袁 蒙

（中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司， 江蘇 南京 210000）

0 引言

常用的混凝土無損檢測(cè)方法主要有超聲波法、回彈法、沖擊回波法等，其中回彈法是操作相對(duì)比較簡(jiǎn)單且速度較快的一種檢測(cè)方法，因此較為廣泛應(yīng)用。但是由于一些混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外質(zhì)量不一致會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果精度不足，所以研究人員通過將超聲法和回彈法進(jìn)行了結(jié)合，創(chuàng)造了彈性波層析成像技術(shù)，在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了檢測(cè)精度。

1 彈性波CT 技術(shù)簡(jiǎn)介

彈性波CT 技術(shù)是一種以沖擊彈性波為基礎(chǔ)的新型無損檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)很好的利用了相關(guān)的物理力學(xué)原理，在沖擊彈性波的基礎(chǔ)上將無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。彈性波CT 技術(shù)能夠根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的彈性波速度以及相關(guān)的物理力學(xué)參數(shù)，結(jié)合CT 技術(shù)進(jìn)行物理結(jié)構(gòu)成像，最終將層析面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況以圖像的方式直觀、完整的反映出來，這樣就可以很好的達(dá)到對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)的目的。在檢測(cè)過程中，檢測(cè)人員需要通過合理的部署檢測(cè)點(diǎn)，構(gòu)成完整、清晰的層析面，這樣就可以有效的避開被檢測(cè)混凝土構(gòu)架的體積和形狀對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。

2 彈性波CT 混凝土檢測(cè)

2.1 檢測(cè)原理

彈性波CT 技術(shù)與生活中常見的醫(yī)學(xué)CT 技術(shù)具有許多類似的地方，該技術(shù)主要是利用彈性波能夠穿透混凝土結(jié)構(gòu)，在返回的過程中會(huì)產(chǎn)生能量的衰減，并以此為基礎(chǔ)來確定工程構(gòu)件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)情況。具體而言，彈性波在混凝土構(gòu)件中的穿透與運(yùn)動(dòng)過程所表現(xiàn)出的速度快慢，用混凝土構(gòu)件自身的密度、彈性模量、剪切模量等都具有非常密切的聯(lián)系。當(dāng)被檢測(cè)物體的密度較大、強(qiáng)度較高時(shí)，其各項(xiàng)模量指數(shù)相對(duì)較大，彈性波在這種介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的波速，同時(shí)降低能量的衰減；而在一些破碎的混凝土結(jié)構(gòu)中，彈性波所表現(xiàn)出的波速會(huì)相對(duì)較低，在這個(gè)過程中能量衰減也會(huì)逐漸增大，因此混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作人員就可以依據(jù)波速和能量衰減的變化判斷混凝土的強(qiáng)度和密度等狀況，進(jìn)而可以進(jìn)行比較準(zhǔn)確的缺陷評(píng)價(jià)。

由于彈性波CT 技術(shù)主要是運(yùn)用了波速與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系作為檢測(cè)依據(jù)，因此許多研究人員在開發(fā)該技術(shù)項(xiàng)目時(shí)，對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性波所表現(xiàn)出來的波速進(jìn)行了一系列深入的研究，最終得出的研究結(jié)果是混凝土抗壓強(qiáng)度與波速之間呈現(xiàn)出了冪指數(shù)關(guān)系。其中，混凝土抗壓強(qiáng)度與縱波速的回歸關(guān)系為：

由于不同地區(qū)建設(shè)工程的混凝土施工技術(shù)會(huì)產(chǎn)生很大的區(qū)別，尤其在對(duì)骨料、砂等基礎(chǔ)材料的運(yùn)用方面會(huì)存在著一定差異，因此最終得到的混凝土結(jié)構(gòu)在密度和強(qiáng)度等數(shù)據(jù)方面會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。因此，公式中的冪指數(shù)待定常數(shù)的數(shù)值也會(huì)根據(jù)實(shí)際情況而有所變化，在檢測(cè)過程中檢測(cè)人員最好提前對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，并將得到的波速檢測(cè)結(jié)果作為以后工作中的參考標(biāo)準(zhǔn)，這樣再遇到檢測(cè)問題時(shí)就能夠根據(jù)參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步的綜合評(píng)定。

2.2 混凝土質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.2.1 波速

由于彈性波在不同的混凝土部位中會(huì)產(chǎn)生不同的波速，因此檢測(cè)人員在以聲波的速度作為評(píng)價(jià)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量與密度等各項(xiàng)參數(shù)的參考依據(jù)時(shí)，還需要考慮到波速本身的分布參數(shù)性，因此需要先選定幾項(xiàng)統(tǒng)計(jì)參數(shù)作為最終進(jìn)行混凝土質(zhì)量評(píng)價(jià)的參考指標(biāo)。目前最新的研究結(jié)果表明，該技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用過程中可以將以下4 個(gè)參數(shù)作為評(píng)價(jià)的定量指標(biāo)，進(jìn)而能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出不同部位產(chǎn)生的波速所代表的結(jié)構(gòu)指數(shù)，這4 個(gè)參數(shù)分別為混凝土的平均波速Va、波速離散度Vs、合格面積比Rs 以及最大缺陷尺度Asl。

