大體積結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量檢測中聲波法的運用論文
摘要:大體積混凝土在施工澆筑過程中，由于某些原因，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生各種質(zhì)量缺陷。這些質(zhì)量缺陷如果得不到及時、有效的處理，會形成安全隱患。為了提高混凝土質(zhì)量、消除安全隱患，采取有效的檢測方法查明缺陷的空間分布和狀態(tài)，并且進行有針對性地處理是非常有必要的。本文主要分析了混凝土目前常見的質(zhì)量缺陷，分析了聲波法的幾種工作形式、工作原理以及在工程中的實際應用。結(jié)果表明，采用聲波法檢測混凝土質(zhì)量不僅具有檢測速度快、成本低的有點，而且其檢測精度很高。
關鍵詞:大體積結(jié)構(gòu);混凝土;質(zhì)量檢測;聲波法
隨著科學技術(shù)的進步，各種大體積混凝土得到發(fā)展，并被廣泛應用。然而，混凝土在實施過程當中，會由于多種原因造成內(nèi)部漏筋、蜂窩狀不密實區(qū)域或者空洞等缺陷，主要原因有漏振、漏漿、裂縫或者石子架空在鋼筋骨架上澆筑等。這些缺陷會使得整個混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和耐久力都嚴重下降。目前，聲波技術(shù)已經(jīng)被廣泛運用到混凝土結(jié)構(gòu)尤其是大體積混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測當中。
1大體積混凝土結(jié)構(gòu)常見的質(zhì)量缺陷
1．1麻面
如果混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面局部缺漿，會呈現(xiàn)許多的小凹坑、麻點，但是沒有鋼筋暴露現(xiàn)象，這種質(zhì)量缺陷就是麻面。麻面一般產(chǎn)生的原因有很多，比如模板表面粗糙，或者粘有干硬的水泥漿塊等雜物，脫模劑涂刷不均勻，潤濕不夠，拼逢不嚴密，搗固時發(fā)生漏漿或振搗不足，以及混凝土澆筑高度超高發(fā)生離析等等，這些因素都會造成麻面的產(chǎn)生。
1．2露筋
露筋是指混凝土內(nèi)部的主筋、副筋或箍筋局部裸露在結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面。產(chǎn)生的原因也并不單一:其一，灌筑時墊塊位移，鋼筋緊貼模板，會使得混凝土保護層厚度不夠;其二，保護層的混凝土振搗不密實或模板濕潤不夠，以致吸水過多從而造成粘漿掉皮、露筋;其三，如果鋼筋不均勻，局部密度大，澆筑時粗骨料在模板處過于集中，也會導致鋼筋下部架空而露筋。除此之外，若模板接縫處漏漿，或者模板底部有雜物未清理干凈等，也會使結(jié)構(gòu)在澆筑后因有夾層而造成露筋。
1.3蜂窩
蜂窩是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部缺漿石子多，形成蜂窩狀的小孔洞，骨料間有空隙存在的'混凝土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)局部酥松、石子多、砂漿少，且石子之間形成空隙類似蜂窩狀的窟窿。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因:混凝土本身配合比不當;計量不準確造成砂漿少、石子多;混凝土攪拌時間不夠，或者未攪拌均勻，使得其和易性差;下料不當，比如下料過高，使石子由于未設串通而造成集中砂漿離析;振搗時間不夠或漏振，以及模板嚴重漏漿;鋼筋較密，使用的石子粒徑過大，或塌落度過小，或者澆筑根部位稍加間歇就繼續(xù)灌上層混凝土，造成水泥漿流失等。
1．4孔洞
如果蜂窩特別大，或者內(nèi)部局部沒有混凝土，以及鋼筋局部甚至全部裸露等，這些混凝土內(nèi)部較大尺寸的空隙都是孔洞。孔洞產(chǎn)生的最主要原因是混凝土坍落度過小，振搗不到位。其次，嚴重漏漿、蜂窩過大、鋼筋密度過大使粗骨料集中于鋼筋上部，造成鋼筋下部架空等都會使得孔洞產(chǎn)生。除此之外，如果混凝土受凍，泥塊雜物摻入等，孔洞事故都會因此形成。
1．5裂縫
