馬春林

【摘要】當(dāng)前，隨著我國建筑領(lǐng)域發(fā)展腳步的不斷加快，各種不同的施工方法以及工程類型也如雨后春筍般破土而出。作為當(dāng)前階段建筑行業(yè)中的重點(diǎn)施工類型之一，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程受到了較大范圍的關(guān)注，也受到了較大程度的應(yīng)用。為了研究裝配式混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)制作了含有不同類型缺陷的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)用疊合構(gòu)件，并對(duì)試件內(nèi)部缺陷進(jìn)行了基于陣列超聲和電磁波雷達(dá)的無損檢測(cè)方法試驗(yàn)研究。

【關(guān)鍵詞】裝配式建筑;混凝土結(jié)梅;內(nèi)部缺隱;無損檢測(cè)

1、引言

隨著建筑施工工藝的不斷成熟，人們對(duì)于建筑質(zhì)量要求越來越高，因此建筑施工單位對(duì)建筑工程質(zhì)量檢測(cè)工作的重視程度也越來越高。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程指的是提前在工廠制作裝配式混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，然后將其運(yùn)輸?shù)浇ㄖF(xiàn)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行吊裝，從而連接組合成穩(wěn)定建筑物的一種現(xiàn)代化工程方式。相比于傳統(tǒng)的工程類型來說，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程具有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性，既能夠有效增強(qiáng)我國的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也能夠響應(yīng)國家所推出的可持續(xù)性發(fā)展理念。

2、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷無損檢測(cè)試驗(yàn)原理

2.1陣列超聲檢測(cè)

超聲波具有能夠穿透實(shí)體物質(zhì)對(duì)其內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行聲波探測(cè)的功能，而且靈敏度高，對(duì)人體也沒有明顯傷害，所以應(yīng)用范圍十分廣泛。其原理是對(duì)電晶體施加高頻率的電振蕩，然后電晶體就會(huì)受到電壓影響產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)效果，振動(dòng)頻率的高低會(huì)隨著施加的高壓頻率變化而變化，電晶體振動(dòng)會(huì)發(fā)出電波信號(hào)，這種高頻率的電波入耳是聽不到的，但是傳遞到建筑實(shí)體結(jié)構(gòu)當(dāng)中便可以實(shí)時(shí)反映出其內(nèi)部性能特征，從而幫助檢測(cè)人員判斷是否存在結(jié)構(gòu)異常問題。

2.2電磁波雷達(dá)法檢測(cè)

地質(zhì)雷達(dá)作為工程物探檢測(cè)的一項(xiàng)新技術(shù)，具有連續(xù)、無損、高效和高精度等優(yōu)點(diǎn)。地質(zhì)雷達(dá)一般由主機(jī)、天線及配套軟件等部分組成，根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，地質(zhì)雷達(dá)以寬頻帶短脈沖的形式向介質(zhì)內(nèi)發(fā)射高頻電磁波，當(dāng)其遇到不均勻體（界面）時(shí)會(huì)反射部分電磁波，其反射系數(shù)由介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)決定，通過對(duì)雷達(dá)主機(jī)所接收的反射信號(hào)進(jìn)行處理和圖像解譯，分析相位及回波能量、波形的變化，達(dá)到識(shí)別隱蔽目標(biāo)物的目的。

3、試驗(yàn)概況

3.1試件設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)選用的桁架鋼筋混凝土疊合板尺寸為2400mmx2720mmx60mm，板面設(shè)有規(guī)則菱形拉毛，深度為5mm，其余設(shè)計(jì)參數(shù)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)圖集《桁架鋼筋混凝土疊合板（60mm厚底板）》（15G366-1）的要求。在清理掉疏松部分及積灰的疊合板面，通過布置各種物件以模擬不同類型的內(nèi)部缺陷，其中后澆混凝土內(nèi)部孔洞、不密實(shí)等缺陷采用不同直徑的鋼管/PVC管模擬，夾雜缺陷采用不同尺寸的木板/保溫板模擬，預(yù)制混凝土構(gòu)件與后澆混凝土結(jié)合面間的脫空采用不同尺寸的矩形鋼管/空玻璃瓶進(jìn)行模擬。另外，考慮鋼筋對(duì)缺陷的遮擋作用，將部分缺陷布置于鋼筋下方。

3.2試件制作

試件制作流程如下：完成疊合板面缺陷布置，布置雙向分布筋→安裝固定疊合板四邊鋼模，調(diào)整高度以確保后澆層厚度滿足設(shè)計(jì)要求→澆筑混凝土并振搗，然后用刮杠刮平澆筑面→自然養(yǎng)護(hù)7d后拆除模板→繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至28d后進(jìn)行缺陷檢測(cè)。試件具體制作過程見圖1。

4、試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1陣列超聲法試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)試驗(yàn)構(gòu)件內(nèi)部缺陷的位置、大小及類型，確定低頻超聲斷面成像儀的檢測(cè)路徑及測(cè)線布置，其中測(cè)線間距為100mm，測(cè)線1邊距為300mm，測(cè)線18邊距為400mm。測(cè)試參數(shù)方面取彩色增益為20dB，模擬增益為40dB，工作頻率為50kHz，聲速為2550m/s。具體測(cè)試方法如下：1）以后澆混凝土施工面為測(cè)試面，測(cè)點(diǎn)（X1，Y1）為起點(diǎn)，通過低頻超聲斷面成像儀自帶的激光十字標(biāo)將該測(cè)點(diǎn)與傳感器陣列中點(diǎn)相重合;2）使低頻超聲斷面成像儀傳感器陣列緊貼測(cè)試面，按下觸發(fā)鍵開始進(jìn)行測(cè)試，約8s完成超聲波的發(fā)射、采集、數(shù)據(jù)處理及實(shí)時(shí)成像;3）按上述測(cè)試方法，沿檢測(cè)路徑依次順序?qū)y(cè)線上的測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，直至所有測(cè)線上測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集處理完畢;4）將數(shù)據(jù)導(dǎo)入儀器配套后處理軟件IDealviewer，形成試驗(yàn)構(gòu)件測(cè)試范圍內(nèi)的二維斷面及三維仿真虛擬圖像。

