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公路水泥混凝土结构强度检测中无损技术的应用

作者:未知

  摘要:介绍了无损检测基本原理和两种常用无损检测方法,结合实例,对瑞雷面波无损检测方法的具体应用进行深入分析,并通过分析、对比,得出无损检测技术合理可行,结果准确的结论,为这一方法的推广应用提供参考依据,保证检测质量。
  关键词:公路工程;水泥混凝土结构;强度;瑞雷面波
  中图分类号:U415. 1 文献标识码:C
  引言
  对于公路工程水泥混凝土结构,其投入使用后,内部可能因为一些因素的影响产生变化,导致强度下降或产生缺陷。为了不影响正常使用,需要用到无损检测技术。无损检测技术不仅不会对待测结构造成破坏,而且检测结果准确度高,操作简单,可以为后续的结构强度及质量评价,处理方案的制定等提供可靠的参考建议。
  1 无损检测
  无损检测技术作为一种多学科综合检测技术,主要以现代材料学应用物理学等为基础进行发展,而现代电子技术与计算机的科学为其发展提供了较为便捷的使用平台。
  1.1基本原理
  无损检测,还可称之为非破坏性检测,是指在不对构件进行破坏的情况下,对其各项参数进行检测与整体评价,可检测的内容包括受力与耐久性,以此从整体上对构件是否可靠、是否安全、是否适用进行综合判断。这项检测技术包含众多学科知识,相较于传统检测方法,无损检测不仅不会对构件造成破坏,使其保持原有的性能及功能,而且便于操作,结果准确,通过对构件某些特征参数的检测,实现对其整体的检测及鉴定。
  1.2 超声检测
  在目前的公路工程当中,对于水泥混凝土路面等结构,可使用很多种无损检测方法,其中,以超声检测最为常用,技术最为成熟。所谓超声检测,实际上就是向介质持续发射超声波,然后通过对反射波的接收与分析,判断介质实际状况,确认其内部是否存在破损。对介质当中各个位置参数进行测定,进而根据相关公式推算波速,然后根据介质参数和速度之间关系即可对介质性能进行测定,包括弹性模量、抗折强度与抗压强度。此外,这项技术还能对构件或者是结构当中存在的缺陷进行检测,有着十分广泛的适用范围。
  针对水泥混凝土,超声检测就是根据以上原理,将超声波在水泥混凝土介质中传播的特性作为依据,来达到预期的检测目标。然而,会有很多因素对检测造成影响,比如原材料质量、硬化时间、含水率、尺寸、环境和操作方法。就目前而言,相关技术规范提出可结合超声与回弹两种方法进行强度检测,其基本思路为对包含传播速度、碳化深度与回弹代表值等在内的指标进行综合分析,来对结构整体强度进行综合判断。这一方法就是超声回弹法,通过对该方法的应用,能使传播路径上结构强度与硬度等均得以充分反映、体现,克服了单一检测缺陷,从根本上保证检测结果准确度。
  1.3 频谱分析
  所谓频谱分析,实际上就是瑞雷面波法,其对强度的检测主要根据介质当中分析波实际传播过程中具有的频率特性。检测时,无需取样,向结构的表面层施加一定冲击作用,就能得到各种频率条件下的瑞雷面波,再对各种波的实际传播频率进行检测,采用相应的分析方法,即可实现对强度的准确检测。与传统检测方法相比,该方法最大的特点在于反应速度快,是一种无损检测全新途径。
  (1)理论依据
  以波动理论和试验对比结果为依据,可得出水
  泥混凝土结构强度和瑞雷波速之间的关系,可用如
  下回归方程进行表示
  R压= aVbR(1)
  再以水泥混凝土结构抗压与抗折強度具有的关系为依据,构建抗折强度和瑞雷波速之间的关系,可用如下模型进行表示
  R折= 1 /(T + bVcR) (2)
  式(1)、(2)中:a、b、c 表示实验系数,采用线性回归的方法即可得出。
  (2)检测系统
  通过对力锤锤头的适当改变,使震源能够发出各种频率条件下的瑞雷面波,此时可得出各深度情况下的介质波速;以压电加速度计为检波器,使用石蜡将其和粘贴在待测结构表面,选择电荷放大器时应注意,应以低噪音型为主;利用计算机对信号实施采集与分析处理;此外,仪器之间的导线应连接好,且长度不能过大。
  2 公路水泥混凝土结构强度无损检测技术具体应用
  某公路工程路面采用水泥混凝土,设计总长约231. 675 km。按双车四车道标准设计,设计时速100 km/h,路面与路基宽度分别为22. 5 m、26 m。为对路面强度进行准确检测,采用频谱分析的方法进行,现场施加一定锤击作用后,由检波器对垂直方向上的信号进行接收,然后通过采集系统对其进行放大与滤波,完成信号转换后存盘。向相关软件导入采集系统相关数据,通过计算获得瑞雷面波的参数。
  检测过程中,先垫上小铁板,然后使用铁锤对小铁板进行锤击,以测得散射曲线为依据,对检测中需要达到的激发频率进行检测,通常在150 ~300 Hz 范围内。信号采集装置频率通常确定为1 024 Hz。检波器为设于地面对介质发生的振动进行拾取的装置。在强度无损检测过程中,由于正源频率相对较低,通常在200 Hz 左右,所以检波器以中低频式传感器为主,由于它具有很宽的频率范围,所以能对冲击振动产生良好频响特性。除此之外,要注意,在现场应使用石蜡进行粘结,这样既能保证粘结的牢固性,还能有效增强采集能力。相邻检波器之间的距离需要根据路面深度来确定,测试过程中,通常将间距控制在最高频率的2 /3 到2 倍之间。对于整个测试系统,各个仪器间的连结均依靠导线,在连接时,导线应尽可能的缩短,而且不要和其它导线进行混用,选择相同类型的导线,还要避免抖动,否则将对测量的稳定性造成影响,使测量结果产生很大的偏差。
  检测结果见表1。
  以之前介绍的理论为依据,可得出结构抗折强度和瑞雷波速之间的关系,在此基础上,对小梁抗折强度和不同测点对应的波速实施回归分析,即可得出如下所示的方程
  R折= 1 /(0. 124 3 + 0. 028 1V0. 465 1R)(3)
  本公路路面检测数据如表2 所示。由表2 可以看出,结合现场实测数据得出的回归分析方程,对测点的抗折强度及钻芯后取得的抗折强度进行对比,两者相差很少,最大偏差只有0. 26 MPa。另外,需要注意的是,结构强度与瑞雷波速保持的回归关系如果条件不同,则系数可能会有所不同,所以为保证检测结果可靠性与真实性,在正式开始检测以前,需要在检测的现场进行校核。
  结束语
  综上所述,随着市场经济与社会发展的需求,公路桥梁施工面临更加严峻的挑战。为保障公路桥梁施工质量,将无损检测技术与公路桥梁施工相结合,从而提高公路桥梁的稳定运行。本公路工程通过对瑞雷面波无损检测方法的合理应用,成功检测出水泥混凝土结构强度,并且通过与现场钻芯结果之间的对比,瑞雷面波检测结果与钻芯结果极为相近,说明瑞雷面波无损检测方法能准确反映出被检结构强度,准确度高、操作方便,且不会对已经成型的结构造成破坏,是一种理想、高效、合理,值得大范围推广应用的无损检测技术。但为了达到理想的检测效果,需要保证检测过程的规范性,以及数据处理的可靠性。
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  (作者单位:甘肃源蔚试验检测有限公司)
论文来源:《科学与技术》 2019年18期
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