重慶鋼管架搭建淺談鋼管混凝土柱柱芯混凝土質(zhì)量檢測
鋼管混凝土柱因其承載力高，普遍應(yīng)用于超高層、大跨度建筑物中。鋼管混凝土柱柱芯混凝土質(zhì)量對其受力有著較大的影響，因而，增強(qiáng)柱芯混凝土質(zhì)量控制尤為重要。目前對柱芯混凝土質(zhì)量的檢驗(yàn)辦法有敲擊法、鉆芯法和超聲波法等。本文經(jīng)過比擬這幾種檢測辦法的利害，以為超聲波法關(guān)于柱芯混凝土質(zhì)量檢測具有較好的適用性。
一
概述
鋼管混凝土具有承載力高、抗震高、塑性和韌性好、制造和施工便當(dāng)?shù)葍?yōu)點(diǎn)，普遍地應(yīng)用于高層（超高層）、橋梁和大跨度空間等建筑物的受力體系中。[1]并且鋼管混凝土構(gòu)造的科學(xué)研討、根底理論和設(shè)計(jì)計(jì)算等也得以絕后的開展和完善。目前，已樹立了較為成熟的構(gòu)造設(shè)計(jì)準(zhǔn)繩和施工工藝，為鋼管混凝土的普遍應(yīng)用奠定了良好的根底。
關(guān)于柱芯混凝土的質(zhì)量控制，除了優(yōu)化混凝土配合比、選擇合理的澆筑方式和嚴(yán)控施工工藝等措施外，另一個(gè)重要的辦法就是增強(qiáng)鋼管混凝土實(shí)體質(zhì)量的檢驗(yàn)。在施工過程中，由于工序控制的不嚴(yán)，難免會(huì)呈現(xiàn)混凝土與鋼管壁脫空、或鋼管內(nèi)的混凝土不密實(shí)、呈現(xiàn)蜂窩、離析等質(zhì)量問題的風(fēng)險(xiǎn)。因而,增強(qiáng)對柱芯混凝土完好性的檢驗(yàn)尤為重要。
目前依據(jù)《鋼管混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（CECS28:90）第7.4.9條、《建筑構(gòu)造檢測技術(shù)規(guī)范》（GB/T50344-2004）第7.4.5條和《超聲波檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》（CECS21：2000）第10.2.5條等現(xiàn)行的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)則，柱芯混凝土的質(zhì)量檢測有敲擊法、鉆芯法和超聲波法（徑向?qū)y和埋管超聲波法）等辦法。
二
幾種檢測辦法的利害
(1)敲擊法
敲擊法適用于普查柱芯混凝土質(zhì)量，完整憑技術(shù)人員的技術(shù)及經(jīng)歷,受客觀要素影響大[1][2]。敲擊法缺乏理論根據(jù)和可供存檔的材料,不便于施工技術(shù)管理及質(zhì)量檢測技術(shù)管理。并且關(guān)于壁厚較大的鋼管混凝土柱，敲擊法很難停止精確判別。因而，它只能作為一種輔助檢測手腕。
(2)鉆芯法鉆芯法是在已成形的柱芯混凝土上鉆孔抽芯，經(jīng)過鉆取的芯樣的質(zhì)量情況判別柱芯混凝土的質(zhì)量。鉆芯法只是一“孔”之見[3]，不能綜合判別整個(gè)混凝土的質(zhì)量狀況，局限性較大。而且鉆孔的直徑較大，鉆孔的灌漿補(bǔ)強(qiáng)很難滿足與柱芯混凝土等強(qiáng)，存在著毀壞混凝土柱整體性的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重會(huì)削弱混凝土柱的受力。再有鉆芯法周期較長，費(fèi)用較高，在鋼管混凝土柱上不易架設(shè)鉆芯設(shè)備等弊端。
(3)超聲波法混凝土內(nèi)部性能的無損檢測辦法主要有超聲波、紅外線法、沖擊回波法、雷達(dá)法、聲發(fā)射法、微波法和光纖傳感等。超聲波法主要用于混凝土強(qiáng)度和缺陷檢測等。[4]
