超声波技术在钢管混凝土检测中的应用

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可见,只要混凝土与钢管胶结密实,声波沿钢管壁传播的 时间总是落后于声波穿透钢管混凝土的时间,能够满足公 式( ) )的要求。这样才有可能使穿透钢管混凝土的超声
图 !* 超声波在钢管混凝土内的 & 种传播途径
波首波不受沿钢管壁到达的超声波的影响。 #" 实际工程应用及各种检测结果分析与对比 * * 根 以上基本原理,结合某工程实例,检测了截面为 (
图 ! ( . ) 是当钢管内混 凝土充实,内 部均匀密实, 在混凝土介质中超声波沿直线从发射端传播到接收端,用
《 四川建材》 +""! 年第 ! 期 , , ,
图 !, 超声波通过有缺陷,非密实钢管混凝土典型波形
上图显示:波的声时长( 声速低) ,首波起点位置不 明显且振幅值相对小,频率低,波在传播过程中能量损失 较大,表明钢管混凝土内部存在轻微缺陷,而钢管混凝土 的缺陷可分为两大类:一是混凝土自身的缺陷,如离析,
图 -, 超声波通过密实混凝土典型波形
蜂窝,裂隙,泥沙夹层,夹泥等;二是钢管内混凝土与钢 管内壁接触不紧密而造成的脱空缺陷。以上二者都可以使 超声波到达接收换能器的时间变长,速度变低,首波振幅 变小,频率降低,但后者的混凝土自身未必有缺陷,有时 上述情况是由混凝土自身缺陷与脱空缺陷共同造成的。要 具体分析使声时变长,振幅变小,频率降低是由哪类缺陷 造成的,还应结合敲击,取芯等方法加以判断。 (- ) 当超声波通过有严重缺陷的钢管混凝土时,将
图 ./, 超声波通过空钢管典型波形一( 钢管直径 !""## )
图 1, 超声波通过有严重缺陷钢管混凝土典型波形
出现如图 1 所示的波形 与图 .0 十分相似,属于非法波,整个波形受沿钢管
图 .0, 超声波通过空钢管典型波形二 (钢管直径 !"" ## )
壁半周长传来的混响信号的严重干扰,沿径向穿过钢管混 凝土复合测距的超声波信号弱于混响信号,说明管内混凝 土与钢管壁大范围胶结不良,声波传播至脱离 (下转第 2 页)
很小。由于所用仪器为非金属
超声波检 测仪,当通过空钢管时,如果适当增加发射电 压,波可能穿透钢管壁在空气中传播,这样就得到了图 ./ 所示的波形,因受到沿钢管壁传播的波的干扰,波形 首波亦不明显,且传播速度比较低,而更多的情况是波全 部沿着钢管壁传播,由于是非金属超声仪且波干扰严重, 仪器将无法采到正确波形,出现如图 .0 所示的非法波形, 可以看到此时声时是负值,这与实际是不符的。
(西南交通大学土木工程学院,成都 "!’’)! ) * * 【摘 * 要】 :本文阐述了超声波检测钢管混凝土的原 理以及在实际检测工程中遇到的各种检测结果及相应的分 析,并且提出了超声波检测钢管混凝土需要注意的一些问 题。 * * 【关键词】 :钢管混凝土;超声波检测;分析与对比 * * 【中图分类号】 :+,(* * * 【文献标识码】 :!" 超声波检测原理 * * 众所周知,波在均匀介质中的传播速度为一常数,根 据费马定律,声波在固体介质中传播,满足所用时间为最 短的条件,当遇到波阻抗差异较大的部位,如混凝土中的 裂隙,会沿着一条最短的途径绕过裂隙( 亦即波的“ 衍 射”或“绕射”现象) 。另外当介质中含有随机分布的不 同阻抗的颗粒,如果颗粒的尺寸小于波长,则声波将被颗 粒反射而散射开来,不再沿着原方 向前进,也 即“散 射 现象” 。 超声波在均匀混凝土 介质中传播的速度基本为一 常 数。在钢管混凝土组合结构中,当钢管与混凝土之间无空 隙存在,混凝土质量良好,且钢管与混凝土厚度给定的情 况下,传播的声时是固定不变的。当钢管与混凝土之间存 在空隙时,由于超声波在空气中的波速远远低于在钢材与 混凝土中的波速,超声波能量在空气中的衰减远远大于在 钢材与混凝土中的衰减,导致传播时间增大,波幅衰减幅 度增大,并且超声波从钢材透射到空气中时,由于传播介 质的改变( 由固体到气体) ,使得声波相位发生变化,测 试波形将会产生畸变。所以,超声波在钢管混凝土中的传 播方式是不同于普通混凝土结构的,在进行钢管混凝土超 声检测时,由发射换能器产生的超声高频振动波,除了沿 钢管传播到接收换能器外,在钢管内混凝土( 断面为圆
