弹性波CT技术在桥梁混凝土结构无损检测中的应用 刘凯

弹性波CT技术在桥梁混凝土结构无损检测中的应用刘凯
摘要：鉴于桥梁结构直接与车辆等活载接触，其在承受着较大活载压力的同时，也受到外界荷载的较大影响。

这就需要定期进行维护并及时发现运营过程中存在
的问题，以有效提升桥梁的运营水平。

针对桥梁混凝土进行的无损检测，不会影
响桥梁质量，可以有效获得混凝土质量情况，弹性波CT技术是无损检测中最常
见的一种技术，可以提供直观的图像结果。

基于此，文章首先分析了桥梁无损检
测的必要性与弹性波CT技术的特点，其次根据技术应用原理分析其具体应用，
并以某桥梁工程无损检测数据进行具体分析。

关键词：弹性波CT技术；桥梁混凝土；无损检测
引言：
弹性波CT技术由于只能测试构件表面强度，检测精度受到的影响相对较多，且混凝土内外质量存在差异，要对检测结果展开分析，才能确定结果真实性。

因此，研究弹性CT技术的应用，对于混凝土结构检测具有重要意义，有助于提高
无损检测效果，提高检测结果真实性。

1桥梁无损检测的必要性
1.1有效提高桥梁检测的安全性
混凝土桥梁在长期服役过程中，不可避免地会受到活载和自然环境的影响，
在早期运维过程中其检测技术较为复杂，且对于外界环境要求较高，甚至会对桥
梁结构造成影响。

相对于传统检测技术，无损检测技术对于桥梁结构的影响较小，能够有效保证桥梁正常安全地运营。

1.2提高桥梁检测的准确性
鉴于桥梁无损检测能够及时发现桥梁结构产生的相关病害，确定病害的严重
程度和相关位置，便于后期加固维护的方案制定。

同时，无损检测技术能够满足
不同类型桥梁的检测需求，提高相关检测的精确性，较大程度减少了检测工作量，便于后期维保工作的进行。

2弹性波CT技术概述
2.1检测原理
使用弹性波CT技术展开混凝土检测，和医学上CT技术检测原理一致，都是
使用弹性波通过穿透介质，观测弹性波能量衰减的情况，形成结构检测图像。

