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钢管混凝土内部浇筑质量检测方法
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内容提示：结合实际施工过程,简要介绍了混凝土直接浇筑到钢管内部并自然养护会产生的各种缺陷,同时归纳了钢管混凝土的内部浇筑质量的检测方法,在理论分析的基础上,对各种检测方法进行了对比研究,提出音频检测法作为一种新型方法可以大规模的推广使用。
1 概述
钢管混凝土具有自重小、承载能力高、制作和施工方便等众多特点,现广泛的应用于高层(超高层)、桥梁和大跨度空间等建筑物的受力体系中。但在施工过程中[1],由于工序控制得不严,难免会出现混凝土与钢管壁脱空或钢管内的混凝土不密实,出现蜂窝、离析等质量问题的风险。因此,对加强钢管混凝土完整性的检验尤为重要。（参考《建筑中文网》）
2 钢管混凝土缺陷情况
1)局部混凝土密实度差。由于施工时混凝土是在无振捣,无外压力情况下靠自落填满钢管,造成钢管底端混凝土中粗骨料集中,而钢管顶端往往砂浆较多,骨料较少,形成钢管上下两端的混凝土骨料不均匀,造成局部密度差,抗压强度低。
2)蜂窝离析。由于施工时混凝土的配比不合适,使水泥浆与粗骨料分离或靠混凝土自重使得填充不够密实,容易产生蜂窝离析现象。有时钢管中的空气不能畅顺排出孔外,使得空气混充于混凝土中则产生很多小的孔洞,小孔洞集中时则易产生蜂窝。
3)孔洞。施工中选料不细致,混凝土中出现大的砾石,在无振捣的情况下,大砾石附近容易出现孔洞;有时钢管壁内有障碍物使得混凝土塌落不畅或受阻则更易出现孔洞现象。
4)钢管壁与混凝土之间的收缩间隙。此类问题普遍发生在钢管混凝土结构中,其严重程度取决于施工方法以及混凝土配比。以坍落度大及收缩性大的混凝土尤甚。但即便是和易性再好的混凝土,随着灌注后时间的推移也会或轻或重地产生此类缺陷,目前,这种钢管壁与混凝土之间的收缩间隙给予钢管混凝土结构本身的影响程度仍在深入的研究中。
3 现有检测方法
目前我国《钢管混凝土结构设计与施工规程》和《建筑结构检测技术标准》及《超声波检测混凝土缺陷技术规程》等现行的标准已经对钢管混凝土的内部质量如何进行检测给出了一些具体的做法。目前国内外应用较为广泛的检测钢管混凝土内部质量方法主要有敲击法,超声波检测法,射线检测法等。
3.1 敲击法
工地上最常用的混凝土质量检验方法就是敲击法,通过声音来分辨管内混凝土是否密实。有时会听到钢管柱与混凝土之间有空隙的声音,说明二者之间有空隙。此法确实基于经验来进行判断,且不能够真正的得出混凝土与钢管之间的空隙大小和分布范围,随机性较强,因此建议作为辅助性检测手段。
3.2 超声波检测法
超声波检测法[2-5]:超声波的测试频率一般是在40Hz~100Hz之间,当其通过钢管混凝土时,钢管与混凝土和空隙对其速度、振幅、波形等会产生不同的影响,这就会在显示仪器上表现出来,对比无缺陷的钢管混凝土各种标定,从而确定管内混凝土的状况和质量。
超声波检测钢管混凝土质量主要有以下三种方式:首波声时法、波形识别法和首波频率法。超声波检测法在实际工程中已经推广,也得到了比较成熟的理论与经验,但是也有一些问题尚未解决,如不能确定缺陷的性质、易受人工操作的影响。而且对于钢管混凝土内钢隔板与混凝土之间的质量检测问题,尚未有很好的解决办法。
3.3 射线检测法
射线检测是基于被检测件对透入射线的不同吸收来检测零件内部缺陷的检测方法。目前主要是X射线照相检测技术等。X射线照相检测根据射线穿过不同材料时衰减量不同引起透射射线强度的变化,而呈现不同的影像,从而检测出被测物体中存在的缺陷。其特点在于检测效率高,可实现缺陷的在线检测,且图像处理以后可进行缺陷的自动评定。该方法缺点在于发现垂直射线方向的薄层缺陷,检测费用较高,同时射线对人体模型有害,需作特殊防护。
4 钢管混凝土缺陷音频法对比研究