裂縫多出現(xiàn)在新澆筑并暴露于空氣中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，而且裂縫類型不一，主要有溫度裂縫，干縮裂縫和外力引起的裂縫。另外還有些裂縫不深也不寬，比如塑態(tài)收縮、干燥收縮等收縮裂縫。產(chǎn)生裂縫的主要原因是多方面的:其一，因設計錯誤或考慮不周造成結(jié)構(gòu)裂縫，如結(jié)構(gòu)方案及布置不合理，結(jié)構(gòu)平面布置中出現(xiàn)較大的凹凸處和角部等;其二，材料使用不當，比如硅酸鹽水泥及普通硅酸鹽水泥水化熱較高，大體積現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)易于裂縫等;其三，施工質(zhì)量不合格，這是建筑物的裂縫形成最為直接的原因，比如混凝土配合比不當、混凝土摻合料攪和不勻、混凝土攪拌時間過長等，都會產(chǎn)生干縮裂縫。而且，模板和支撐如果沒有足夠的承載力和穩(wěn)定性，承受不了澆注混凝土的重量，就沒辦法頂住澆注時的沖擊力和振搗壓力，裂縫因支撐下沉而產(chǎn)生。其四，使用不當也會造成裂縫，比如裝修過程中集中堆放大量裝修材料等，會使構(gòu)件尤其是樓板承受過重的荷載，從而產(chǎn)生裂縫。另外，溫度變化會導致混凝土體積膨脹或收縮，這種體積變化受到約束而產(chǎn)生的應力如果超過了混凝土的抗拉強度，就會引起小幅度開裂，最終產(chǎn)生裂縫。
2超聲波法檢測原理及工作形式
2．1聲波法檢測的基本原理
由超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動特征。如果結(jié)構(gòu)中存在不連續(xù)界面或破損界面等缺陷面，就會形成波阻抗界面，當聲波到達該界面時，產(chǎn)生的波的透射和反射會使接收到的透射能量明顯降低;而如果混凝土結(jié)構(gòu)中存在蜂窩、孔洞等嚴重缺陷，就會產(chǎn)生波的散射和繞射。根據(jù)波的到達時間和能量衰減特征以及波形畸變程度等，能夠獲得測區(qū)范圍混凝土的密實度參數(shù)。測試及記錄不同側(cè)面、不同高度上的超聲波動特征，經(jīng)過處理分析就能判別測區(qū)混凝土內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置，并對總體混凝土結(jié)構(gòu)的均質(zhì)性和完整性作出評價。
2．2聲波法的檢測形式
(1)平測，也叫普查，發(fā)射和接收換能器分別置于兩聲測管的同一高度，將收發(fā)換能器以相同步長向上提升，自下而上地進行水平檢測。為了確定異常部位的縱向范圍，必要時要進行加密平測;(2)斜測，讓發(fā)、收換能器保持一定的高差，同步升降進行測試，要注意保證其在聲測管中保持相同的步長。斜測能探測出局部缺陷和縮徑，也可以專測管附著泥團、層狀缺陷等;(3)扇測，扇測一般在斜測范圍受限時或者為減小換能器升降次數(shù)而采用。具體方法如下:一只換能器固定在某一高程不動，另一只逐步移動，讓測線呈扇形分布。這個時候只能根據(jù)相鄰測點幅值的突變來判斷是否有異常，因為雖然換算的波速具有可比性，但幅值不能相互比較。
3聲波法在大體積混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測中的具體應用
3．1探測混凝土缺陷的分布
在混凝土施工過程中，有時候采用鉆孔取芯或壓水試驗等方法對混凝土大壩的澆筑質(zhì)量進行檢測時，會發(fā)現(xiàn)鉆孔之間相互滲水的問題，這說明鉆孔之間的混凝土質(zhì)量存在缺陷。為查明這種缺陷的分布狀態(tài)，為后續(xù)的灌漿方案提供依據(jù)，可以利用檢查孔進行單孔聲波測試和跨孔聲波測試。根據(jù)實驗結(jié)果，完整結(jié)構(gòu)的混凝土的波速應該不低于4440m/s，如果混凝土波速達不到這個速度，說明存在質(zhì)量缺陷。
3．2分層測試
有些抽水蓄能電站大壩作為碾壓混凝土重力壩，需要進行定期的安全檢查。根據(jù)混凝土強度與波速的關系，采用單孔聲波法進行測試，并作出高程與波速曲線圖，一般而言，混凝土標號越大，波速越高。常態(tài)混凝土的高程一般在290－279m之間，波速在4300m/s左右;若高程在279－258m之間，則應為碾壓混凝土層，波速的波動范圍略大;若高程在258m以下，就是基巖了，波速能達到4500m/s。通過制圖能很好地反應各層之間的界面。
3．3混凝土與基巖膠結(jié)質(zhì)量檢測
為了評價建筑物比如某大壩基巖與混凝土的膠結(jié)質(zhì)量，可以進行聲波CT測試。有大量實驗數(shù)據(jù)表明，完整混凝土的波速應該在3600－3900m/s左右，膠結(jié)面上部波速應該在3900m/s左右，下部波速一般大于4400m/s，而且由于巖體中原生構(gòu)造的存在，局部波速可能較低。根據(jù)波速有無異常，判斷混凝土與基巖膠結(jié)的質(zhì)量是否存在缺陷。
4結(jié)語
綜上所述，大體積混凝土的質(zhì)量缺陷多種多樣，造成缺陷的原因亦是多種多樣，且缺陷規(guī)模一般不大，結(jié)構(gòu)卻不規(guī)則，與周圍質(zhì)量完好的混凝土在物性方面的差別不明顯，采用聲波法能準確反映出缺陷的分布存在狀態(tài)。聲波法不僅速度快、成本低，而且檢測效果準確、效率高，是一個很好的發(fā)展方向。
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