超聲波法檢測混凝土質(zhì)量完好性的根本原理是[4]：由超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)激起高頻彈性脈沖波，并用高精度的接納系統(tǒng)記載該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的動(dòng)搖特性。當(dāng)混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時(shí)，缺陷面構(gòu)成波阻抗界面，波到該界面時(shí)，產(chǎn)生波的投射和反射，使接納到的投射波能量明顯降低；當(dāng)混凝土內(nèi)存在松懈、蜂窩、孔洞等嚴(yán)重缺陷時(shí)，將產(chǎn)生波的散射和繞射；依據(jù)波的初至抵達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特性、頻率變化及波形畸變水平等特征，能夠取得測區(qū)范圍內(nèi)混凝土密實(shí)度參數(shù)。測試記載不同側(cè)面、不同高度上的超聲波特征，經(jīng)過處置剖析就能判別測區(qū)內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、大小和空間位置，以及各測區(qū)混凝土質(zhì)量平均性的相對散布。
超聲波檢測鋼管混凝土柱柱芯混凝土質(zhì)量有兩種辦法：徑向?qū)y法和預(yù)埋聲測管法。徑向?qū)y是在鋼管混凝土每一環(huán)線上堅(jiān)持T、R換能器連線經(jīng)過圓心，沿環(huán)向測試，逐點(diǎn)測取聲時(shí)、波幅和主頻。
徑 向?qū)y法請求管壁與混凝土之間膠結(jié)良好，否則聲波在管壁與混凝土之間存在的空氣介質(zhì)處產(chǎn)生反射或繞鋼管壁傳播，招致檢測數(shù)據(jù)和缺陷判別的錯(cuò)誤。預(yù)埋聲測管檢測范圍有一定的限制，只能檢測聲測管內(nèi)部混凝土的質(zhì)量，不能檢測柱管壁與內(nèi)部混凝土以及橫向加勁板間混凝土的分離狀況，同時(shí)由于檢測對混凝土齡期的請求形成對工程工期也有很大的影響。檢測預(yù)留下空管對鋼管混凝土柱的受力也有一定的削弱，需求停止灌漿處置。
三
超聲波對測法在工程中的詳細(xì)應(yīng)用
超聲波在鋼管混凝土中徑向傳播時(shí)間tc與繞鋼管壁半周長傳播時(shí)間tg為：
式中d——鋼管壁厚；
R——鋼管內(nèi)半徑；
vg——超聲波在鋼中的傳播速度；
vc——超聲波在混凝土中的傳播速度；
vr——超聲波繞鋼管壁的傳播速度。
普通狀況下，vr會(huì)比vg略微小，但接近vg。當(dāng)tg≤tc時(shí)，將對我們的檢測結(jié)果形成極大的干擾，招致檢測誤判和失敗。在滿足tg＞tc的狀況下，由超聲儀經(jīng)過發(fā)射換能器向混
凝土內(nèi)發(fā)射超聲脈沖波，超聲脈沖波在混凝土中內(nèi)傳播過程中，當(dāng)混凝土的原資料、配合比、內(nèi)部質(zhì)量及測試間隔一定時(shí)，超聲波在其中傳播的速度、首波的幅度及接納信號(hào)的頻率等聲學(xué)參數(shù)的丈量值應(yīng)根本分歧。假如構(gòu)造混凝土部分區(qū)域內(nèi)存在不密實(shí)區(qū)或空泛等缺陷時(shí)，便毀壞了混凝土的整體性，超聲脈沖波只能繞過空泛或蜂窩傳播到接納能器，將產(chǎn)生波的散射和繞射，則所測得分聲時(shí)值將偏大，波幅及頻率值降低。測試記載測區(qū)內(nèi)各個(gè)測點(diǎn)的超聲波傳播時(shí)間、首波幅度和信號(hào)頻率等聲學(xué)參數(shù)，并記載相應(yīng)的波形，依據(jù)這些參數(shù)的相對變化，斷定混凝土中的內(nèi)部缺陷狀況。[4]
