分析裝配式混凝土結構內部缺陷無損檢測試驗

馬春林

【摘要】當前，隨著我國建筑領域發展腳步的不斷加快，各種不同的施工方法以及工程類型也如雨后春筍般破土而出。作為當前階段建筑行業中的重點施工類型之一，裝配式混凝土結構工程受到了較大范圍的關注，也受到了較大程度的應用。為了研究裝配式混凝土結構內部缺陷的檢測方法，設計制作了含有不同類型缺陷的裝配式混凝土結構用疊合構件，并對試件內部缺陷進行了基于陣列超聲和電磁波雷達的無損檢測方法試驗研究。

【關鍵詞】裝配式建筑;混凝土結梅;內部缺隱;無損檢測

1、引言

隨著建筑施工工藝的不斷成熟，人們對于建筑質量要求越來越高，因此建筑施工單位對建筑工程質量檢測工作的重視程度也越來越高。裝配式混凝土結構工程指的是提前在工廠制作裝配式混凝土結構構件，然后將其運輸到建筑現場對其進行吊裝，從而連接組合成穩定建筑物的一種現代化工程方式。相比于傳統的工程類型來說，裝配式混凝土結構工程具有更強的經濟性以及環保性，既能夠有效增強我國的經濟效益，同時也能夠響應國家所推出的可持續性發展理念。

2、裝配式混凝土結構內部缺陷無損檢測試驗原理

2.1陣列超聲檢測

超聲波具有能夠穿透實體物質對其內部構造進行聲波探測的功能，而且靈敏度高，對人體也沒有明顯傷害，所以應用范圍十分廣泛。其原理是對電晶體施加高頻率的電振蕩，然后電晶體就會受到電壓影響產生機械振動效果，振動頻率的高低會隨著施加的高壓頻率變化而變化，電晶體振動會發出電波信號，這種高頻率的電波入耳是聽不到的，但是傳遞到建筑實體結構當中便可以實時反映出其內部性能特征，從而幫助檢測人員判斷是否存在結構異常問題。

2.2電磁波雷達法檢測

地質雷達作為工程物探檢測的一項新技術，具有連續、無損、高效和高精度等優點。地質雷達一般由主機、天線及配套軟件等部分組成，根據電磁波在有耗介質中的傳播特性，地質雷達以寬頻帶短脈沖的形式向介質內發射高頻電磁波，當其遇到不均勻體（界面）時會反射部分電磁波，其反射系數由介質的相對介電常數決定，通過對雷達主機所接收的反射信號進行處理和圖像解譯，分析相位及回波能量、波形的變化，達到識別隱蔽目標物的目的。

3、試驗概況

3.1試件設計

本試驗選用的桁架鋼筋混凝土疊合板尺寸為2400mmx2720mmx60mm，板面設有規則菱形拉毛，深度為5mm，其余設計參數均符合國家標準圖集《桁架鋼筋混凝土疊合板（60mm厚底板）》（15G366-1）的要求。在清理掉疏松部分及積灰的疊合板面，通過布置各種物件以模擬不同類型的內部缺陷，其中后澆混凝土內部孔洞、不密實等缺陷采用不同直徑的鋼管/PVC管模擬，夾雜缺陷采用不同尺寸的木板/保溫板模擬，預制混凝土構件與后澆混凝土結合面間的脫空采用不同尺寸的矩形鋼管/空玻璃瓶進行模擬。另外，考慮鋼筋對缺陷的遮擋作用，將部分缺陷布置于鋼筋下方。

3.2試件制作

試件制作流程如下：完成疊合板面缺陷布置，布置雙向分布筋→安裝固定疊合板四邊鋼模，調整高度以確保后澆層厚度滿足設計要求→澆筑混凝土并振搗，然后用刮杠刮平澆筑面→自然養護7d后拆除模板→繼續養護至28d后進行缺陷檢測。試件具體制作過程見圖1。

4、試驗結果與分析

4.1陣列超聲法試驗結果與分析

根據試驗構件內部缺陷的位置、大小及類型，確定低頻超聲斷面成像儀的檢測路徑及測線布置，其中測線間距為100mm，測線1邊距為300mm，測線18邊距為400mm。測試參數方面取彩色增益為20dB，模擬增益為40dB，工作頻率為50kHz，聲速為2550m/s。具體測試方法如下：1）以后澆混凝土施工面為測試面，測點（X1，Y1）為起點，通過低頻超聲斷面成像儀自帶的激光十字標將該測點與傳感器陣列中點相重合;2）使低頻超聲斷面成像儀傳感器陣列緊貼測試面，按下觸發鍵開始進行測試，約8s完成超聲波的發射、采集、數據處理及實時成像;3）按上述測試方法，沿檢測路徑依次順序對測線上的測點采集數據，直至所有測線上測點的數據采集處理完畢;4）將數據導入儀器配套后處理軟件IDealviewer，形成試驗構件測試范圍內的二維斷面及三維仿真虛擬圖像。