在該式中，Vj 為CT 剖面內(nèi)單元節(jié)點(diǎn)位置的波速；M 為剖面內(nèi)單元節(jié)點(diǎn)總數(shù)；σ為均方差。

通常情況下，彈性波CT 技術(shù)都是以剖面內(nèi)的平均波速是否達(dá)到了一定標(biāo)準(zhǔn)來判斷該混凝土結(jié)構(gòu)是否符合設(shè)計(jì)的要求，強(qiáng)度和密度是否達(dá)到了工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)；而檢測(cè)結(jié)果的離散度，則被用來判斷混凝土的質(zhì)量是否均勻，結(jié)構(gòu)分布是否平衡；研究人員將合格面積比Rs 定義為強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的面積與Af 檢測(cè)剖面面積的比值，一般情況下將80%作為面積比率的合格標(biāo)準(zhǔn)；而最大缺陷尺度參數(shù)Asl 則是疏松混凝土低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度85%的面積，這些疏松混凝土分布面積過大時(shí)，會(huì)在一定程度上降低橋梁承載力的最大值，因此相對(duì)而言疏松混凝土分布面積越小時(shí)，橋梁能夠承載的重量也就越大。通常將一平方米設(shè)定為最大缺陷面積，當(dāng)最大缺陷尺度小于該數(shù)值時(shí)，我們就可以認(rèn)為被檢測(cè)結(jié)構(gòu)不符合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 鋼筋影響分析

鋼筋是混凝土中必不可少的結(jié)構(gòu)之一，但是當(dāng)進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)時(shí)，鋼筋分布比較密集的區(qū)域會(huì)對(duì)檢測(cè)波速產(chǎn)生一定的影響，一般情況下波速V 都會(huì)大于彈性波在純混凝土中的傳播速度Vc，因此研究人員會(huì)通過利用指定的公式對(duì)波速的變化進(jìn)行修正，以此來消除鋼筋對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。該公式為：

在這個(gè)公式中，ɑ為鋼筋在混凝土中所占的體積比，這項(xiàng)數(shù)值可以根據(jù)鋼筋構(gòu)造圖的投影得到；Vst 為鋼筋波速，通常取5.7km/s。

2.2.3 混凝土齡期的影響

混凝土的齡期對(duì)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和密度都會(huì)產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)還會(huì)在一定程度上降低在混凝土結(jié)構(gòu)中運(yùn)行的波速，這樣會(huì)給混凝土質(zhì)量檢測(cè)工作帶來很大的困難，影響最終檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此檢測(cè)人員在采取彈性波CT 技術(shù)進(jìn)行混凝土質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，首先需要確保該混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到了齡期，然后再進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)工序，這樣才能進(jìn)一步確保檢測(cè)結(jié)果符合工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)。

3 工程應(yīng)用

3.1 測(cè)點(diǎn)分布

在對(duì)連續(xù)橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，如果沒有事先進(jìn)行聲測(cè)管等輔助檢測(cè)設(shè)備的埋設(shè)，那么在檢測(cè)過程中就會(huì)受到混凝土體積的影響，導(dǎo)致常規(guī)的無損檢測(cè)方法不能準(zhǔn)確的測(cè)量出混凝土的質(zhì)量。因此針對(duì)這種情況，需要在每個(gè)混凝土檢測(cè)試塊中布置三個(gè)檢測(cè)剖面，這三個(gè)剖面與混凝土檢測(cè)試塊的底部距離應(yīng)分別保持為10cm、40cm 和70cm。

3.2 射線分布

以激發(fā)點(diǎn)和檢波點(diǎn)射線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，進(jìn)而要讓射線覆蓋整個(gè)檢測(cè)區(qū)域，這樣就可以通過射線密度和正交性來判斷計(jì)算結(jié)果是否準(zhǔn)確，只有射線密度和正交性比較均勻的區(qū)域才符合工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

彈性波CT 技術(shù)對(duì)于反映混凝土的質(zhì)量和均勻程度發(fā)揮了非常重要的作用，檢測(cè)人員在對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要合理的布置測(cè)點(diǎn)，這樣才能夠得到更加直觀且分辨率較高的圖像，從而才能降低被測(cè)構(gòu)件體積與形狀對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，獲得準(zhǔn)確程度更高的無損檢測(cè)結(jié)果。