关键词：超声波；钢管混凝土；混凝土缺陷
0引言
钢管混凝土结构其实是中构件中，将其主要承重体系全都设计为钢管内灌混凝土形式,其特点是抗震性能好、塑性变形大还有强度高等,内部的混凝土可以提高钢管壁在承受压力时的稳定性,使钢管本身的耐久性跟抗腐蚀性得以提高,同时因钢管壁可以对混凝土起到套箍作用,这样一来就使混凝土材料的抗压强度跟延性有所提高。钢管混凝土结构在施工期间,有时会由于管理不善或者是其它施工原因,造成混凝土材料中出现疏松、空洞或者施工缝不均匀，还有混凝土不能与钢管良好胶结等诸多缺陷,从而或多或少地降低钢管混凝土构件本身的整体性能和力学性能,故而必须强化钢管混凝土施工过程中的质量监控。《钢管混凝土结构设计标准与施工规程》里面规定，应采用超声检测法对钢管混凝土进行质量检验[1]。超声法检测技术是对混凝土进行非破损检测的一种技术,广泛应用于混凝土构件的内部缺陷检测和匀质性检测等方面。我国建筑工程项目建设标准化管理委员会于2000年时，公开颁布了CECS21:2000《混凝土缺陷超声法检测技术规程》,对于运用超声法检测技术对混凝土当中的空洞、裂缝、不密实区等各种缺陷进行检测的相关要求做出了规定。该规程主要针对的是普通混凝土构件和钢筋混凝土结构,其中也包括灌注桩的缺陷检测还有钢管混凝土结构的缺陷检测。
1运用超声波对钢管混凝土进行缺陷检测的基本原理
1.1超声波的传播速度
超声波在介质中的传播速度是最主要的一个检测评判依据，与介质特性还有目标物的内部结构存在直接联系。在混凝土结构中传播超声波时，若是混凝土结构有较高的弹性模量、较好的密实度，其传播速度也就可以快一些。若是混凝土结构中产生空洞或结构内部相对松散，其传播速度也相对低一些。还有，测点的布置、测试仪的探头还有结构表面的整体平整度状况也会影响波速。
1.2振幅
超声波的首波中前半部分的振幅在传播中会显现出超声波上面的能量变化趋势。超声波能量在空气中的衰减比在混凝土中时的衰减更大。若是在检测期间，声波在传播时遇到裂纹与孔洞等缺陷，那么接收到的超声波首波的振幅就会出现明显降低，振幅的变化可以真实反映混凝土结构的密实度。
1.3频率
超声波在混凝土中传播时，按照波传播理论，会由于一些因素的影响而衰减，在衰减期间，将出现高频缺陷，且其传播路径越长时，产生的高频分量值就会越小，而且其主频也会靠近低频。此外，频率的下降也受到混凝土自身特性的严重影响。
1.4波形
当超声波在传播期间遭遇裂缝和孔洞时，将产生固-气界面现象，因传播介质发生了变化，超声波会产生绕射、反射以及衍射等现象，这样一来波的传播路径就会变得比较复杂，直达、反射和衍射的超声波会先后到达不同位置上的接收传感器。因频率、相位均不同，在将其叠加时波形必然会发生扭曲。在钢管混凝土中超声波的传播与其在普通混凝土构件中传播存在的差异较大。在利用超声波检测时，发射换能器向外发出的高频振动不但会沿钢管向前传播，还会沿不同方向往外传播。故而，当各个方向超声波最终抵达接收传感器时，其不同传播路径中会在频率、速度、波形、振幅方面引起变化，对这些类信号实施合理的分析、处理，可以精准的判断钢管混凝土有没有缺陷存在，并找出缺陷的存在位置与形式。
2试验准备
2.1确定试验目的
在钢管混凝土柱试件中模拟各种可能产生的缺陷，通过探头的普通布置方法，对无缺陷试件的各项相关信息展开测量，再将结果数据与各种缺陷试件的检测结果进行对比，并据其特征展开分析。
2.2试件制作
试件尺寸为，钢管由钢板焊成，钢板厚，钢管底部的底板尺寸为，试件数为5个。
2.3为试件设置缺陷
（1）#试件是无缺陷试件。（2）#试件是有孔洞缺陷的，制作时用模板作的空盒子，用的两根钢筋从长、宽方向穿过其中心，再将钢筋的四个端头按照从下往上的高度焊在钢管的内壁上。（3）#试件是内部振捣不密、存在离析的，制作时先浇混凝土至高度，在混凝土未初凝前，在钢管混凝土中心凿的孔洞；在混凝土二次浇筑之前将筛除细骨料的混凝土放入孔洞，再用普通混凝土浇至顶面。（4）#试件在混凝土内部留裂缝，制作时在浇筑混凝土至时，竖向居中将尺寸×、厚度不到的薄钢板插入钢管内，埋深为；等到浇筑混凝土至顶面，在其接近初凝前将薄钢板抽出。（5）#试件是混凝土与钢管内壁间存在缝隙，制作时在钢管的A、B面内侧水平居中用结构胶粘贴一块塑料板，高设为；混凝土一次性浇筑。（6）第六个钢管是备用件，暂时不浇筑混凝土。（7）共成型五组的试块，用于测试超声波在其中的传播速度。
2.4布置测点
对试件实施对测时，需要在试件相互平行的两个面A、B上布置测点，各点位间隔，各方向设测点20个，每个试件上共设测点40个。
3试验方法
使用（T）非金属声波检测仪检测混凝土试块点，并取均值当做测点的首波声，再检测试件的抗压强度，测得其均值为。
4试验结果
分别对五个试件进行超声波检测所得详细结果数据见表1。
表1超声波检测所得结果
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#：超声波的声速经测试平均约，其幅值平均，主频率为。试块测试所得声速快，波幅高，其密实度较好。#：超声波的测试声速平均约，幅值为平均，主频率为。检测发现声速不足的声速异常点个。#：超声波的声速经测试平均约。
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图2实测典型超声波形
幅值平均，主频率为。检测发现个声速、幅值均出现略微降低的声速异常点。#：超声波的声速经测试平均约平均振幅为，主频率为。试块内经检测发现产生声速不足，幅值较低的异常点个。#：超声波的声速经测试平均约，振幅为平均，主频率为。试块内经检测发现声速较低，波幅较低的异常点有14个。
通过上述检测试验，验证了超声波法用于检测钢管混凝土柱结构的结果：其中仅#试件没有缺陷；#、#、#、#的内部缺陷均被测出。即在钢管混凝土柱中用超声波法检测缺陷是可行的。
5结束语
通过实践可以证明，在方钢管混凝土结构中用超声波检测其施工质量是有效的，而且具有极强的可行性，用概率统计判别法可精准判断钢管混凝土结构中存在的缺陷，并判断出混凝土构件的密实度。从而为施工单位或者为工程管理部门提供有利于实施质量控制的信息，同时为施工单位强化施工管理，在具体的建筑工程施工过程中体现出重要的作用。
参考文献：
[1]邵俊波.基于声发射技术的土木结构损伤机理研究[D].大连:大连理工大学,2017.
[2]张秋月.混凝土结构强度与缺陷检测的技术研究[J].住宅与房地产,2019(6):143.
论文作者:卓隽
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第24期
论文发表时间:2020/4/13
标签：混凝土论文; 钢管论文; 超声波论文; 缺陷论文; 声速论文; 振幅论文; 混凝土结构论文; 《建筑实践》2019年第24期论文;