!" !" 2-( # 生产配合比的验证 " " 生产配合比验证, 对热料仓的各种集料分别进行筛分和 密度试验, 尽量接近目标配合比设计曲线, 选择最佳油石比 7+, (# 的混合料进行体积分析, 从中选择最优级配和油石 比, 并将选定的结果在拌和楼里进一步确定该配合比的准确 性。 #" !" 2 -( # 沥青路面施工及检测 " " -) 895:;< = 2 >> 沥青混合料的生产配合比尽可能接 近目标配合比的设计, 才能确保目标配合比的设计指标准 确性。在实际应用中控制关键筛孔 +, +3. ’’ 、 /, (! ’’ 、 0, 3. ’’ 的通过量。在抽提试验中以生产 配合比级配为 准, 同时控制油石比的误差范围。在施工现场试验用马歇 尔击实方法来控制, 确保路面的工程质量。 /) 895:;< = 2 >> 沥青沥青混合料拌和过程中, 它的 拌和温度比常规 5) 混合料温度要提高 /+? 左右, 抗滑表 层较 薄, 只 有 0 &’, 混 合料 摊 铺后 温 度下 降 很快, 而且 895:;< = 2 >> 沥青混 合料必须控制 高温碾压 才保证压
图 +, 测点布置示意图
图 ), 超声波通过无缺陷,密实钢管混凝土典型波形
从图中可以看出:波的声时短( 声速高) ,首波起点 位置明显且振幅值大,频率高,在传播过程中能量损失较 小,表明所测区域的钢管混凝土密实均匀,没有缺陷。 (+ ) 当超声波通过有轻微缺陷的钢管混凝土时,其 典型波形如图 ! 所示:
参考 文 献 [- ] " 邵雁, 邓春为, 徐宏武 F 超声 波钢管砼 检测技术 及其在 巫山长江 大桥检 测中的应用 F 矿业安全与环保, /++., !F [/ ] " K;KL/-: /+++ , 超声波检测混凝土缺陷技术规程 F [( ] " 韩林海 F 钢管混凝土结构 F 北京: 科学出版社, /+++F [0 ] " K;KL/-: /+++ , 超声波检测混凝土缺陷技术规程 F
参考 文 献 [- ] " CD+(/ 2 E0F 公路沥青路面施工技术规范 F [/ ] " DCD+./ 2 /+++ F 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 F
)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) (上接第 ! 页) 面时能量衰减较大或根本就无法穿过和绕 (0 ) 当检测矩形钢管混凝土柱子所采波形的波速明 过。 !" 超声波检测钢管混凝土时需要注意的几个问题 显增大,振幅,频率明显偏高且波形十分良好时应分析判 断波是否完全沿着钢管壁传播而没穿过混凝土,若是,则 应重新布置采样点。 [ 0] (. ) 所用钢管的外表面应光洁,无严重锈蚀 。 #" 结" 语 " " 超声波法是目前检测钢管混凝土密实程度和均匀性的 首选方法,超声波检测可以根据合理布设的检测点对钢管 混凝土的密实程度和均匀性进行全面而细致的检测,它可 以检测出钢管混凝土是否存在缺陷,并找出缺陷。在检测 的过程中要注意多种方法的结合,对于检测后可以用小锤 敲击进行复核和补漏。 [ >::/3/-]
[ !] 形)中传播到接收换能器有 & 种方式,如图 ! 所示
时最短,声波能量衰减很小;图 ! ( / ) 是当钢管内壁与 混凝土脱空,超声波首先沿着钢管壁传播,在脱空边缘发 生绕射,再从绕射点沿直线传播到接收端;图 ! ( 0 )是 钢管内因为混凝土的不密实,造成声波的散射现象,声波 的传播途径变成了曲线;图 ! ( 1 )是钢管内混凝土内部 存在空洞现象,且 空洞在声波从发射到接收的传播途径 上,在空洞边缘发生绕射,致使传播时间增大。 目前采用超声波检测钢管混凝土的缺陷主要有首波声 时( 声速) 法、波形识别法和首波频率法。实际检测结 果表明,首波声时法最适于钢管混凝土的检测,故本文简 单介绍一下其测试原理。 首波 声时法:对于 无缺陷钢管混凝 土,如图 ! ( . ) 所示:超声波传播途径有透射和绕射两种传播方式。当透 射声时比绕射声时短时,可以应用首波声时法,超声波在 混凝土中的传播时间 !! 为: !! 2 " # $ 3 式中: "— — —钢管外径; $3 — — —超声波在混凝土中的传播速度。 超声波沿钢管壁半周长传播时间 !$ 为: ! $ 2 !" # $ $ 4 式中: "— — —钢管外径; $4 — — —超声波在钢管中的传播速度。 采用首波声时法判断混凝土质量的前提是: !! 5 !$ 由公式( ! )和公式( $) 可得: ()) ($) (!)
