超聲斜測法檢測預制雙面疊合剪力墻空腔混凝土密實度

劉承靈 曹 鋮 王平安 米宗寶 萬黔云

（1.中國建筑第四工程局有限公司，陜西 西安 710000；2.西咸新區(qū)云筑園房地產有限公司，陜西 西安 710000）

三一云城一期項目位于陜西省灃西新城創(chuàng)新港片區(qū)東四路以東、科技北路以南、灃渭大道以西、科技路以北，項目用地面積5.36萬㎡，總建筑面積19.65萬㎡。

項目由11棟高層住宅單體及其他配套用房、地下車庫等組成，所有高層住宅單體均全面應用雙面疊合剪力墻結構，建筑層數為地下2層、地上17～25層，按照《裝配式建筑評價標準》（GB/T 51129-2017）評價得分50%～63%。項目建設過程如何確保雙面疊合剪力墻空腔混凝土密實度是最大的重難點，而雙面疊合剪力墻結構追根到底就是采用裝配式技術施工的剪力墻結構，其剪力墻及邊緣構件的混凝土密實度是保障結構安全的最大因素，筆者前期也做了較多研究，此處不做贅述。本文主要對“如何采用超聲法進行雙面疊合剪力墻空腔混凝土密實度的無損檢測”這一課題進行研究討論。

經查閱資料以及與多家資深檢測單位、高校專家溝通，超聲波用來鋼結構探傷、樁基探傷、裂縫檢測等技術較為成熟，但目前超聲波檢測混凝土空腔類缺陷的技術尚不成熟，標準化程度較低，未形成統(tǒng)一且認可度高的國家標準，但作為雙面疊合剪力墻空腔混凝土密實度的輔助手段，具有一定的可行性。對質量存疑區(qū)域，可采取鉆芯取樣等方式進行確認復核。

1 檢測原理

檢測采用超聲脈沖雙面對測。在墻體兩側的對應點位分別將轉換能涂抹耦合劑后緊貼墻體，在轉換能一端發(fā)射超聲波，轉換能另一端接收超聲波，這個過程中所依據儀器呈現的相關聲學參數的異常來判定空腔混凝土的內部缺陷情況。

混凝土內部缺陷判定指標有：聲速、波幅、主頻等。當混凝土的組成成分相同時，空隙率越小，內部越密實，聲波的波速越快，其強度越高。但是混凝土是一種混合型材料，其強度與聲速之間的關系并不穩(wěn)定，還與溫度、濕度、齡期以及原料性質等多個因素有關。在缺陷部位所測聲時偏長，聲速偏小。

當超聲波通過含有離析區(qū)、低強區(qū)或者其他缺陷的混凝土時，由于混凝土對聲波的衰減，接收波的波幅將明顯減小。通常聲波衰減越大，接收波的波幅減小越明顯，所以在實際檢測時，波幅的變化也是判斷混凝土缺陷的一項重要依據。

簡而言之，就是波速越低，代表混凝土強度越低（在混凝土強度一致的情況下，內部空腔的可能性就較大）；波幅越小，代表超聲波經過離析、低強或其他缺陷區(qū)的可能性越大。基于該原理可以對疊合墻內部缺陷問題做一個定性的判定。

2 超聲波檢測設備要求

超聲波檢測設備主要由超聲波檢測儀主機、平面換能器、信號電纜等其他輔件組成，還要輔以計算機軟件導出數據進行分析。

2.1 超聲波檢測儀要求

（1）具有波形清晰、顯示穩(wěn)定的示波裝置；

（2）聲時最小分度為0.1μs；

（3）具有最小分度為1dB的衰減系統(tǒng)；

（4）接收放大器頻響范圍10kHz～500kHz，總增益不小于80dB，接收靈敏度（在信噪比為3∶1時）不大于50μV；

（5）電源電壓波動范圍在標稱值±10%的情況下能正常工作；

（6）連續(xù)正常工作時間不少于4h。

2.2 換能器的技術要求

（1）常用換能器具有厚度振動方式和徑向振動方式兩種類型，可根據不同測試需要選用；

（2）厚度振動式換能器的頻率宜采用20kHz～250kHz，徑向振動式換能器的頻率宜采用20kHz～60kHz，直徑不宜大于32mm。當接收信號較弱時，宜選用帶前置放大器的接收換能器；

