无损检测技术在混凝土结构中的应用

2020-02-25郑张磊

福建质量管理 2020年18期

郑张磊

(武汉工程大学湖北武汉 430074)

一、无损检测的优势

根据住建部相关规定从2020年开始，国家将会要严格把控“棚改”的范围，对于大拆大建的情况要尽量避免，采取“旧改”代替“棚改”的方式。既然要采取“旧改”，那么首先就要对建筑物进行损伤评定，即建筑物是否存在损伤以及受损程度从而为后续施工提供指导意见。评定建筑物是否存在损伤的方法大体可以分为两类，无损、有损检测。有损检测一般以钻芯取样为代表，然后对取样的部分进行一系列的实验，通过实验的数据结果最后对整个建筑物做质量评价。那么采用这种方法就会存在下列一些问题：(1)取样部位有可能避开真实缺陷部位，无法反映建筑物实际损伤情况；(2)取样的进行破坏了结构的完整性并且对于建筑物本身来说就是一种损伤。而无损检测则不存在上述问题，无损检测的优点有：检测速度快；操作方便；测试结果精度高。

二、无损检测的方法

(一)超声波法

超声波法原理：由超声仪通过发射换能器向混凝土内部发射超声脉冲波，那么当材料性质及测点间距一样时，超声波在混凝土内部中的传播速度、首波的振幅以及接收信号的频率等参数测量值基本相同。假使混凝土局部区域内存在着不密实或内部缺陷，超声波脉冲将会绕过缺陷传播到接收器，此时接收测得的声时值将增大，首波波幅及频率值降低。我们可以根据接收信号参数的变化来判定混凝土内部缺陷情况。但是超声波技术在预应力管道灌浆密实度检测方面存在一些局限性，该方法只能定性的分析混凝土结构内部缺陷的存在但是不能准确确定内部缺陷位置。

(二)地质雷达法

地质雷达法原理：以超高频的电磁波作为探测场源，由一个发射天线向地下发射一定中心频率的无载波电磁脉冲波，另一个天线接收由地下不同介质界面产生的反射回波，电磁波在介质中传播时，其传播时间、电磁场强度与波形将随所通过的介质的电性质及测试目标的几何形态的差异而发生变化，根据接收的波形以及幅度等信息，便可以判断地下测试体的位置。探地雷达法在检测混凝土脱空和表面裂缝方面有很好的效果，然而受混凝土内部材料的影响，金属材质对雷达电磁波在混凝土中的传播有一定的屏蔽作用，因此该方法在检测金属波纹管灌浆密实度或有较密钢筋网的混凝土结构时存在一定的局限性。

(三)冲击回波法

冲击回波法原理：在被测构件的表面加载冲击力，从而在混凝土结构中产生3种波，分别是P波、S波、Rayleigh波。P、S波向混凝土内部传播，在其传播过程中如遇到缺陷或界面则会发生反射，由放置在激振点附近的传感器接收到产生的反射波后信号后，通过快速傅里叶变换(FFT)传感器接收得到的时域信号转化为频域信号，通过频谱图中不同频率峰值可通过计算得出混凝土结构内部缺陷深度或者混凝土其结构自身的厚度。由于纵波在混凝土结构传播过程中介质的振动方向与波的传播方向一致、传播的速度最快并且纵波在介质表面引起的位移也最大，因此在测试信号的过程当中主要考虑的是纵波(P波)。根据频谱图上的厚度频率和纵波在混凝土结构中的传播速度，便可以计算出混凝土自身厚度或内部缺陷厚度。

三、影响无损检测精确度的因素

(一)波速的确定

本文以冲击回波法为例来探讨影响测试混凝土板缺陷以及厚度精确度的因素。在测试混凝土板的厚度以及板中缺陷，一般采取冲击回波法。根据上述冲击回波法原理，只要测得混凝土板中的纵波波速并且根据对应频谱中的峰值频率便可以求出板厚或者缺陷的位置。那么纵波波速的数值将会直接影响到测试结果的精确度。工程中纵波波速的测定一般是通过设置两个传感器并且距离激振点一定距离，分别读取两个传感器中纵波达到的时间，然后用两传感器之间的距离除以纵波到达两传感器的时间差从而求出混凝土结构中的纵波波速。考虑到混凝土板状结构故而实际混凝土板中纵波波速应该要在计算所得的纵波波速上乘以一个形状系数0.96。为了降低测试所得纵波波速的误差应该多取几组数据最后采用这几组纵波波速平均值做为混凝土结构中的纵波波速。

(二)接收点与激振点间距

在测试混凝土结构过程中应该合理设置接收点与激振点之间的距离，如果接收点与激振点之间的距离过大由于波在传播过程中能量会逐渐减小，那么传感器接收到纵波的信号会很弱。如果接收点与激振点间距过小，那么会无法区分瑞利波与纵波信号。所以接收点与激振点之间的距离过大、过小都会影响到测试结果的精确度。对于混凝土板状结构，一般接收点与激振点间距在0.5倍板厚左右。

(三)冲击作用时长

冲击时间的长短，决定了频带的宽窄。冲击时间越短，产生的应力波有效频率就越大适合侧浅部缺陷。冲击时间越长，产生的应力波有效频率就越小适合深层缺陷。所以在测试过程中要选择合适的冲击时长，以便识别缺陷的位置。