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    多介质条件下混凝土缺陷的无损检测研究

    时间:2019-05-07    作者:孙沫然,尚静媛,徐杰,石万龙     

      引言

      相较于传统检测,无损检测技术不仅能不损伤检测对象,且检测结果更为全面,因为检测是非破坏性的,在必要时,可对检测对象进行100%的全面检测,这是传统检测方法所不能办到的[1]。免拆钢模板剪力墙由于自重轻,施工速度快,整体性好等优点,在结构工程中受到了较大的关注,但是由于钢模板为结构的一部分,造成了无法按照常规方法对模板内部混凝土施工质量进行观察与测试,施工质量难以得到保障。目前尚未存在能够有效表征这种多介质条件下内部混凝土缺陷的无损检测方法。

      目前常见的无损检测有人工敲击法、X射线分析法、渗透探伤法、雷达法、冲击回波法、超声透射法、红外热像法。人工敲击法不需要专业的设备,但是无法得出测试数据,不能准确判断缺陷是否存在[2],X射线分析法所用设备昂贵,可以直观表征钢结构的缺陷,但是对于混凝土并没有较好的检测效果,渗透探伤技术仅适用于表面缺陷的表征,无法表征内部混凝土质量。雷达法是采用电磁波射入待测物,通过反射判定缺陷[3],但钢板为金属,电磁波在金属表面即发生反射,因此雷达法不适用;冲击回波法,是采用机械波射入待测物,通过反射波来反馈缺陷,但冲击回波法的机械波波长较大,不适用于小构件,适用于路面、底板的检测[4]。

      对于超声透射法,超声波穿过介质后声时、振幅、频率等性质都会发生变化,超声检测法即是依靠这些变化情况来推断被测物内的缺陷状况[5]。超声波通过含有缺陷的钢管混凝土时,传播时间会增大,比较无缺陷和有缺陷的钢管混凝土检测结果,就可以分析判断出内部是否存在脱空缺陷[6]。常有的测试方法大致分为平测法、对测法、斜测法[7]。红外热相法则可以通过表面形成的温差对内部缺陷进行反馈[8]。因此这种方法从理论上能够对内部缺陷情况进行有效的反馈。

      本文采用了超声透射法与红外热像法对多介质条件下内部混凝土缺陷的可行性进行了进一步探究。

      1 实验设计

      1.1超声透射法

      对于超声检测,在实验室中进行了制样模拟,分别模拟了缺陷类型,缺陷尺寸与缺陷深度对超声法检测结果的影响。如图2-1与2-2所示试样制备采用150mm×150mm×150mm立方体试块制备采用电钻采用不同直径钻头制备圆柱形缺陷及掉角缺陷后粘贴3mm金属板制成。试样具体设置如表2-1所示。

    图2-1 缺陷制备

    图2-2粘贴金属板

      表2-1 试样缺陷设置

    试样编号试样组成缺陷类型缺陷尺寸缺陷深度
    G-1金属板+C50+金属板///
    G-2空洞Φ2025
    G-3空洞Φ2050
    G-4橡塑Φ2025
    G-5橡塑Φ2050
    g-1空气+掉角Φ3025

      为避免试块本身对测试结果造成影响,在制备前对用于本次试样制备的试块抽样后进行了超声分析,设备选用经检定的NM-4A非金属超声仪。试验结果见表2-2,抽取样品声时基本一致,排除了试块本身的影响。表中A组用于制备g-1;B组用于制备G-2、G-3;C组用于制备G-4、G-5。在试样制备完成后,采用对测法在缺陷与正常非缺陷处进行多次测试,对测试结果求取平均值。

      表2-2 空白混凝土试块声时

      1.2红外热像法

      进行红外法需要通过表面温度的差异来反馈内部缺陷问题,因此为了制造与室内空气的温差,本次试验将砂放入105℃烘箱先进行充分加热,取出砂进行搅拌,使砂温度均匀,再将加热后的砂放入150mm×150mm×150mm的试模,取一个30mm×30mm×20mm的用于模拟缺陷的模塑板埋置在砂子表面,将金属板(铝板和铁板)盖在上面。分别在10s、20s、30s、40s采用T610型红外热像仪进行拍摄。