試驗(yàn)構(gòu)件經(jīng)各測(cè)點(diǎn)圖像合并而成的主要二維斷面成像試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。圖中由板底與空氣界面反射導(dǎo)致的呈斷續(xù)條帶狀分布的反射效果十分明顯，反射帶中心距離測(cè)試面約150mm，與試驗(yàn)構(gòu)件設(shè)計(jì)厚度相符。

由圖2（a）可見，RES1，W1和W2缺陷位置處的超聲波反射效果比較明顯，缺陷輪廓均符合預(yù)設(shè);P1和P2缺陷位置處的反射效果雖也可分辨，但相較而言其反射強(qiáng)度偏弱，而缺陷輪廓基本符合預(yù)設(shè);GB1缺陷位置處同樣存在偏弱的反射強(qiáng)度，且缺陷輪廓不符合預(yù)設(shè)。

由圖2（b）可見，S3，RES2和RES3缺陷位置處的超聲波反射效果比較明顯，缺陷輪廓均符合預(yù)設(shè)。由于RES2缺陷與RES3缺陷內(nèi)部空隙橫截面面積相差4倍，因此RES2缺陷位置處中心的超聲波反射效果更加明顯;s1和S2缺陷位置處的反射強(qiáng)度與周邊其他部位相比區(qū)分度不高，缺陷輪廓亦無明顯辨識(shí)度，這可能是由于缺陷橫截面為圓形且內(nèi)部空隙偏小，超過儀器的最小缺陷識(shí)別尺寸所致。

由圖2（c）可見，由于保溫板是本次試驗(yàn)中所有構(gòu)成缺陷外部輪廓的材料中密度最小的材料，其與混凝土之間的聲阻抗差異最大，而且所設(shè)XPS1-XPS5缺陷橫截面面積較大，因此超聲波在混凝土與保溫板界面上產(chǎn)生的反射效果十分明顯，缺陷輪廓也符合預(yù)設(shè)。

4.2電磁波雷達(dá)法試驗(yàn)結(jié)果與分析

同樣以試件后澆混凝土施工面為測(cè)試面，將鋼筋混凝土雷達(dá)以一定速度沿著水平及豎向測(cè)線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)并保存所測(cè)數(shù)據(jù)。

其中，測(cè)線間距均為100mm，測(cè)線H1邊距為200mm，測(cè)線H19邊距為400mm，測(cè)線V1邊距為260mm，測(cè)線V24邊距為160mm。試驗(yàn)構(gòu)件各主要二維斷面成像試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3（a）可見，RESI和W1缺陷位置處的電磁波反射效果比較明顯，缺陷位置也符合預(yù)設(shè);通過與正常鋼筋反射山形圖像比較可知，由于GB1缺陷水平投影尺寸較大，其附近鋼筋的反射山形圖像因GB1缺陷的存在而產(chǎn)生可辨的微弱扭曲變形，缺陷位置也符合預(yù)設(shè);P1，P2和W2缺陷位置處的反射效果基本無辨識(shí)度，附近鋼筋的反射山形圖像也不存在受干擾的情況。其中P1和P2可能是由于其本身材質(zhì)及水平投影尺寸偏小所致。

由圖3（b）可見，S1，S2，RES2和RES3缺陷位置處的電磁波反射效果比較明顯，缺陷位置也符合預(yù)設(shè)。由于在水平投影上RES2缺陷尺寸較RES3缺陷尺寸大，RES2缺陷位置處的電磁波反射效果更加明顯，范圍也更大;而S3缺陷位置處的反射效果無明顯辨識(shí)度，這可能是由于該缺陷水平投影尺寸較小且水平投影距離與其上方鋼筋相近，導(dǎo)致兩者的反射山形圖像幾乎重疊，無法分辨所致。

由圖3（c）可見，XPS1，XPS2，XPS3和XPS4缺陷位置處的反射效果比較明顯，缺陷位置同樣符合預(yù)設(shè)。然而，位于鋼筋正下方、水平投影尺寸遠(yuǎn)大于其上方鋼筋水平投影尺寸的XPS5缺陷位置處卻無類似前述缺陷的反射效果，附近鋼筋的反射山形圖像也不存在受干擾的情況。

結(jié)語：

裝配式建筑混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷類型復(fù)雜多樣，對(duì)于同一位置的缺陷，可通過不同斷面的成像結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以此來判斷其位置和尺寸。后續(xù)將在此研究基礎(chǔ)上針對(duì)離析、疏松、裂縫等其他類型的缺陷開展進(jìn)一步的無損檢測(cè)研究校驗(yàn)，希望通過本文試驗(yàn)可以為裝配式建筑混凝土工程施工提供一定幫助，從而促進(jìn)我國建筑行業(yè)的長(zhǎng)效健康發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：

馮春林（1989-），男，漢族，湖南衡陽人，本科，工程師，主要從事工程項(xiàng)目管理工作。