大體積結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量檢測(cè)中聲波法的運(yùn)用論文
摘要:大體積混凝土在施工澆筑過(guò)程中，由于某些原因，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生各種質(zhì)量缺陷。這些質(zhì)量缺陷如果得不到及時(shí)、有效的處理，會(huì)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(cè)方法查明缺陷的空間分布和狀態(tài)，并且進(jìn)行有針對(duì)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(jiàn)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(shí)際應(yīng)用。結(jié)果表明，采用聲波法檢測(cè)混凝土質(zhì)量不僅具有檢測(cè)速度快、成本低的有點(diǎn)，而且其檢測(cè)精度很高。
關(guān)鍵詞:大體積結(jié)構(gòu);混凝土;質(zhì)量檢測(cè);聲波法
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種大體積混凝土得到發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用。然而，混凝土在實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，會(huì)由于多種原因造成內(nèi)部漏筋、蜂窩狀不密實(shí)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(huì)使得整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和耐久力都嚴(yán)重下降。目前，聲波技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)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(cè)當(dāng)中。
1大體積混凝土結(jié)構(gòu)常見(jiàn)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(huì)呈現(xiàn)許多的小凹坑、麻點(diǎn)，但是沒(méi)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(rùn)濕不夠，拼逢不嚴(yán)密，搗固時(shí)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(huì)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(shí)墊塊位移，鋼筋緊貼模板，會(huì)使得混凝土保護(hù)層厚度不夠;其二，保護(hù)層的混凝土振搗不密實(shí)或模板濕潤(rùn)不夠，以致吸水過(guò)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(shí)粗骨料在模板處過(guò)于集中，也會(huì)導(dǎo)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(huì)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(lèi)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(dāng);計(jì)量不準(zhǔn)確造成砂漿少、石子多;混凝土攪拌時(shí)間不夠，或者未攪拌均勻，使得其和易性差;下料不當(dāng)，比如下料過(guò)高，使石子由于未設(shè)串通而造成集中砂漿離析;振搗時(shí)間不夠或漏振，以及模板嚴(yán)重漏漿;鋼筋較密，使用的石子粒徑過(guò)大，或塌落度過(guò)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(méi)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�？锥串a(chǎn)生的最主要原因是混凝土坍落度過(guò)小，振搗不到位。其次，嚴(yán)重漏漿、蜂窩過(guò)大、鋼筋密度過(guò)大使粗骨料集中于鋼筋上部，造成鋼筋下部架空等都會(huì)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(huì)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(lèi)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(shè)計(jì)錯(cuò)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(dāng)，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(dāng)、混凝土摻合料攪和不勻、混凝土攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等，都會(huì)產(chǎn)生干縮裂縫。而且，模板和支撐如果沒(méi)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(méi)辦法頂住澆注時(shí)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(dāng)也會(huì)造成裂縫，比如裝修過(guò)程中集中堆放大量裝修材料等，會(huì)使構(gòu)件尤其是樓板承受過(guò)重的荷載，從而產(chǎn)生裂縫。另外，溫度變化會(huì)導(dǎo)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(yīng)力如果超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)引起小幅度開(kāi)裂，最終產(chǎn)生裂縫。
2超聲波法檢測(cè)原理及工作形式
2．1聲波法檢測(cè)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(guò)程中表現(xiàn)的波動(dòng)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(huì)形成波阻抗界面，當(dāng)聲波到達(dá)該界面時(shí)，產(chǎn)生的波的透射和反射會(huì)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(yán)重缺陷，就會(huì)產(chǎn)生波的散射和繞射。根據(jù)波的到達(dá)時(shí)間和能量衰減特征以及波形畸變程度等，能夠獲得測(cè)區(qū)范圍混凝土的密實(shí)度參數(shù)。測(cè)試及記錄不同側(cè)面、不同高度上的超聲波動(dòng)特征，經(jīng)過(guò)處理分析就能判別測(cè)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(duì)總體混凝土結(jié)構(gòu)的均質(zhì)性和完整性作出評(píng)價(jià)。
2．2聲波法的檢測(cè)形式
(1)平測(cè)，也叫普查，發(fā)射和接收換能器分別置于兩聲測(cè)管的同一高度，將收發(fā)換能器以相同步長(zhǎng)向上提升，自下而上地進(jìn)行水平檢測(cè)。為了確定異常部位的縱向范圍，必要時(shí)要進(jìn)行加密平測(cè);(2)斜測(cè)，讓發(fā)、收換能器保持一定的高差，同步升降進(jìn)行測(cè)試，要注意保證其在聲測(cè)管中保持相同的步長(zhǎng)。斜測(cè)能探測(cè)出局部缺陷和縮徑，也可以專(zhuān)測(cè)管附著泥團(tuán)、層狀缺陷等;(3)扇測(cè)，扇測(cè)一般在斜測(cè)范圍受限時(shí)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(dòng)，另一只逐步移動(dòng)，讓測(cè)線呈扇形分布。這個(gè)時(shí)候只能根據(jù)相鄰測(cè)點(diǎn)幅值的突變來(lái)判斷是否有異常，因?yàn)殡m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(cè)中的具體應(yīng)用
3．1探測(cè)混凝土缺陷的分布
在混凝土施工過(guò)程中，有時(shí)候采用鉆孔取芯或壓水試驗(yàn)等方法對(duì)混凝土大壩的澆筑質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)鉆孔之間相互滲水的問(wèn)題，這說(shuō)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(jìn)行單孔聲波測(cè)試和跨孔聲波測(cè)試。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完整結(jié)構(gòu)的混凝土的波速應(yīng)該不低于4440m/s，如果混凝土波速達(dá)不到這個(gè)速度，說(shuō)明存在質(zhì)量缺陷。
3．2分層測(cè)試
有些抽水蓄能電站大壩作為碾壓混凝土重力壩，需要進(jìn)行定期的安全檢查。根據(jù)混凝土強(qiáng)度與波速的關(guān)系，采用單孔聲波法進(jìn)行測(cè)試，并作出高程與波速曲線圖，一般而言，混凝土標(biāo)號(hào)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(yīng)為碾壓混凝土層，波速的波動(dòng)范圍略大;若高程在258m以下，就是基巖了，波速能達(dá)到4500m/s。通過(guò)制圖能很好地反應(yīng)各層之間的界面。
3．3混凝土與基巖膠結(jié)質(zhì)量檢測(cè)
為了評(píng)價(jià)建筑物比如某大壩基巖與混凝土的膠結(jié)質(zhì)量，可以進(jìn)行聲波CT測(cè)試。有大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，完整混凝土的波速應(yīng)該在3600－3900m/s左右，膠結(jié)面上部波速應(yīng)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(wú)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(yǔ)
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?chē)|(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(zhǔn)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(cè)效果準(zhǔn)確、效率高，是一個(gè)很好的發(fā)展方向。
參考文獻(xiàn):
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