后續(xù)施工提供指導(dǎo)意見(jiàn)。評(píng)定建筑物是否存在損傷的方法大體可以分為兩類，無(wú)損、有損檢測(cè)。有損檢測(cè)一般以鉆芯取樣為代表，然后對(duì)取樣的部分進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果最后對(duì)整個(gè)建筑物做質(zhì)量評(píng)價(jià)。那么采用這種方法就會(huì)存在下列一些問(wèn)題：(1)取樣部位有可能避開(kāi)真實(shí)缺陷部位，無(wú)法反映建筑物實(shí)際損傷情況；(2)取樣的進(jìn)行破壞了結(jié)構(gòu)的完整性并且對(duì)于建筑物本身來(lái)說(shuō)就是一種損傷。而無(wú)損檢測(cè)則不存在上述問(wèn)題，無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)有：檢測(cè)速度快；操作方便；測(cè)試結(jié)果精度高。

二、無(wú)損檢測(cè)的方法

(一)超聲波法

超聲波法原理：由超聲儀通過(guò)發(fā)射換能器向混凝土內(nèi)部發(fā)射超聲脈沖波，那么當(dāng)材料性質(zhì)及測(cè)點(diǎn)間距一樣時(shí)，超聲波在混凝土內(nèi)部中的傳播速度、首波的振幅以及接收信號(hào)的頻率等參數(shù)測(cè)量值基本相同。假使混凝土局部區(qū)域內(nèi)存在著不密實(shí)或內(nèi)部缺陷，超聲波脈沖將會(huì)繞過(guò)缺陷傳播到接收器，此時(shí)接收測(cè)得的聲時(shí)值將增大，首波波幅及頻率值降低。我們可以根據(jù)接收信號(hào)參數(shù)的變化來(lái)判定混凝土內(nèi)部缺陷情況。但是超聲波技術(shù)在預(yù)應(yīng)力管道灌漿密實(shí)度檢測(cè)方面存在一些局限性，該方法只能定性的分析混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的存在但是不能準(zhǔn)確確定內(nèi)部缺陷位置。

(二)地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)法原理：以超高頻的電磁波作為探測(cè)場(chǎng)源，由一個(gè)發(fā)射天線向地下發(fā)射一定中心頻率的無(wú)載波電磁脈沖波，另一個(gè)天線接收由地下不同介質(zhì)界面產(chǎn)生的反射回波，電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其傳播時(shí)間、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)的介質(zhì)的電性質(zhì)及測(cè)試目標(biāo)的幾何形態(tài)的差異而發(fā)生變化，根據(jù)接收的波形以及幅度等信息，便可以判斷地下測(cè)試體的位置。探地雷達(dá)法在檢測(cè)混凝土脫空和表面裂縫方面有很好的效果，然而受混凝土內(nèi)部材料的影響，金屬材質(zhì)對(duì)雷達(dá)電磁波在混凝土中的傳播有一定的屏蔽作用，因此該方法在檢測(cè)金屬波紋管灌漿密實(shí)度或有較密鋼筋網(wǎng)的混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)存在一定的局限性。

(三)沖擊回波法

沖擊回波法原理：在被測(cè)構(gòu)件的表面加載沖擊力，從而在混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生3種波，分別是P波、S波、Rayleigh波。P、S波向混凝土內(nèi)部傳播，在其傳播過(guò)程中如遇到缺陷或界面則會(huì)發(fā)生反射，由放置在激振點(diǎn)附近的傳感器接收到產(chǎn)生的反射波后信號(hào)后，通過(guò)快速傅里葉變換(FFT)傳感器接收得到的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，通過(guò)頻譜圖中不同頻率峰值可通過(guò)計(jì)算得出混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷深度或者混凝土其結(jié)構(gòu)自身的厚度。由于縱波在混凝土結(jié)構(gòu)傳播過(guò)程中介質(zhì)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一致、傳播的速度最快并且縱波在介質(zhì)表面引起的位移也最大，因此在測(cè)試信號(hào)的過(guò)程當(dāng)中主要考慮的是縱波(P波)。根據(jù)頻譜圖上的厚度頻率和縱波在混凝土結(jié)構(gòu)中的傳播速度，便可以計(jì)算出混凝土自身厚度或內(nèi)部缺陷厚度。

三、影響無(wú)損檢測(cè)精確度的因素

(一)波速的確定

本文以沖擊回波法為例來(lái)探討影響測(cè)試混凝土板缺陷以及厚度精確度的因素。在測(cè)試混凝土板的厚度以及板中缺陷，一般采取沖擊回波法。根據(jù)上述沖擊回波法原理，只要測(cè)得混凝土板中的縱波波速并且根據(jù)對(duì)應(yīng)頻譜中的峰值頻率便可以求出板厚或者缺陷的位置。那么縱波波速的數(shù)值將會(huì)直接影響到測(cè)試結(jié)果的精確度。工程中縱波波速的測(cè)定一般是通過(guò)設(shè)置兩個(gè)傳感器并且距離激振點(diǎn)一定距離，分別讀取兩個(gè)傳感器中縱波達(dá)到的時(shí)間，然后用兩傳感器之間的距離除以縱波到達(dá)兩傳感器的時(shí)間差從而求出混凝土結(jié)構(gòu)中的縱波波速。考慮到混凝土板狀結(jié)構(gòu)故而實(shí)際混凝土板中縱波波速應(yīng)該要在計(jì)算所得的縱波波速上乘以一個(gè)形狀系數(shù)0.96。為了降低測(cè)試所得縱波波速的誤差應(yīng)該多取幾組數(shù)據(jù)最后采用這幾組縱波波速平均值做為混凝土結(jié)構(gòu)中的縱波波速。

(二)接收點(diǎn)與激振點(diǎn)間距

在測(cè)試混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)程中應(yīng)該合理設(shè)置接收點(diǎn)與激振點(diǎn)之間的距離，如果接收點(diǎn)與激振點(diǎn)之間的距離過(guò)大由于波在傳播過(guò)程中能量會(huì)逐漸減小，那么傳感器接收到縱波的信號(hào)會(huì)很弱。如果接收點(diǎn)與激振點(diǎn)間距過(guò)小，那么會(huì)無(wú)法區(qū)分瑞利波與縱波信號(hào)。所以接收點(diǎn)與激振點(diǎn)之間的距離過(guò)大、過(guò)小都會(huì)影響到測(cè)試結(jié)果的精確度。對(duì)于混凝土板狀結(jié)構(gòu)，一般接收點(diǎn)與激振點(diǎn)間距在0.5倍板厚左右。

(三)沖擊作用時(shí)長(zhǎng)

沖擊時(shí)間的長(zhǎng)短，決定了頻帶的寬窄。沖擊時(shí)間越短，產(chǎn)生的應(yīng)力波有效頻率就越大適合側(cè)淺部缺陷。沖擊時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的應(yīng)力波有效頻率就越小適合深層缺陷。所以在測(cè)試過(guò)程中要選擇合適的沖擊時(shí)長(zhǎng)，以便識(shí)別缺陷的位置。

四、結(jié)束語(yǔ)

目前無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)中蓬勃發(fā)展，不同的檢測(cè)方法存在著各自的局限性。為了全面綜合的評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)的損傷，應(yīng)該采用多種測(cè)試方法互補(bǔ)發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。