檢測時(shí)運(yùn)用儀器為武漢巖海公司消費(fèi)的RS-ST01D(P)數(shù)字型跨孔超聲檢測儀；發(fā)射、接納主要采用30kHz厚度振動(dòng)換能器，儀器在檢定期內(nèi)。
（1）鋼管對測
在沒有吊裝的鋼管柱的鋼管頭部沒有經(jīng)過涂層處置部位（即焊接位），管壁內(nèi)外對稱布置點(diǎn)位，檢測沒有涂層處置的鋼管的超聲聲速；然后，同樣在經(jīng)過涂層處置的部位布點(diǎn)，檢測有涂層處置的鋼管的超聲聲速；最后，在對稱的管外對稱布點(diǎn)，使檢測線路經(jīng)過軸心，并與軸向垂直，沿軸向布置兩列，實(shí)驗(yàn)空管時(shí)超聲波繞管壁的傳播。
在理想狀態(tài)下，主頻30kHz的超聲波在鋼中的聲速值約5800m/s，各個(gè)工程選用的鋼管材質(zhì)不同，鋼管外表涂層處置不同，因而，實(shí)測的聲速普通沒有這么高。在鋼管無涂層處置部位測得的超聲波聲速均勻值為5612m/s，由于管壁不是很厚，因而測得的聲速有一定的誤差。在鋼管有涂層處置部位測得的超聲波聲速均勻值為5376m/s，同樣管壁不是很厚，因而測得的聲速也有一定的誤差。由以上兩種狀況下的測試結(jié)果比照可知，鋼管的涂層處置對超聲波聲速有一定的影響，超聲波穿過涂層后，聲速和主頻均有不同水平的降低。關(guān)于空管管外對測，有些對測點(diǎn)干擾很大，首波較難辨別，測試是同組人同條件操作，掃除人為影響，揣測是邊境條件影響所致。經(jīng)過計(jì)算可以辨別首波的對測點(diǎn)的聲速，得出聲速均勻值約為5200m/s。
（2）混凝土對測
現(xiàn)場選取了兩個(gè)運(yùn)用柱芯同條件混凝土制造的規(guī)范試塊，測試的聲速均勻值是4613m/s。兩個(gè)試塊的齡期均缺乏兩周，隨齡期的增長，強(qiáng)度的增加，規(guī)范試塊聲速將會(huì)有一定的進(jìn)步，因而，兩周以上齡期的鋼管柱內(nèi)混凝土的聲速應(yīng)不小于此時(shí)測得的聲速。
（3）工程中鋼管混凝土柱的對測
鋼管混凝土柱測試中鋼管的直徑均為2000mm，鋼管壁厚50mm。測試的軸向范圍為1.50m，測試時(shí)在柱面分別布置對應(yīng)測試用的圓周長均分的32列的垂線及相隔200mm的環(huán)向線，環(huán)向線垂直于軸線，垂線平行于軸線，每對測點(diǎn)連線過軸心，構(gòu)成一個(gè)環(huán)向網(wǎng)格（結(jié)果見表1）。
表1 4根鋼管混凝土柱徑向?qū)y結(jié)果
柱號(hào) 聲時(shí)均勻值（μs） 測距（mm） 聲速均勻值（m/s） 波幅均勻值（dB） 頻率均勻值（kHz） 備注
1 526 1900 3609 73.2 27.0 在檢測過程中發(fā)現(xiàn)，焊縫兩側(cè)的兩行對測點(diǎn)，干擾變大，不利于首波的辨別，經(jīng)查施工材料，發(fā)現(xiàn)焊縫上下位置繞管口部位有增強(qiáng)功用的耳板，闡明其影響超聲波的傳播。
2 568 1900 3341 84.0 25.7
3 546 1900 3476 88.3 26.1
4 575 1900 3304 82.2 26.2
