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?shù)葍?yōu)點，普遍地應用于高層（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)造的科學研討、根底理論和設計計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)造設計準繩和施工工藝，為鋼管混凝土的普遍應用奠定了良好的根底。
關于柱芯混凝土的質(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控施工工藝等措施外，另一個重要的辦法就是增強鋼管混凝土實體質(zhì)量的檢驗。在施工過程中，由于工序控制的不嚴，難免會呈現(xiàn)混凝土與鋼管壁脫空、或鋼管內(nèi)的混凝土不密實、呈現(xiàn)蜂窩、離析等質(zhì)量問題的風險。因而,增強對柱芯混凝土完好性的檢驗尤為重要。
目前依據(jù)《鋼管混凝土構(gòu)造設計與施工規(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、標準的規(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，鉆孔的灌漿補強很難滿足與柱芯混凝土等強，存在著毀壞混凝土柱整體性的風險，嚴重會削弱混凝土柱的受力。再有鉆芯法周期較長，費用較高，在鋼管混凝土柱上不易架設鉆芯設備等弊端。
(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)的動搖特性。當混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時，缺陷面構(gòu)成波阻抗界面，波到該界面時，產(chǎn)生波的投射和反射，使接納到的投射波能量明顯降低；當混凝土內(nèi)存在松懈、蜂窩、孔洞等嚴重缺陷時，將產(chǎn)生波的散射和繞射；依據(jù)波的初至抵達時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法和預埋聲測管法。徑向?qū)y是在鋼管混凝土每一環(huán)線上堅持T、R換能器連線經(jīng)過圓心，沿環(huán)向測試，逐點測取聲時、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)和缺陷判別的錯誤。預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應用
超聲波在鋼管混凝土中徑向傳播時間tc與繞鋼管壁半周長傳播時間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會比vg略微小，但接近vg。當tg≤tc時，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，當混凝土的原資料、配合比、內(nèi)部質(zhì)量及測試間隔一定時，超聲波在其中傳播的速度、首波的幅度及接納信號的頻率等聲學參數(shù)的丈量值應根本分歧。假如構(gòu)造混凝土部分區(qū)域內(nèi)存在不密實區(qū)或空泛等缺陷時，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，則所測得分聲時值將偏大，波幅及頻率值降低。測試記載測區(qū)內(nèi)各個測點的超聲波傳播時間、首波幅度和信號頻率等聲學參數(shù)，并記載相應的波形，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]
檢測時運用儀器為武漢巖海公司消費的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，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，使檢測線路經(jīng)過軸心，并與軸向垂直，沿軸向布置兩列，實驗空管時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。關于空管管外對測，有些對測點干擾很大，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)過計算可以辨別首波的對測點的聲速，得出聲速均勻值約為5200m/s。
（2）混凝土對測
現(xiàn)場選取了兩個運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。兩個試塊的齡期均缺乏兩周，隨齡期的增長，強度的增加，規(guī)范試塊聲速將會有一定的進步，因而，兩周以上齡期的鋼管柱內(nèi)混凝土的聲速應不小于此時測得的聲速。
（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，測試時在柱面分別布置對應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，每對測點連線過軸心，構(gòu)成一個環(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 聲時均勻值（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，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，該聲速值應不是鋼管柱內(nèi)混凝土的聲速值，即接納的首波應不是穿透鋼管柱內(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能否有影響是我們所關懷的一個重要問題。我們來剖析這幾根鋼管混凝土柱的實測超聲聲時值：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管壁（各厚50mm，共厚100mm）中傳播的聲時約是19μs；鋼管混凝土柱實測聲時值等于柱內(nèi)混凝土聲時加上聲波在管壁中傳播的聲時（即19μs），即其均勻值為549～594μs，假如我們用鋼管的半周長3140mm來除以這個聲時均勻值，能夠得到聲速為5280～5710m/s，這個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。
鋼管混凝土柱的實測聲時等于超聲波在兩側(cè)鋼管內(nèi)外壁中的傳播時間（19μs）加上在柱內(nèi)混凝土中的傳播時間（530～540μs），因而，三次實測的聲時均勻值約為550～560μs，用鋼管柱的半周長（3.14m）除以上述實測聲時均勻值，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，在工程實踐操作中要依據(jù)詳細的工程特性停止選擇。關于鋼管壁較厚，管壁與混凝土分離不是特別嚴密，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
[1]韓林海.現(xiàn)代鋼管混凝土構(gòu)造技術(shù)[M]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.
[2]中國建立規(guī)范化協(xié)會規(guī)范.鋼管混凝土構(gòu)造設計與施工規(guī)程.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990.
[3]中華人民共和國行業(yè)規(guī)范.建筑基樁檢測技術(shù)標準.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.
[4]中國建立規(guī)范化協(xié)會規(guī)范.超聲波檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.
本文由重慶鋼管架搭建采集