試驗構件經各測點圖像合并而成的主要二維斷面成像試驗結果如圖2所示。圖中由板底與空氣界面反射導致的呈斷續條帶狀分布的反射效果十分明顯，反射帶中心距離測試面約150mm，與試驗構件設計厚度相符。

由圖2（a）可見，RES1，W1和W2缺陷位置處的超聲波反射效果比較明顯，缺陷輪廓均符合預設;P1和P2缺陷位置處的反射效果雖也可分辨，但相較而言其反射強度偏弱，而缺陷輪廓基本符合預設;GB1缺陷位置處同樣存在偏弱的反射強度，且缺陷輪廓不符合預設。

由圖2（b）可見，S3，RES2和RES3缺陷位置處的超聲波反射效果比較明顯，缺陷輪廓均符合預設。由于RES2缺陷與RES3缺陷內部空隙橫截面面積相差4倍，因此RES2缺陷位置處中心的超聲波反射效果更加明顯;s1和S2缺陷位置處的反射強度與周邊其他部位相比區分度不高，缺陷輪廓亦無明顯辨識度，這可能是由于缺陷橫截面為圓形且內部空隙偏小，超過儀器的最小缺陷識別尺寸所致。

由圖2（c）可見，由于保溫板是本次試驗中所有構成缺陷外部輪廓的材料中密度最小的材料，其與混凝土之間的聲阻抗差異最大，而且所設XPS1-XPS5缺陷橫截面面積較大，因此超聲波在混凝土與保溫板界面上產生的反射效果十分明顯，缺陷輪廓也符合預設。

4.2電磁波雷達法試驗結果與分析

同樣以試件后澆混凝土施工面為測試面，將鋼筋混凝土雷達以一定速度沿著水平及豎向測線運動，進行連續檢測并保存所測數據。

其中，測線間距均為100mm，測線H1邊距為200mm，測線H19邊距為400mm，測線V1邊距為260mm，測線V24邊距為160mm。試驗構件各主要二維斷面成像試驗結果如圖3所示。

由圖3（a）可見，RESI和W1缺陷位置處的電磁波反射效果比較明顯，缺陷位置也符合預設;通過與正常鋼筋反射山形圖像比較可知，由于GB1缺陷水平投影尺寸較大，其附近鋼筋的反射山形圖像因GB1缺陷的存在而產生可辨的微弱扭曲變形，缺陷位置也符合預設;P1，P2和W2缺陷位置處的反射效果基本無辨識度，附近鋼筋的反射山形圖像也不存在受干擾的情況。其中P1和P2可能是由于其本身材質及水平投影尺寸偏小所致。

由圖3（b）可見，S1，S2，RES2和RES3缺陷位置處的電磁波反射效果比較明顯，缺陷位置也符合預設。由于在水平投影上RES2缺陷尺寸較RES3缺陷尺寸大，RES2缺陷位置處的電磁波反射效果更加明顯，范圍也更大;而S3缺陷位置處的反射效果無明顯辨識度，這可能是由于該缺陷水平投影尺寸較小且水平投影距離與其上方鋼筋相近，導致兩者的反射山形圖像幾乎重疊，無法分辨所致。

由圖3（c）可見，XPS1，XPS2，XPS3和XPS4缺陷位置處的反射效果比較明顯，缺陷位置同樣符合預設。然而，位于鋼筋正下方、水平投影尺寸遠大于其上方鋼筋水平投影尺寸的XPS5缺陷位置處卻無類似前述缺陷的反射效果，附近鋼筋的反射山形圖像也不存在受干擾的情況。

結語：

裝配式建筑混凝土結構內部缺陷類型復雜多樣，對于同一位置的缺陷，可通過不同斷面的成像結果進行對比分析，以此來判斷其位置和尺寸。后續將在此研究基礎上針對離析、疏松、裂縫等其他類型的缺陷開展進一步的無損檢測研究校驗，希望通過本文試驗可以為裝配式建筑混凝土工程施工提供一定幫助，從而促進我國建筑行業的長效健康發展。

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作者簡介：

馮春林（1989-），男，漢族，湖南衡陽人，本科，工程師，主要從事工程項目管理工作。