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        超聲波在水泥混凝土結(jié)構(gòu)強度檢測中的應(yīng)用

        2018-05-28 08:38:43
        中國公路 2018年9期
        關(guān)鍵詞:構(gòu)造物回歸方程超聲波

        超聲波檢測技術(shù)是近年來逐漸興起的一種非破損檢測方法,由于其不受構(gòu)件幾何尺寸大小的影響,檢測速度較快且檢測結(jié)果準(zhǔn)確,該技術(shù)在水泥混凝土結(jié)構(gòu)強度檢測中得到廣泛應(yīng)用。本文針對超聲波檢測技術(shù),詳細(xì)總結(jié)超聲波檢測的技術(shù)特點及應(yīng)用范圍,深入分析超聲波檢測技術(shù)的工作原理與檢測方法,探討超聲波檢測強度的影響因素,最后結(jié)合工程實踐,通過采用鉆芯取樣法與超聲波法對路段抗壓強度指標(biāo)進(jìn)行檢測,確定超聲波檢測技術(shù)檢測準(zhǔn)確度,結(jié)果表明,兩種不同檢測方法所得檢測結(jié)果相差不大,但超聲波檢測方法準(zhǔn)確度良好。

        超聲波檢測特點

        超聲波檢測技術(shù)是一種非破損檢測方法,可以直接對水泥混凝土進(jìn)行檢測,并較為真實地反應(yīng)水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部特征,另一方面,超聲波技術(shù)還具有檢測水泥混凝土內(nèi)部空洞、凍脹、化學(xué)腐蝕等病害的功能。在這種條件下,按照常規(guī)方法測定的水泥混凝土結(jié)構(gòu)強度并不能夠反映其整體強度,因為結(jié)構(gòu)內(nèi)部隱患必定會對混凝土整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,而超聲波技術(shù)可以檢測評定混凝土內(nèi)部隱患區(qū)情況,其檢測范圍更深,檢測結(jié)果具有代表性。

        超聲波技術(shù)應(yīng)用范圍

        當(dāng)施工過程管理不當(dāng)或者出現(xiàn)某些意外事故,導(dǎo)致水泥混凝土出現(xiàn)質(zhì)量損傷,或在試驗室制作水泥混凝土試件時,取樣、養(yǎng)護(hù)方法不對,試件各項強度指標(biāo)不能夠滿足規(guī)范要求時,可采用超聲波檢測技術(shù)對試件或者施工完成后的水泥混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測。

        當(dāng)需要了解水泥混凝土的強度增長情況,為試件的脫模等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)時,或者在出廠、吊裝、預(yù)應(yīng)力張拉水泥混凝土結(jié)構(gòu),需要了解荷載對混凝土的強度要求時,可以通過采用超聲波技術(shù),持續(xù)性監(jiān)測推定水泥混凝土的結(jié)構(gòu)強度,為水泥混凝土的施工提供相應(yīng)指導(dǎo)。

        當(dāng)已建水泥混凝土構(gòu)造物需要維修、加固及改建時,可以應(yīng)用無損超聲波檢測技術(shù),對構(gòu)造物內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行檢測,為水泥混凝土和構(gòu)造物的重新設(shè)計提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

        對于某些需要長期跟蹤管理的重要混凝土構(gòu)造物,需要通過無損超聲波技術(shù)推定其結(jié)構(gòu)強度,以便判斷構(gòu)造物是否處于安全狀態(tài)。

        超聲波檢測原理及測試方法

        超聲波檢測原理

        超聲波檢測原理主要是基于超聲波在混凝土中的傳播參數(shù)(聲速、衰減系數(shù)等)與強度之間關(guān)系,實質(zhì)上是超聲波的高頻振動在水泥混凝土構(gòu)造物內(nèi)部傳播時,混凝土的每個微區(qū)上都產(chǎn)生拉壓(縱波)或剪切(橫波)等應(yīng)力應(yīng)變過程。水泥混凝土強度參數(shù)復(fù)雜,該參數(shù)值受到多種因素影響,建立混凝土強度和超聲波傳播特性之間的關(guān)系較為困難,當(dāng)前超聲波檢測混凝土強度還只能建立在經(jīng)驗歸納上,主要是通過試驗建立強度與聲速的關(guān)系曲線,作為其基本換算依據(jù)。

        超聲波檢測方法

        超聲波技術(shù)對于水泥混凝土強度的檢測,主要是通過超聲波檢測儀來完成,混凝土超聲波檢測儀是一種集超聲波脈沖發(fā)射器、超聲波接收器及信號轉(zhuǎn)換處理于一體的裝置,在對水泥混凝土進(jìn)行檢測時,首先由超聲波檢測儀的信號發(fā)射器發(fā)射超聲波脈沖,使其穿過待測混凝土構(gòu)造物,然后再由超聲波接收器將超聲波脈沖信號接收,并傳輸、存儲到信息處理器中。此時,儀器經(jīng)過相應(yīng)處理,顯示出超聲脈沖穿越混凝土所用時間,接收信號的波形、波幅等,通過計算分析顯示信息,最終得到接收信號的頻譜信息。