4.1 音频检测法定义与原理[7]
对比以上较为成熟的检测方法,可以发现,这些方法虽然都有自己的适用范围,但是其缺点也较为明显,为此特别需要对现有的检测方法进行改进或者提出新的方法。目前有另外一类的钢管混凝土无损检测方法:音频检测法。
由于每种工件都有其固定的弹性模量与共振频率特征,当工件受到激励产生自由振动时就会发出与固有频率相同的声音,而工件的弹性模量、共振频率等特征与其内部质量有关,当构件有缺陷时,其固有特性就会发生变化。由此可以通过测定工件在外界激励下振动的音频参数(固有频率与内耗)来检测和评价工件的内部质量,这就是音频检测。
机械振动会引起声辐射,在物体振动时,引起周围空气质点振动,由于空气具有可压缩性,在质点相互作用下,振动物体周围的空气就交替产生压缩与膨胀,并逐渐向外传播产生声波,声波由换能器转换为电信号,即可对该电信号进行测量和分析。
4.2 音频检测的工作对象与目的
音频检测的对象为钢管混凝土柱、梁、节点等部件。主要目的是检测出存在于钢管混凝土构件中出现的局部混凝土密实度差、孔洞、钢管壁与混凝土之间的收缩间隙等问题,并确定其分布情况与大小。
4.3 音频检测设备概念设计
音频检测法中最重要的就是有一套可靠、合理、方便的音频检测系统。参考国内外相关文献,其大致主要分成激励源、构件、音频传感器、信号调理线路、声卡、计算机采集处理、结果显示几个构成部分。
4.4 音频检测法主要步骤
从实际操作角度,音频检测法主要由以下步骤组成:1)初步判定可能存在有缺陷的钢管混凝土构件(利用锤击法等经验方法)。2)对初判的构件借助音频检测系统对构件进行激励,数据采集与处理,显示与打印等工作。3)利用传统的检测方法,对个别较为重要或存在争议构件进行复查,结果相互对比,以进一步确认。4)利用检测数据,确定缺陷的位置、大小、性质等情况。通过以上步骤,可以看出音频无损检测实现了自动化的信息收集,转化,处理与显示的整套过程,明显提高了工作效率,而且受人工影响因素很小。依据国内外应用音频检测技术对金属的无损检测,其精度误差在5%以内。音频检测应用于混凝土结构发展较为缓慢,同济大学通过采集可听见的音频信号,来反演混凝土强度缺陷等方面研究。通过实际工程检验,精度良好。音频无损检测法不仅具有操作方便,使用简单的特点,而且采用专门程序对结果进行判定,精度较高。因此,其可以作为土木工程无损检测的一种新型检测方法来推广使用。
5 结语
钢管混凝土结构或构件其受力合理,延性好,抗震性能优良。但是由于混凝土是在钢管内部浇筑,所以存在严重的施工质量问题。为了解决这些问题就需要对其进行检测。目前关于钢管混凝土的检测有一系列较为成熟的方法,敲击法,超声波检测法,钻芯法等检测方法有各自的优缺点。其中超声波无损检测法是目前较为真实可行的方法,其简单,准确,目前已经大规模应用,但是这种方法也有其局限性如不能区别内部缺陷的性质,受人工操作的影响较大等缺点。
音频无损检测方法作为一种新的方法其操作方便,使用简单,而且采用专门程序对结果进行判定精度较高,可以考虑在钢管无损检测中大规模推广。
参考文献:
[1] 韩林海.钢管混凝土结构理论与实践[M].北京:科学出版社, 2004.
[2] 梁 鸣,刘沐宇,冯仲仁.钢管混凝土超声波检测与评价试验研究[J].武汉理工大学学报, 2001, 23(12): 44-46.
[3] 童寿兴,商涛平.超声波检测拱桥的拱肋钢管混凝土质量[J].桥梁建设, 2002(4): 22-24.
[4] 刘清元,谈 桥.钢管混凝土内部缺陷的检测[ J].山西建筑, 2004, 30(3): 63-64.
[5] 潘绍伟,叶跃忠,徐 全.钢管混凝土拱桥超声波检测研究[J].桥梁建设, 1997(1): 32-35.
[6] 陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京:人民交通出版社, 2000.