      2 结果与讨论

      2.1超声透射法

      实验结果汇总表见表3-1所示,从表中可以看出,各个试块的正常部位相对于同一个试块缺陷部位,其声速值均较高,超声法已将缺陷定性的表征了出来。掉角缺陷存在时,由于界面的增多,导致传播声时明显升高。

    图3-1缺陷深度影响

      为分析不同因素的影响,进行了作图分析。首先对比G-2组G-3组和G-4组G-5组,可以得出在相同部位缺陷尺寸相同的情况下,缺陷的深度越深,声波传播的时间越长,波速越小;

    图3-2 缺陷尺寸的影响

      而再将G-2、G-4、g-1的声速对比,可以得出在缺陷的深度相同的情况下,缺陷的尺寸越大,声速越小。

      表3-1测试结果

      通过以上实验室试验结果可知,存在缺陷时,超声测试结果能反馈出缺陷的存在,且随缺陷尺寸,缺陷深度的增大,声速值会随之减小。

      2.2红外热像法

      本次实验中相关介质的导热系数分别为铝板237 W/M·K、铁板81.1 W/M·K、空气0.024W/M·K、混凝土1.28 W/M·K,铝板导热系数>铁板,金属材质导热系数远大于混凝土和空气。

      图3-3盖铝板试样  

                     图3-4盖铁板试样

      首先对比加盖铝板与加盖铁板试件的效果。图3-3为加盖铝板试样,其表面温度较为均匀,图3-4为加盖铁板试件,加盖铁板试件由于模塑板的存在,出现了一个明显的冷点,金属铝的导热系数远大于金属铁,热量扩散的越快,使得表面温度更快的趋于平衡状态,无法形成明显的温差,因此左图由于铝板表面热量扩散太快缺陷不太明显。

      图3-5盖金属板后10s

                      图3-6 盖金属板后20s

      图3-7盖金属板后30s    

                  图3-8 盖金属板后40s

      再对比加盖铁板不同时间的效果。图3-5、3-6、3-7、3-8分别为加盖铁板后10s、20s、30s、40s拍摄的图像,随着热量传递时间的增加,砂子的热量传递给铁板,而泡沫阻碍了砂子热量的传递,使得两者之间的温差很大,在红外热图像上面出现了明显的冷点。

      出现上述现象的原因是由于金属的导热系数比较大,热量高的地方向低的地方扩散,在图像上表现为亮的地方向暗的地方扩散,图3.0缺陷边缘处出现模糊,即所以随时间增加,金属表面的温度逐步均匀。即对存在一种最佳的热激励状态。

      3 结论

      a通过实验室采用超声与红外方法的试验,均表明了这两种方法对于标准钢板内部缺陷具有可行性;

      b存在缺陷时,超声测试结果能反馈出缺陷的存在,且随缺陷尺寸,缺陷深度的增大,声速值会随之减小;

      c当采用红外热像法表征混凝土缺陷时需要达到与环境相适应的热激励条件。

      参考文献

      [1]  张富文.便携式X射线技术检测套筒灌浆密实度研究[J].施工建筑,2017,17(1):12-13.

      [2]  向勇.钢管混凝土拱肋管内混凝土质量评定方法研究[D].重庆交通大学,2012.

      [3]  Qi C,Ping Y,Lu W,et al.Test analysis of key technology in ultrasonic defect detection of concrete

      filled steel tube[J].Building Structure,2011,(3):19-23.

      [4]  陈旭东,韦人伟,汪秀娟等.无损检测技术在套筒灌浆密实度检测中的应用研究[J].兰州工业学院学报,2017,24(2):49-53.

      [5]  曾昭发,刘四新,冯晅.探地雷达原理与应用.电子工业出版社,2010.

      [6]  侯高峰.冲击回波法检测技术现状与发展[J].工程与建设,2016,30(06):802-805.

      [7]  黄双杰,徐守彬.超声波检测混凝土构件缺陷类型试验研究[J].四川建筑科学研究,2010,8(5):160-163.

      [8]  王汝琳,王永涛.红外检测技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2006.



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