（3）換能器的實測主頻和標稱頻率相差不應大于±10%。

3 檢測對象及檢測方法

3.1 檢測時間

當混凝土齡期比較短時，混凝土內部水分沒有充分水化，會影響脈沖波在混凝土中的傳播速度，因此要求混凝土齡期不小于7d。

3.2 待檢測構件要求

當混凝土內部鋼筋配置比較密集時，鋼筋會對脈沖波的傳播造成干擾，從而影響對缺陷的識別。一般情況下，對于素混凝土結構，或者以配置分布筋為主的疊合板、疊合墻結構，相控陣超聲法是比較適用的；但對于鋼筋配置比較密集的梁柱節(jié)點，該方法的適用性就比較差，另外，對于混凝土中有鋼板存在的位置，該方法的適用性也比較差，尚需開展進一步的研究。

（1）混凝土齡期不宜小于7d；

（2）混凝土內部鋼筋配置不宜過于密集；

（3）測區(qū)表面宜為混凝土原漿面，表面平整度偏差不應大于3mm，且不應有蜂窩、孔洞等外觀質量缺陷，必要時可用砂輪磨平或用高強度的快凝砂漿抹平；

（4）測區(qū)表面不應有積水。

3.3 檢測對象選擇

結合前文所述要求，本次研究主要選取現場一堵含減重聚苯板的雙面疊合剪力墻作為檢測對象，如圖1所示，并選取一堵普通雙面疊合剪力墻作為參照進行結果驗證。

3.4 檢測樣本數量

根據《裝配式住宅建筑檢測技術標準》（JGJ/T 485-2019）要求，檢測樣板首層不少于剪力墻構件數量的20%，其他層不少于10%，且不少于1個。

因超聲法檢測雙面疊合剪力墻空腔混凝土密實度的方法尚不成熟，其檢測結果很大程度受到人為操作、環(huán)境因素影響，針對項目前三層裝配式結構進行全覆蓋取樣的方式，對該檢測方法進行驗證，并對檢測結果進行整理分析，完善檢測方法。

3.5 檢測點位設置

根據經驗，與傳統(tǒng)現澆墻柱類似，空腔混凝土澆筑不密實的情況易發(fā)生在墻根部位置，特采取矩形布點方式，每個檢驗對象在墻體A面設置5行×10列的檢測點位，最底部點位離地面高度為150mm～300mm，墻端部點位距墻邊緣≥200mm，為降低墻身鋼筋對檢測結果的干擾，背面對應位置依次抬高200mm設置，采取斜測法進行檢測，如圖2所示。

先選取該含減重聚苯板的雙面疊合剪力墻進行檢測，檢測點分布如圖3所示。

3.6 檢測方法

（1）按照前文所述位置在墻身A面及B面分別采用卷尺及墨斗彈出縱橫向軸網線并進行編號，為避免地面高低不平，需通過激光掃平儀確認兩面墻參照點地面標高，或者通過結構1m線來確認標高；

（2）軸網交點位置充分涂抹超聲探傷專用耦合劑；

（3）打開儀器，進行儀器零聲時設置，然后輸入工程概況及檢測數據等參數；

（4）為降低結構鋼筋對檢測結果造成的影響，采用斜測法（即錯位檢測法）進行檢測，自A軸起采用S形路徑，B面接收換能器放置在對應位置進行檢測，檢測路徑與儀器設置保持一致；

（5）檢測完成后采用U盤將檢測數據導出或上傳至云平臺備用。

4 檢測數據分析及結論

4.1 自動數據測缺分析

部分儀器對應軟件平臺具有自動數據測缺分析功能，可以將檢測數據導入后自動得出檢測結論，生成檢測結果報告，但因超聲測缺技術受人為因素影響較大，儀器分析得出的結論與現場實際情況存在一定差異。