[7] 孙 磊,赵 鸣.基于音频检测技术的混凝土无损检测技术[J].福州大学学报, 2000, 33(sup): 73-74. 来源: 《建筑中文网》.
钢管混凝土具有自重小、承载能力高、制作和施工方便等众多特点,现广泛的应用于高层(超高层)、桥梁和大跨度空间等建筑物的受力体系中。但在施工过程中[1],由于工序控制得不严,难免会出现混凝土与钢管壁脱空或钢管内的混凝土不密实,出现蜂窝、离析等质量问题的风险。因此,对加强钢管混凝土完整性的检验尤为重要。（参考《建筑中文网》）
2 钢管混凝土缺陷情况
1)局部混凝土密实度差。由于施工时混凝土是在无振捣,无外压力情况下靠自落填满钢管,造成钢管底端混凝土中粗骨料集中,而钢管顶端往往砂浆较多,骨料较少,形成钢管上下两端的混凝土骨料不均匀,造成局部密度差,抗压强度低。
2)蜂窝离析。由于施工时混凝土的配比不合适,使水泥浆与粗骨料分离或靠混凝土自重使得填充不够密实,容易产生蜂窝离析现象。有时钢管中的空气不能畅顺排出孔外,使得空气混充于混凝土中则产生很多小的孔洞,小孔洞集中时则易产生蜂窝。
3)孔洞。施工中选料不细致,混凝土中出现大的砾石,在无振捣的情况下,大砾石附近容易出现孔洞;有时钢管壁内有障碍物使得混凝土塌落不畅或受阻则更易出现孔洞现象。
4)钢管壁与混凝土之间的收缩间隙。此类问题普遍发生在钢管混凝土结构中,其严重程度取决于施工方法以及混凝土配比。以坍落度大及收缩性大的混凝土尤甚。但即便是和易性再好的混凝土,随着灌注后时间的推移也会或轻或重地产生此类缺陷,目前,这种钢管壁与混凝土之间的收缩间隙给予钢管混凝土结构本身的影响程度仍在深入的研究中。
3 现有检测方法
目前我国《钢管混凝土结构设计与施工规程》和《建筑结构检测技术标准》及《超声波检测混凝土缺陷技术规程》等现行的标准已经对钢管混凝土的内部质量如何进行检测给出了一些具体的做法。目前国内外应用较为广泛的检测钢管混凝土内部质量方法主要有敲击法,超声波检测法,射线检测法等。
3.1 敲击法
工地上最常用的混凝土质量检验方法就是敲击法,通过声音来分辨管内混凝土是否密实。有时会听到钢管柱与混凝土之间有空隙的声音,说明二者之间有空隙。此法确实基于经验来进行判断,且不能够真正的得出混凝土与钢管之间的空隙大小和分布范围,随机性较强,因此建议作为辅助性检测手段。
3.2 超声波检测法
超声波检测法[2-5]:超声波的测试频率一般是在40Hz~100Hz之间,当其通过钢管混凝土时,钢管与混凝土和空隙对其速度、振幅、波形等会产生不同的影响,这就会在显示仪器上表现出来,对比无缺陷的钢管混凝土各种标定,从而确定管内混凝土的状况和质量。
超声波检测钢管混凝土质量主要有以下三种方式:首波声时法、波形识别法和首波频率法。超声波检测法在实际工程中已经推广,也得到了比较成熟的理论与经验,但是也有一些问题尚未解决,如不能确定缺陷的性质、易受人工操作的影响。而且对于钢管混凝土内钢隔板与混凝土之间的质量检测问题,尚未有很好的解决办法。
3.3 射线检测法
射线检测是基于被检测件对透入射线的不同吸收来检测零件内部缺陷的检测方法。目前主要是X射线照相检测技术等。X射线照相检测根据射线穿过不同材料时衰减量不同引起透射射线强度的变化,而呈现不同的影像,从而检测出被测物体中存在的缺陷。其特点在于检测效率高,可实现缺陷的在线检测,且图像处理以后可进行缺陷的自动评定。该方法缺点在于发现垂直射线方向的薄层缺陷,检测费用较高,同时射线对人体模型有害,需作特殊防护。
4 钢管混凝土缺陷音频法对比研究
4.1 音频检测法定义与原理[7]
对比以上较为成熟的检测方法,可以发现,这些方法虽然都有自己的适用范围,但是其缺点也较为明显,为此特别需要对现有的检测方法进行改进或者提出新的方法。目前有另外一类的钢管混凝土无损检测方法:音频检测法。