穿
透介质受到穿透速度、弹性模量、介质密度的影响，如果介质的强度高、密度大，衰减量相对较小，如果结构疏松、强度低，衰减量较大。

国内外有研究表明，波
速和抗压强度具有一定指数关系，并受到材料和方法的影响。

2.2弹性波CT技术的特点
弹性波是最近几年发展起来的检测方法，只有一个检测面时，也能完成测量
工作。

无损检测CT技术建立在X射线扫描成像的基础上，经过几何处理后建立
放射线影像。

弹性波和超声波类似，都是通过提供影像信息，表达检测结果。

尤
其在工业领域中，两种技术经常用于比较X射线，超声波和弹性波都不具备较强
的直进性和稳定性，利用此性质，根据衰减性进行检测。

对混凝土缺陷展开检测
也经常使用超声波方法，声速作为评价指标的综合性指标，根据检测人员工作经
验可以确定缺陷的准确位置。

弹性波主要通过激振锤激振形成，形成能量较大，
且频率较低。

使用5cm直径的钢质圆锤从0.6cm高度落下，冲击波频率可以达到5.48Hz。

弹性波测试经常使用加速度的传感器，由于传感器具备固定方式，方便
展开频谱和能量分析。

由于弹性波能量较大，频率较低，不容易受到杂波带来的
影响。

因此在桥梁混凝土监测中适合使用弹性波进行测试，测试结果更加合理。

对于大体积混凝土检测，由于测距长且信号减弱，容易造成检测数据失真[1]。

弹
性波检测技术可以通过反演弹性波速，通过图像展示方式表现检测对象的特征，
从而获得混凝土结构的特点。

2.3混凝土结构评价
弹性波速度可以用于考量混凝土浇筑质量，混凝土波速属于分布参数，由于
不同位置有不同的波速，需要选择统计参数当做混凝土结构评价。

根据实际应用
和研究结果，选择四个参数当作评价指标，分别是波速离散度、平均波速、缺陷
尺度以及合格面积比。

弹性波CT剖面波速达到或者超过设计强度，代表混凝土
强度满足设计标准。

如果离散度未超过9%，代表混凝土有着质量均匀。

2.4桥梁中弹性波CT技术检测的影响因素
2.4.1钢筋影响
弹性波在混凝土中的波速受到分布钢筋的影响，钢筋越密集的区域，波速会
比纯混凝土的波速高。

使用波速修正规避钢筋带来的影响。

2.4.2混凝土龄期影响
如果混凝土龄期不足，波速和强度都会有所下降，无法达到预定标准，难以
做出准确判定[2]。

要使用弹性波CT技术，要求混凝土结构达到一定的龄期。

3弹性波CT技术在桥梁混凝土结构无损检测中的应用
3.1检测应用
以某桥梁工程为例，该桥梁一个桥墩已经浇筑3m高，整体厚度可达2.7m，
且混凝土强度等级为C50。

拆除混凝土模板后，桥墩下部混凝土出现蜂窝区域，
多是有属于不密实振捣造成的，要展开全面检测。

桥墩浇筑区域作为钢筋密集混
凝土结构，具备弹性波CT技术应用条件[3]。

因此选择弹性波CT技术作为检测技术，在墩面距离承台面0.6m~2.4m高度位置展开仔细检测，从下到上设置12个
水平方向断面，断面保持0.2m间距，对前8个断面的测试确定宽度平均为8.4m，横向可以分成三个部分，对后四个断面测试，宽度为4.2m。

使用多功能无损测试仪器采集CT数据，使用分析软件展开反演计算，绘制交叉点速度等值线图像。

3.2检测结果
目前我国未建立弹性波测试速度规范，还要借鉴美国的测试标准，评定测试
质量。

弹性波波速超过4500m/s时，混凝土结构质量良好；弹性波波速处于
3600~4500m/s时，混凝土结构质量较好；弹性波波速处于3000~3600m/s时，混
凝土结构质量一般，可能存在一定问题；弹性波波速处于2100~3000m/s时，混
凝土结构质量较差；弹性波波速未超过2100m/s时，混凝土结构质量存在严重问题，需要采取措施立即处理。

该标准只适合判断混凝土质量情况，由于混凝土情
况多样，波速和强度之间也存在多种关系，评价一种混凝土，可以作为参考。

测
试现场使用混凝土同等配比，对试块进行弹性波测试，测试结果表明波速可以达
到4350m/s，表明该混凝土结构处于较好状态。

经过对断面检测，使用解析方法
得到波速等值线图像。

其中第三个到第八个测试桥墩的测试节点和区域波速最小
值超过4350m/s。

根据该标准评定，断面混凝土结构较紧实，但是由于波速分布
不均匀，波速差距较大，代表混凝土结构均匀度一般[4]。

此外，第一、二个、第
九个到第十二个桥墩弹性波波速存在低速区，低速区是混凝土结构的不紧实区，
且结构均匀性一般。

3.3检测结论
桥墩墩身检测弹性波水平断面，其中第一个、第十个和第十二个存在明显的
低速区，最低波速未达4000m/s，代表这三个桥墩紧密度较好，且混凝土结构的均匀性较低。

对此次检测结果，对桥墩混凝土展开修复，将严重不紧实区域凿除掉，正好是蜂窝区域，存在混凝土不紧实的情况。

其他部位密实度良好，和检测结果相吻合。

结束语：
综上所述，在桥梁工程无损检测中经常使用弹性波CT技术，由于其良好的可视化效果，可以提供直观、高分辨率的检测图像，具有广阔的应用空间。

在桥梁工程中，还要注意结合3D成像技术，形成立体图像，推动无损检测的进步，保证桥梁工程的安全性。

参考文献：
[1]潘龙江.基于弹性波CT法的无砟轨道底座板混凝土状态检测技术[J].铁道建筑，2018，58（08）：93-96.
[2]崔祥茂.弹性波CT技术在桥梁检测中的应用[J].北方交通，2018（07）：79-81.
[3]施瑞欣，陈湘华，王启明.弹性波CT技术在桥梁桩基岩溶探测中的应用[J].土工基础，2018，32（03）：346-349.
[4]郭秀芹，杨森，张远军.弹性波CT技术在大体积混凝土结构无损检测中的应用[J].四川理工学院学报（自然科学版），2017，30（04）：58-63.。