        超聲波檢測強度影響因素

        原材料及配合比影響

        由于超聲波在不同原材料中的傳播速度不同,而不同的配合比也會導(dǎo)致波速的變化,因此原材料及配合比對超聲波檢測的結(jié)果有較大影響。對于水泥混凝土,由于不同品種水泥的水化時間不同,在不同的時間段內(nèi),水泥混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成也必然不同,因此在使用超聲波技術(shù)檢測早齡期混凝土強度時,應(yīng)考慮水泥品種的影響;另一方面,由于水泥混凝土配合比不同,若混凝土內(nèi)部大粒徑集料較多,單位體積混凝土中骨料所占聲程增加,聲速隨之增大。同時,不同的配合比下混凝土內(nèi)部空隙率不同,空隙率的大小也會對混凝土強度檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。

        外部條件影響

        影響超聲波檢測的外部條件因素主要有齡期、養(yǎng)護(hù)方法、溫度及含水率。隨著水泥混凝土中水泥齡期的增加,超聲波速度值增長速度小于混凝土強度的增加,導(dǎo)致超聲波檢測結(jié)果變化;針對混凝土養(yǎng)護(hù)方法,由于水中的混凝土水化更加充分,水中混凝土水化產(chǎn)物會將混凝土毛細(xì)孔填充,改善混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu),使超聲波傳播速度加快;另外,溫度與濕度的變化,也會導(dǎo)致超聲波傳播速度的變化,影響超聲波檢測準(zhǔn)確性。

        其他條件

        若水泥混凝土中摻入鋼筋,由于超聲波在鋼筋介質(zhì)中的傳播速度明顯大于水泥混凝土,因此使用超聲波檢測技術(shù)對配筋水泥混凝土檢測時,其結(jié)果往往比正常值偏大,需要設(shè)置相關(guān)修正系數(shù),對計算所得結(jié)果進(jìn)行修正處理。

        工程實踐

        工程概況

        檢測路段位于某縣二級公路K0+200至K8+210處,長8.1km,路基寬度為12m,路面寬度為9m,該路段為新建水泥混凝土路面,真空吸水施工工藝。為檢測施工后路面的抗壓性能,同時驗證超聲波檢測技術(shù)準(zhǔn)確性,分別采用鉆芯取樣法與超聲波檢測法對路面進(jìn)行強度檢測。

        超聲波聲速與混凝土強度的關(guān)系曲線

        按施工時所采用的原材料進(jìn)行不同標(biāo)號抗壓試件檢測,抗壓強度檢測結(jié)果如表1所示。

        本文根據(jù)表1所示數(shù)據(jù),研究混凝土試件超聲波波速與抗壓強度之間相關(guān)性,并采用不同函數(shù)方程對相關(guān)性進(jìn)行擬合,通過計算分析選取相對誤差、相對標(biāo)準(zhǔn)差及相關(guān)系數(shù),選取相對誤差與相對標(biāo)準(zhǔn)差較小的函數(shù)方程作為本試驗研究材料相關(guān)性較好的最優(yōu)回歸方程。本文采用以下三種函數(shù)形式進(jìn)行擬合:線性函數(shù)方程=A+BV;冪函數(shù)方程=AVB;指數(shù)函數(shù)方程。其中:為測定區(qū)域混凝土推算強度,V為試件測定區(qū)域平均聲速值,A、B、C為常數(shù)項。根據(jù)表1所示試驗數(shù)據(jù)擬合回歸方程如下所示:線性函數(shù)方程:fccu=0.0573v1222.66;冪函數(shù)函數(shù)方程:fccu=4E129v8.2075;指數(shù)函數(shù)方程:fccu=0.0083e0.0019v。

        根據(jù)回歸方程計算相對標(biāo)準(zhǔn)差與相關(guān)系數(shù)見表2。

        由表2可知超聲波法所擬合的三種函數(shù)公式,其相對標(biāo)準(zhǔn)差與相關(guān)系數(shù)指標(biāo)均差別不大,其中冪函數(shù)所擬合的回歸方程相關(guān)系數(shù)最大,故本文采用線性回歸方程應(yīng)用于實際工程中測定水泥混凝土構(gòu)件強度。

        表1 抗壓強度檢測結(jié)果

        表2 擬合函數(shù)計算結(jié)果

        表3 路段抗壓強度檢測結(jié)果

        強度檢測

        抗折強度和抗壓強度是水泥混凝土的重要控制指標(biāo),本文首先采用超聲波法對檢測道路不同斷面抗壓強度進(jìn)行檢測,之后根據(jù)《公路水泥混凝土路面施工細(xì)則》(JTG/T F30-2014),采用鉆芯取樣法再次對檢測路段抗壓強度進(jìn)行檢測,路段抗壓強度檢測結(jié)果如表3所示。

        由表3可知,使用超聲波法與鉆芯取樣法所得路段抗壓強度檢測結(jié)果相差不大,超聲波檢測法作為無損檢測方法,其檢測精度較高。

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