由于每种工件都有其固定的弹性模量与共振频率特征,当工件受到激励产生自由振动时就会发出与固有频率相同的声音,而工件的弹性模量、共振频率等特征与其内部质量有关,当构件有缺陷时,其固有特性就会发生变化。由此可以通过测定工件在外界激励下振动的音频参数(固有频率与内耗)来检测和评价工件的内部质量,这就是音频检测。
机械振动会引起声辐射,在物体振动时,引起周围空气质点振动,由于空气具有可压缩性,在质点相互作用下,振动物体周围的空气就交替产生压缩与膨胀,并逐渐向外传播产生声波,声波由换能器转换为电信号,即可对该电信号进行测量和分析。
4.2 音频检测的工作对象与目的
音频检测的对象为钢管混凝土柱、梁、节点等部件。主要目的是检测出存在于钢管混凝土构件中出现的局部混凝土密实度差、孔洞、钢管壁与混凝土之间的收缩间隙等问题,并确定其分布情况与大小。
4.3 音频检测设备概念设计
音频检测法中最重要的就是有一套可靠、合理、方便的音频检测系统。参考国内外相关文献,其大致主要分成激励源、构件、音频传感器、信号调理线路、声卡、计算机采集处理、结果显示几个构成部分。
4.4 音频检测法主要步骤
从实际操作角度,音频检测法主要由以下步骤组成:1)初步判定可能存在有缺陷的钢管混凝土构件(利用锤击法等经验方法)。2)对初判的构件借助音频检测系统对构件进行激励,数据采集与处理,显示与打印等工作。3)利用传统的检测方法,对个别较为重要或存在争议构件进行复查,结果相互对比,以进一步确认。4)利用检测数据,确定缺陷的位置、大小、性质等情况。通过以上步骤,可以看出音频无损检测实现了自动化的信息收集,转化,处理与显示的整套过程,明显提高了工作效率,而且受人工影响因素很小。依据国内外应用音频检测技术对金属的无损检测,其精度误差在5%以内。音频检测应用于混凝土结构发展较为缓慢,同济大学通过采集可听见的音频信号,来反演混凝土强度缺陷等方面研究。通过实际工程检验,精度良好。音频无损检测法不仅具有操作方便,使用简单的特点,而且采用专门程序对结果进行判定,精度较高。因此,其可以作为土木工程无损检测的一种新型检测方法来推广使用。
5 结语
钢管混凝土结构或构件其受力合理,延性好,抗震性能优良。但是由于混凝土是在钢管内部浇筑,所以存在严重的施工质量问题。为了解决这些问题就需要对其进行检测。目前关于钢管混凝土的检测有一系列较为成熟的方法,敲击法,超声波检测法,钻芯法等检测方法有各自的优缺点。其中超声波无损检测法是目前较为真实可行的方法,其简单,准确,目前已经大规模应用,但是这种方法也有其局限性如不能区别内部缺陷的性质,受人工操作的影响较大等缺点。
音频无损检测方法作为一种新的方法其操作方便,使用简单,而且采用专门程序对结果进行判定精度较高,可以考虑在钢管无损检测中大规模推广。
参考文献:
[1] 韩林海.钢管混凝土结构理论与实践[M].北京:科学出版社, 2004.
[2] 梁 鸣,刘沐宇,冯仲仁.钢管混凝土超声波检测与评价试验研究[J].武汉理工大学学报, 2001, 23(12): 44-46.
[3] 童寿兴,商涛平.超声波检测拱桥的拱肋钢管混凝土质量[J].桥梁建设, 2002(4): 22-24.
[4] 刘清元,谈 桥.钢管混凝土内部缺陷的检测[ J].山西建筑, 2004, 30(3): 63-64.
[5] 潘绍伟,叶跃忠,徐 全.钢管混凝土拱桥超声波检测研究[J].桥梁建设, 1997(1): 32-35.
[6] 陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京:人民交通出版社, 2000.
[7] 孙 磊,赵 鸣.基于音频检测技术的混凝土无损检测技术[J].福州大学学报, 2000, 33(sup): 73-74. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201109/15048.htm
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