大体积结构混凝土质量检测中声波法的运用

摘要:大体积混凝土在施工浇筑过程中，由于某些原因，混凝土内部会产生各种质量缺陷。这些质量缺陷如果得不到及时、有效的处理，会形成安全隐患。为了提高混凝土质量、消除安全隐患，采取有效的检测方法查明缺陷的空间分布和状态，并且进行有针对性地处理是非常有必要的。本文主要分析了混凝土目前常见的质量缺陷，分析了声波法的几种工作形式、工作原理以及在工程中的实际应用。结果表明，采用声波法检测混凝土质量不仅具有检测速度快、成本低的有点，而且其检测精度很高。

关键词:大体积结构;混凝土;质量检测;声波法

随着科学技术的进步，各种大体积混凝土得到发展，并被广泛应用。然而，混凝土在实施过程当中，会由于多种原因造成内部漏筋、蜂窝状不密实区域或者空洞等缺陷，主要原因有漏振、漏浆、裂缝或者石子架空在钢筋骨架上浇筑等。这些缺陷会使得整个混凝土结构的承载力和耐久力都严重下降。目前，声波技术已经被广泛运用到混凝土结构尤其是大体积混凝土结构的质量检测当中。

1大体积混凝土结构常见的质量缺陷

1．1麻面

如果混凝土结构构件表面局部缺浆，会呈现许多的小凹坑、麻点，但是没有钢筋暴露现象，这种质量缺陷就是麻面。麻面一般产生的原因有很多，比如模板表面粗糙，或者粘有干硬的水泥浆块等杂物，脱模剂涂刷不均匀，润湿不够，拼逢不严密，捣固时发生漏浆或振捣不足，以及混凝土浇筑高度超高发生离析等等，这些因素都会造成麻面的产生。

1．2露筋

露筋是指混凝土内部的主筋、副筋或箍筋局部裸露在结构构件表面。产生的原因也并不单一:其一，灌筑时垫块位移，钢筋紧贴模板，会使得混凝土保护层厚度不够;其二，保护层的混凝土振捣不密实或模板湿润不够，以致吸水过多从而造成粘浆掉皮、露筋;其三，如果钢筋不均匀，局部密度大，浇筑时粗骨料在模板处过于集中，也会导致钢筋下部架空而露筋。除此之外，若模板接缝处漏浆，或者模板底部有杂物未清理干净等，也会使结构在浇筑后因有夹层而造成露筋。

1.3蜂窝

蜂窝是指结构构件局部缺浆石子多，形成蜂窝状的小孔洞，骨料间有空隙存在的混凝土结构，其结构局部酥松、石子多、砂浆少，且石子之间形成空隙类似蜂窝状的窟窿。这种现象出现的主要原因:混凝土本身配合比不当;计量不准确造成砂浆少、石子多;混凝土搅拌时间不够，或者未搅拌均匀，使得其和易性差;下料不当，比如下料过高，使石子由于未设串通而造成集中砂浆离析;振捣时间不够或漏振，以及模板严重漏浆;钢筋较密，使用的石子粒径过大，或塌落度过小，或者浇筑根部位稍加间歇就继续灌上层混凝土，造成水泥浆流失等。

1．4孔洞

如果蜂窝特别大，或者内部局部没有混凝土，以及钢筋局部甚至全部裸露等，这些混凝土内部较大尺寸的空隙都是孔洞。孔洞产生的最主要原因是混凝土坍落度过小，振捣不到位。其次，严重漏浆、蜂窝过大、钢筋密度过大使粗骨料集中于钢筋上部，造成钢筋下部架空等都会使得孔洞产生。除此之外，如果混凝土受冻，泥块杂物掺入等，孔洞事故都会因此形成。

1．5裂缝

裂缝多出现在新浇筑并暴露于空气中的结构构件表面，而且裂缝类型不一，主要有温度裂缝，干缩裂缝和外力引起的裂缝。另外还有些裂缝不深也不宽，比如塑态收缩、干燥收缩等收缩裂缝。产生裂缝的主要原因是多方面的:其一，因设计错误或考虑不周造成结构裂缝，如结构方案及布置不合理，结构平面布置中出现较大的凹凸处和角部等;其二，材料使用不当，比如硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥水化热较高，大体积现浇混凝土结构易于裂缝等;其三，施工质量不合格，这是建筑物的裂缝形成最为直接的原因，比如混凝土配合比不当、混凝土掺合料搅和不匀、混凝土搅拌时间过长等，都会产生干缩裂缝。而且，模板和支撑如果没有足够的承载力和稳定性，承受不了浇注混凝土的重量，就没办法顶住浇注时的冲击力和振捣压力，裂缝因支撑下沉而产生。其四，使用不当也会造成裂缝，比如装修过程中集中堆放大量装修材料等，会使构件尤其是楼板承受过重的荷载，从而产生裂缝。另外，温度变化会导致混凝土体积膨胀或收缩，这种体积变化受到约束而产生的应力如果超过了混凝土的抗拉强度，就会引起小幅度开裂，最终产生裂缝。

