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探析混凝土超声波无损检测技术对水工结构的影响

  2020-02-29    175  上传者:管理员

摘要:混凝土浇筑作为水利水电工程的重要组成部分,其质量会直接影响水利水电工程的质量。目前在水利水电工程混凝土检测领域得到广泛应用的超声波无损检测技术,优点颇多,其可以通过分析超声波在钻孔孔壁岩体中的传输波速度和能量变化,来准确判断水工结构内部的均匀度、裂隙和破碎带等情况,为掌握混凝土质量和采取合理补强修复措施提供了重要技术支撑。基于此,文章展开了对超声波无损检测技术应用的基本原理以及方法的侧重分析,并提出了水工结构混凝土超声波无损检测技术应用的策略,以供参考。

  • 关键词:
  • 应用
  • 无损检测
  • 水利水电工程
  • 混凝土
  • 超声波
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混凝土是水利水电工程领域最重要的结构材料之一,被广泛应用到隧道、桥梁、涵洞等工程建设之中。影响混凝土浇筑质量的因素很多,典型的有配合比、混凝土本身的质量、施工环境等,容易导致混凝土浇筑质量出现缺陷,如蜂窝麻面、空洞、裂隙等,轻则会导致工程外观不佳,重则会导致工程出现质量问题。基于这种情况,非常有必要利用好超声波这一操作方便、成像精度高和检测成本低廉的无损检测方法,较好地把握水工结构混凝土方面存在的问题,从而及时采取合理的措施来解决,确保水工结构混凝土质量良好。


1、超声波无损检测技术原理与方法


1.1 超声波检测技术原理

所谓的超声波是指超过20kHz的声波,超声波属于机械波,依靠人们的听力是无法听到的。当前超声波已经广泛应用到人类工作生活当中,超声波检测优点十分突出:其一就是适用范围非常广泛,可以对各种金属、非金属、复杂材料进行无破坏式的检测;其二穿透能力强,当被测固件厚度比较大时,超声波是一个很好的选择,如在一些钢结构的检测中,对于3mm厚度的金属材料或者几米长的钢结构试件都可以很好的检测;其三缺陷识别分辨率高,相对于其它检测方法,该方法更加精准,容易识别到一定面积的缺陷,灵敏度高,即使很小的裂痕也能够精准的检测;其四检测时间短、花费少,对人体不构成健康威胁,仪器携带方便,操作简单,成本低廉。正是因为超声波无损检测具有上述诸多优点,在各行各业,包括在混凝土无损检测中,得到了越来越广泛的应用。

1.2 超声波无损检测方法

超声波无损检测方法主要包括脉冲反射法、脉冲透射法、共振法、衍射时差法等。

1.2.1 脉冲反射法

脉冲反射法是指利用超声波在不同介质中传播所发生的折射现象来进行检测,其基本原理就是不同介质的目的不同,由此导致超声波的传播才出现折射。脉冲透射法是使用多个超声波探头进行检测,其中一个探头作为发射端,另一个作为接收端,两个探头分别置于检测物两侧。在进行检测时改变探头的位置,通过观察接受到的反射波来分析被检测物质的内部情况。

1.2.2 共振法

共振法是指通过改变超声波的特性来检测的方法。通过专用装置改变探头发出的超声波的频率,使超声波的波长与检测物形成线性关系,引发两者的共振,并通过仪器输出共振频率,从而得到检测物质的内部情祝。


2、超声波无损检测技术应用影响因素分析


2.1 设备因素

超声波无损检测结果准确性与设备关系密切,设备扫查速度以及探头频率直接影响检测结果。所谓的扫查速度是指使用超声波进行检测时超声波探头在检测物上面的移动速度,移动速度会影响检测结果。移动速度过快,或者移动路线不能够保证超声波束进入到混凝土时保持垂直状态,又或者移动的时候,超声波扫查区域有限,上述这些情况的出现,都会影响到超声波检测结果。从探头频率来看,基于超声波检测的原理,被检测的混凝土中如果存在内部结构性缺陷,能检测到最小尺寸只有超声波波长的一半,因此探头频率大小,可以直接影响探测结果,如果波长太长,可能出现尺寸比较小的内部缺陷无法被掌握。不少水利工程建设企业在混凝土超声波无损检测中,往往忽视对设备进行检修,这就容易出现一些设备“带病上阵”的情况,从而导致检测结果的失真。

2.2 环境因素

天气温度、空气湿度等都会影响到检测结果。不同的水利工程所处的环境不同,与此同时,超声波检测不同时间段,也会面临着不同的环境因素。不少水利工程建设企业在超声波无损检测中,往往忽视环境因素,检测参数没有及时调整,导致检测结果出现一定误差。

2.3 人员因素

检测人员是否具有良好检测能力,对于检测设备是否熟悉,对于检测技巧、规律等是否掌握等,这些都会影响到检测的有效性。目前不少检测人员在能力方面存在不足,水利工程建设企业很少对超声波无损检测人员进行培训,从而导致了检测结果失真。


3、水工结构混凝土超声波无损检测技术应用策略


3.1 做好设备维护以及人员培训工作

在设备的选择、设备的维护等方面一定要谨慎,对比分析不同设备的性能参数,基于水利工程的特点、环境等进行超声波检测设备的选择。同时更要做好设备的维护、调试,让检测设备处于良好的状态。水工结构混凝土超声波无损检测人员需要具备良好的工作能力,企业需要加强检测人员的培训,提升其岗位胜任能力,避免在超声波检测中出现的失误。比如,围绕超声波无损检测实践中经常出现的一些问题,制定专题培训方案,组织检测人员进行针对性培训,从而在工作中规避差错。

3.2 构建多参数模型

混凝土结构非常复杂,组成材料多种多样,具体包括了石子、砂子、水泥、钢筋和添加剂等。这样复杂的构成不可避免地导致超声波检测中出现误差,这就客观上要求建立多参数模型来提高测试的精准度,避免出现检测误差。不同工程,不同环境多参数模型是不同的,需要不断调整完善,才能够确保多参数模型的精准有效。比如,不同湿度、不同温度、水泥不同强度的情况下,需要对于参数模型进行动态调整,力争实现参数模型更加有效。

3.3 三维图像处理

仅仅是通过超声波检测获得基础数据远远不够,还需要借助三维图像处理模型,将水工结构混凝土内部缺陷比较直观的展现出来,这样才能够给后期缺陷的干预措施制定提供更好依据。目前在水工结构混凝土超声波无损检测方面,三维图像的处理还处于起步探索阶段,未来需要水利工程建设企业注意解决这一方面的短板,使基于超声波数据反映出来的缺陷等能以三维模式展示出来。


4、结语


目前水工结构混凝土超声波无损检测技术应用越来越广泛,也越来越成熟,但是在具体应用中存在共性问题,这就要求在超声波无损检测技术应用中,充分了解这一检测方法的原理以及方法,并能够在此基础上,做好设备维护以及人员培训工作,基于精密的设备和工作人员娴熟的技能,准确地进行水工结构混凝土超声波无损检测,构建更多的参数模型,做好三维图像处理,从而提升水工结构混凝土超声波无损检测水平。


方飞.水工结构混凝土超声波无损检测技术的应用[J].河南水利与南水北调,2019,48(9):50,56.

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