4.2 數據處理

結合《超聲法檢測混凝土缺陷技術規(guī)程》（CECS21-2000）以及《公路工程基樁動測技術規(guī)程》（JTG/T F81-01-2004），并充分咨詢行業(yè)專家意見，通過現場大量實踐驗證，采用以下數據處理方法可以得出有效結論。該墻體采用超聲法檢測空腔混凝土密實度輸出數據如表1所示。

4.2.1 處理方法及評判標準

將一測區(qū)各測點的波幅、頻率或由聲時計算的聲速值由大至小按順序排列，將排在后面明顯小的數據視為可疑，再將這些可疑數據中最大的一個連同其前面的數據計算出平均值mx及標準差sx，并代入下式計算出異常情況的判斷值：X0=mx-λ1·sx。（本次取樣點數50個，取λ1=2.05）

將判斷值X0與可疑數據的最大值Xn相比較，如Xn小于或等于X0，則Xn及排列于其后的各數據均為異常值，并且去掉Xn，在用X1～Xn-1進行計算和判別，直至判不出異常值為止；當Xn大于X0，應再將Xn+1放進去重新進行統(tǒng)計計算和判別。

當測區(qū)中某些測點的聲速值、波幅值（或頻率值）被判為異常值時，可結合異常測點的分布及波形狀況確定混凝土內部存在不密實區(qū)或空洞的范圍。

4.2.2 迭代法數據處理

以波幅為例進行數據處理分析，計算分析可采用Excel的自動排序功能和AVERAGE（平均值）及STDEVP（標準差）函數，具體判別過程如下：

第一步：根據經驗判斷波幅不高于88.86dB（D09點位）的為可疑值，將該值設為Xn。實際上，Xn需根據經驗來選擇，該值的判定只會影響迭代次數，但不會影響最終判定結果，可以放心取值。

第二步：將D09點位以及其他波幅大于88.86dB的點位計算得出平均值mx=120.11，標準差sx=8.80，判斷值X0=102.06，因88.86dB＜102.06dB，進入下一步繼續(xù)判別；

第三步：根據自動排序結果，將B10點位設為Xn-1=99.87，計算得出平均值mx=121.09，標準差sx=6.96，判斷值X0=106.81，因99.87dB＜106.81dB，進入下一步繼續(xù)判別；

第四步：根據自動排序結果，將B04點位設為Xn-1=110.21，計算得出平均值mx=121.77，標準差sx=5.92，判斷值X0=109.64，因110.21dB＞109.64dB，迭代結束。

4.3 結論

根據上述分析判別，確定波幅值＜106.81dB的為異常值，具體點位分部如圖4所示。

通過異常點位分部標注可以看出，絕大多數異常點位均位于雙面疊合剪力墻空腔填充減重擠塑板位置，僅B10點位于減重擠塑板范圍外，通過鉆芯取樣發(fā)現，該部位減重擠塑板因混凝土振搗造成偏位，導致局部空腔混凝土缺陷。

聲速值的偏差也可以反映空腔混凝土密實度情況，具體分析判別方式與波幅值類似，通過聲速值的迭代判別，結果與波幅值基本一致，在此不做贅述。

5 結語

通過對含減重擠塑板的雙面疊合剪力墻及普通疊合剪力墻進行超聲法檢測，然后對異常點進行鉆芯取樣，結果發(fā)現，上述結論基本可以代表實際情況，可以作為雙面疊合剪力墻空腔混凝土澆筑密實度的判別依據。

實踐表明，超聲檢測法可用于雙面疊合墻空腔混凝土澆筑密實度判別，找出構件內明顯的孔洞缺陷，但其結果會受到人為操作因素（耦合劑選擇、操作人員熟練度、首波選擇等方面）以及檢測環(huán)境因素（氣溫、混凝土配合比、構件內鋼筋分布、機電預留預埋等）的影響，有時也會對新舊混凝土結合面的局部間隙缺陷出現漏判，還需要通過加強檢測人員操作技能培訓等方式提高檢測準確率，必要時，對質量有懷疑的部位還需要增加少量鉆芯取樣對檢測結果進行佐證。