2超声波法检测原理及工作形式

2．1声波法检测的基本原理

由超声脉冲发射源在混凝土内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土结构内传播过程中表现的波动特征。如果结构中存在不连续界面或破损界面等缺陷面，就会形成波阻抗界面，当声波到达该界面时，产生的波的透射和反射会使接收到的透射能量明显降低;而如果混凝土结构中存在蜂窝、孔洞等严重缺陷，就会产生波的散射和绕射。根据波的到达时间和能量衰减特征以及波形畸变程度等，能够获得测区范围混凝土的密实度参数。测试及记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区混凝土内部存在缺陷的性质、大小及空间位置，并对总体混凝土结构的均质性和完整性作出评价。

2．2声波法的检测形式

(1)平测，也叫普查，发射和接收换能器分别置于两声测管的同一高度，将收发换能器以相同步长向上提升，自下而上地进行水平检测。为了确定异常部位的纵向范围，必要时要进行加密平测;(2)斜测，让发、收换能器保持一定的高差，同步升降进行测试，要注意保证其在声测管中保持相同的步长。斜测能探测出局部缺陷和缩径，也可以专测管附着泥团、层状缺陷等;(3)扇测，扇测一般在斜测范围受限时或者为减小换能器升降次数而采用。具体方法如下:一只换能器固定在某一高程不动，另一只逐步移动，让测线呈扇形分布。这个时候只能根据相邻测点幅值的突变来判断是否有异常，因为虽然换算的波速具有可比性，但幅值不能相互比较。

3声波法在大体积混凝土结构质量检测中的具体应用

3．1探测混凝土缺陷的分布

在混凝土施工过程中，有时候采用钻孔取芯或压水试验等方法对混凝土大坝的浇筑质量进行检测时，会发现钻孔之间相互渗水的问题，这说明钻孔之间的混凝土质量存在缺陷。为查明这种缺陷的分布状态，为后续的灌浆方案提供依据，可以利用检查孔进行单孔声波测试和跨孔声波测试。根据实验结果，完整结构的混凝土的波速应该不低于4440m/s，如果混凝土波速达不到这个速度，说明存在质量缺陷。

3．2分层测试

有些抽水蓄能电站大坝作为碾压混凝土重力坝，需要进行定期的安全检查。根据混凝土强度与波速的关系，采用单孔声波法进行测试，并作出高程与波速曲线图，一般而言，混凝土标号越大，波速越高。常态混凝土的高程一般在290－279m之间，波速在4300m/s左右;若高程在279－258m之间，则应为碾压混凝土层，波速的波动范围略大;若高程在258m以下，就是基岩了，波速能达到4500m/s。通过制图能很好地反应各层之间的界面。

3．3混凝土与基岩胶结质量检测

为了评价建筑物比如某大坝基岩与混凝土的胶结质量，可以进行声波CT测试。有大量实验数据表明，完整混凝土的波速应该在3600－3900m/s左右，胶结面上部波速应该在3900m/s左右，下部波速一般大于4400m/s，而且由于岩体中原生构造的存在，局部波速可能较低。根据波速有无异常，判断混凝土与基岩胶结的质量是否存在缺陷。

4结语

综上所述，大体积混凝土的质量缺陷多种多样，造成缺陷的原因亦是多种多样，且缺陷规模一般不大，结构却不规则，与周围质量完好的混凝土在物性方面的差别不明显，采用声波法能准确反映出缺陷的分布存在状态。声波法不仅速度快、成本低，而且检测效果准确、效率高，是一个很好的发展方向。

作者:孙乙庭 单位:吉林省水利水电勘测设计研究院

参考文献:

［1］肖国强，刘天佑．声波法在大体积结构混凝土质量检测中的应用［J］．工程地球物理学报，2004(05):430－434．

［2］李洪．声波法在洞室混凝土衬砌质量检测中的应用［J］．西北水电，2002(02):34－38．

［3］胡庸．大体积混凝土声波CT质量评判技术探讨［J］．混凝土，2014(09)