实。在一般的施工机 械吨位和台数满足施工要求的情况 下, 也可以达到压实效果,895:;< = 2 >> 沥青混合料, 要 保证高温才能压实, 这就要求施工单位初压、 复压必须 “紧 跟、 振动、 短距” 压实, 尽可能在 -/.? 前复压完毕。而且摊 铺温度必须大于 -..? @ -!+? 以上才能确保碾压温度。 $" 结" 论 " " 广东番禺迎宾路采用的 895:;< = 2 >> 改性沥青混合 料具有更优良的抗车辙能力和抗滑能力, 而且也有效解决 了路面的渗水问题, 减少了路面的早期水损害, 由于压实混 全料 AB5 增大, 沥青用 量也增 大, 沥青膜 的厚度 得到保 证, 对路面的耐久性更加有利, 该路段竣工后路面平整密 实、 均匀、 美观, 基本不渗水, 通车近 . 年, 调查发现仍保持 完好的路用性能, 达到优良工程的效果。 [ >:: /30. ]
, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 混凝土技术 ! 时,典型波形如图 ) 所示。
圆形和矩形的钢管混凝土柱,圆柱截面直径 !"" ## ,柱 高 ! #。所用仪器为智博联 $%& ’ ()*" 非金属超声检测 仪,本文主要论述圆柱的检测情况,测 点布置如图 + 所 示。 大致会 出 现 以 下 几 种情 况,为了便于分析比较,首先 给出超声波在密实的普通混凝 土柱 和空 钢 管中 的 传播 波形 图,如图 -,图 . 所示。 图 - 表明当超声波通过密 实混凝土 时,波形首 波明显, 振幅值大,频率高,能量损失
实测密度 ( $% &’( ) /, /1+ 实测
空隙率 (# ) ., . 02!
饱和度 (# ) !!, . !+ 2 3.
稳定度 ( )*) 流值 ( +, - ’’ ) 残留稳定度 (# ) -/, / 4 3, . (0, / /+ 2 0+ 1!, 4 1+
表 3" 车辙试验结果 混合料类型 5) 2 -(6 (.++ / (30/ ( ((-3 平均值 (次 % ’’) (./+ 偏差系数 (# ) !, -
( *) 当钢管混凝土所测区域混凝土无缺陷、较密实
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" " " " " " " " " " " " " " " " " " " 《四川建材》 /++! 年第 ! 期
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油石比 ( # ) 理论密度 ( $ % &’ ( ) ., 规范要求 /, 0-%
! 混凝土技术 * * * * * * * *
【文章编号】 :!"#$ % &’!! ($’’" )’" % ’’’( % ’)
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超 声 波 技 术 在钢 管 混 凝 土 检 测 中 的 应 用 郭胤昶,李固华
!! # !$ 2 $$ 4 6 !$3 (&) 钢材的声速 $4 取( #’’7 6 8,从理论上计算,当混凝 土声速 $3 5 ) ")’ 7 6 8 时, !! 9 !$ ,即声波在混凝土中的传 播时间大于沿钢管壁传播的时间,首波声时法失效,但根 据一般工程中钢管混凝土的设计强度要求,当混凝土强度 等级 为 :!’ % :(’ 时,其声 速 $3 的 取值 范围 大致 定为
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