由表1檢測結(jié)果能夠看出：被檢測的鋼管柱內(nèi)混凝土均勻聲時(shí)值在530～575μs之間，即均勻聲速值在3300～3600m/s之間，顯然與測試柱芯同條件規(guī)范試塊所得到的混凝土聲速值（≥4600m/s）相差很遠(yuǎn)，該聲速值應(yīng)不是鋼管柱內(nèi)混凝土的聲速值，即接納的首波應(yīng)不是穿透鋼管柱內(nèi)混凝土的初至波。
在鋼管混凝土柱超聲波法管外對測檢測工作中，沿鋼管壁傳播的超聲波信號(hào)能否有影響是我們所關(guān)懷的一個(gè)重要問題。我們來剖析這幾根鋼管混凝土柱的實(shí)測超聲聲時(shí)值：前面有涂層處置的鋼管內(nèi)外壁對測得到的聲速約5376m/s，能夠得出超聲波在兩個(gè)管壁（各厚50mm，共厚100mm）中傳播的聲時(shí)約是19μs；鋼管混凝土柱實(shí)測聲時(shí)值等于柱內(nèi)混凝土聲時(shí)加上聲波在管壁中傳播的聲時(shí)（即19μs），即其均勻值為549～594μs，假如我們用鋼管的半周長3140mm來除以這個(gè)聲時(shí)均勻值，能夠得到聲速為5280～5710m/s，這個(gè)聲速值與我們前面測試的各種狀況下鋼管的聲速值很相近的。因而，我們揣測:檢測混凝土柱接納到的首波可能為超聲波沿鋼管壁傳播的。不是經(jīng)過柱內(nèi)混凝土徑向傳播的。這種狀況可能是柱內(nèi)混凝土收縮與管壁構(gòu)成一定的縫隙，超聲波遇到縫隙后能量衰減過大波形畸變形成不能有效分辨。假如縫隙過大，超聲波將不能穿透。
為了探求混凝土齡期能否對測試結(jié)果有影響，我們比擬了17號(hào)柱3d，7d和14d的超聲波對測聲速，見表2。
表2 不同混凝土齡期徑向?qū)y結(jié)果
齡期（d） 聲時(shí)均勻值（μs） 測距（mm） 聲速均勻值（m/s） 波幅均勻值（dB） 頻率均勻值（kHz）
3 538 1900 3533 93.2 26.4
7 530 1900 3585 91.0 26.0
14 536 1900 3541 93.5 27.4
思索到每次檢測中呈現(xiàn)的不肯定要素影響，能夠以為三次檢測結(jié)果根本相同，這種狀況下測試得到的聲時(shí)均勻值為530～540μs，換算成沿柱內(nèi)混凝土徑向傳播的超聲波聲速均勻值為3530～3560m/s，而鋼管柱內(nèi)混凝土規(guī)范試塊的速均勻值約為4600m/s，兩者相差較大。
鋼管混凝土柱的實(shí)測聲時(shí)等于超聲波在兩側(cè)鋼管內(nèi)外壁中的傳播時(shí)間（19μs）加上在柱內(nèi)混凝土中的傳播時(shí)間（530～540μs），因而，三次實(shí)測的聲時(shí)均勻值約為550～560μs，用鋼管柱的半周長（3.14m）除以上述實(shí)測聲時(shí)均勻值，可得聲速均勻值為5600～5700m/s，接近以前在鋼管內(nèi)外壁直接對測的聲速值為5300～5700m/s，因而揣測：檢測混凝土柱接納到的首波可能為超聲波沿鋼管壁傳播的，不是經(jīng)過柱內(nèi)混凝土徑向傳播的，這可能是由于直徑大、管壁厚、構(gòu)造復(fù)雜等緣由形成。
四
結(jié)論
鋼管混凝土柱柱芯混凝土質(zhì)量檢測的幾種檢測辦法都有各自的利害和適用范圍，在工程實(shí)踐操作中要依據(jù)詳細(xì)的工程特性停止選擇。關(guān)于鋼管壁較厚，管壁與混凝土分離不是特別嚴(yán)密，有一定縫隙的鋼管混凝土柱柱芯混凝土的質(zhì)量徑向?qū)y標(biāo)明超聲波是沿鋼管壁傳播，不能穿透柱芯混凝土，因而對其質(zhì)量控制不宜采用徑向?qū)y的辦法，最好選用埋管超聲波的辦法。
參考文獻(xiàn)
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本文由重慶鋼管架搭建采集
