发布时间 : 星期日 文章第四节 钢筋混凝土结构缺陷检测 - 图文更新完毕开始阅读8125af9fcc17552706220871
第四节 钢筋混凝土结构缺陷检测
一、概述
钢筋混凝上结构的缺陷，是指那些在宏观材质不连续、性能参数有明显变异，而且对结构的承载能力和使用性能产生影响的区域。混凝土结构物，由于设计、施工等原因或受使用环境、自然灾害的影响，在内部可能会存在不密实区域或空洞、钢筋锈蚀等，在外部可能形成蜂窝、麻面、裂缝或损伤层等缺陷，这些缺陷的存在会严重影响结构的承载能力和耐久性。采用简便有效的方法查明混凝土各种缺陷的性质、范围及大小，以便进行技术处理，是工程建设、运营、养护过程中一个重要问题。目前，在存诸多混凝土缺陷的无损检测方法中，应用最广泛、最有效的是超声法检测。
1超声波检测混凝土缺陷的基本原理
采用超声脉冲波检测混凝土缺陷的基本依据是：利用超声波在技术条件相同(指混凝土原材料、配合比、龄期和测试距离一致)的混凝土中传播的时间(或速度)、接收波的振幅和频率等声学参数的变化，来判定混凝土的缺陷。因为超声脉冲渡传播速度的快慢，与混凝土的密实程度有直接关系，对于技术条件相同的混凝土来说，声速高则混凝上密实，相反则混凝土不密实。当有空洞、裂缝等缺陷存在时，破坏了混凝土的整体性，由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，超声波遇到蜂窝、宅空洞或裂缝等缺陷时，会在缺陷界面发生反射和散射，因此传播的路程会增大，测得的声时会延长，声速会降低。其次，在缺陷界面超声渡的声能被衰减，其中频率较高的部分衰减更快，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小或频率谱中高频成分明显减少。再次，经缺陷反射或绕过缺陷传播的超声渡信号与直达波信号之间存在相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。根据上述原理，在实际测试中，可以利用混凝土声学参数测量值和相对变化综合分析，判别混凝土缺陷的位置和范围，或者估算缺陷的尺寸。
2超声波检测混凝土缺陷的方法
超声脉冲波检测混凝土缺陷技术一般根据被测结构的形状、尺寸及所处环境，确定具体测试方法。常用的测试方法大致分为以下几种。
(I)平面测试(用厚度振动式换能器) 对测法：一对发射(T)和接收(R)换能器，分别置于被测结构相互平行的两个表面，且两个换能器的轴线位于同一直线上。
斜测法：一对发射和接收换能器分别置于被测结构的两个表面，但两个换能器的轴线不在同一直线上。
单面平测法：一时发射和接收换能器分别置于被测结构同一表面上进行测试。
(2)测试孔测试(采用径向振动式换能器) 孔中对测：一对换能器分别置于两个对应测试孔中，位于同一高度进行测试。 孔中斜测：一对换能器分别置于两个对应测试孔中，但不在同一高度进行而是在保持一定高程差的条件下进行测试。
孔中平测：一对换能器分别置于同一测试孔中，以一定的高程差同步移动进行测试。
本节将简述混凝土浅裂缝、深裂缝、混凝土匀质性、不密实和空洞区域、两次浇灌混凝土结合面等缺陷的超声波检测方法。
二、混凝土浅裂缝检测
所谓浅裂缝，系指局限于结构表层，开裂深度不大于500mm的裂缝。实际检测时一般可根据结构物的断面尺寸和裂缝在结构表面的宽度，大致估计被测的是浅裂缝还是深裂缝。对一般工程结构中的梁、柱、板和机场跑道等出现的裂缝，都属于浅裂缝。，在测试时，根据被测结构的实际情况，浅裂缝可分为单面平测法和对穿斜测法。
1.平测法
当结构的裂缝部位只具有一个表面可供检测时，可采用中测法进行裂缝深度检测。平测时应在裂缝的被测部位以不同的测距同时按跨缝和不跨缝布置测点进行声时测量。如图6-6所士。首先将发射换能器T和接收换能器R置于被测裂缝的同一侧，并将T耦合好保持不动，以T、R两个换能器内边缘间距li'为100mm、150mm、200mm………依次移动R并读取相应的声时值ti。以l'为纵轴、t为横轴绘制l'-t坐标图，如图6-7所示。也可用统计方法求l'与t之间的回归直线式
l'?a?bt，式中a、b为待求的回归系数。
每一个测点的超声实际传播距离为：
li?li'?a
式中：li--第i点的超声波实际传播距离，mm； li'--第i点的T、R换能器内边缘间距，mm；
a--“时—距”图中l'轴的截距或回归所得的常数项，mm。
其头，进行跨缝测量时，将T、R换能器分别置于以裂缝为轴线的对称两侧，两换能器中心连线垂直于裂缝走向，以l'=lOOmm、150mm、200mm………，分别读取声时值tio。该声时值便是超声波绕过裂缝末端传播的时间。根据几何关系，可推算出裂缝深度的计算式为：
2ldci?i2式中：dci——裂缝深度，mm；
?tio??t?i???1 ??ti、tio----分别代表测距为li时不跨缝、跨缝平测的声时值，?s。
以不同测距取得的dci的平均值作为该裂缝的深度值dc，如所得的dc值大于原测距中一个li距离的dci舍弃后重新计算dc值。
以声时推算浅裂缝的深度，声波绕过裂缝末端传播。若裂缝中有水或泥浆，则声波经水介质耦合穿裂缝而过，不能反映裂缝的真实深度。因此检测时，裂缝中不得有填充水和泥浆。当有钢筋穿过裂缝且与T、R换能器的连线大致平行靠近时，则沿钢筋传播的超声波首先到达接收换能器，测试结果也不能反映裂缝的深度。因此，布置测点时应注意使T、R换能器的连线至少与该钢筋的轴线相距1.5倍的裂缝深度，如图6-8所示，应使a?1.5dc。
2.斜侧法
当结构物的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时，可采用斜测法检测。可按图6-9所示方法布置换能器，保持T、R换能器的连线通过缝和不通过缝的测试距离相等、倾斜角一致的条件下，读取相应的声时、波幅和频率值。当T、R换能器的连线通过裂缝时，由于混凝土不连续性，超声波在裂缝界面上产生很大衰减，接收到的首波信号很微弱，其波幅和频率与不测裂缝深度具有直观、可靠的特点，若条件许可宜优先选用。
三、混凝土深裂缝检测 所谓深裂缝，系指混凝土结构物表面开裂深度在500mm以上的裂缝。对于水
坝、桥墩、大型设备基础等大体积混凝土结构，在浇筑混凝土过程中，由于水泥的水化热失散较慢，混凝土的内部温度比表面高，使结构断面形成较大的温差，当由此产生的拉应力大于混凝土抗拉强度时，便在混凝土中产生裂缝。
1.测试方法
深裂缝的检测一般是在裂缝两侧钻测试孔，用径向振动式换能器置于测试孔中进行测试。如图6-10所示，在裂缝两侧分别钻测试孔A、B。应在裂缝一侧多钻一个较浅的孔C，测试无缝。
混凝上的声学参数，供对比判别之用。测试孔应满足下列要求：孔径应比换能器直径大5~lOmm；孔深应至少比裂缝预计深度深700mm，经试测如其深度浅于裂缝深度，则应加深测试孔；对应的两个测试孔，必须始终位于裂缝两侧，其轴线应保持平行；两个对应测试孔的间距宜为2m，同一结构的各对应测孔间距应相同；孔中粉末碎屑应清理干净。
检测时应选用频率为20～40kHz的径向振动式换能器，并在其接线上做出等距离标志(一般间隔100～500mm)。测试前要先向测试孔中注满清水作为耦合剂，然后将T、R换能器分别置于裂缝两侧的对应孔中，以相同高程等间距从上至下同步移动，逐点读取声时、波幅和换能器所处的深度。
2裂缝深度判定
以换能器所处深度d与对应的波幅值A绘制d—A坐标图(图6—11)，随着换能器位置的F移，波幅逐渐增大，当换能器下移至某一位置后，波幅达到最大并基本稳定，该位置所对应的深度便是裂缝深度dc以。
四、混凝土不密实区和空洞检测
混凝土和钢筋混凝土结构物在施工过程中，有时因漏振、漏浆或因石子架空在钢筋骨架上，导致混凝土内部形成蜂窝状小密实区或守洞。这种结构物内部的隐蔽缺陷，应及时检查出并进行技术处理。
1测试方法
混凝土内部的隐蔽缺陷情况，止法凭直觉判断，因此这类缺陷的测试区域，一般总要大于所怀疑的有缺陷区域，或者首先作大范卜时的粗测，根据粗测情况再着重对可疑区域进行细测。
根据被测结构实际情况，可按下列方法布置换能器进行检测。 (1)平面对测
当结构被测部位具有两对平行表面时，可采用对测法，如图6-12所示。在测区的两对相互平行的测试面下，分别画出间距为200~300的网格，并编号确定对应的测点位置。然后将T、R换能器分别置于对应测点上，逐点读取相应的声