重庆钢管架搭建浅谈钢管混凝土柱柱芯混凝土质量检测
钢管混凝土柱因其承载力高，普遍应用于超高层、大跨度建筑物中。钢管混凝土柱柱芯混凝土质量对其受力有着较大的影响，因而，增强柱芯混凝土质量控制尤为重要。目前对柱芯混凝土质量的检验办法有敲击法、钻芯法和超声波法等。本文经过比拟这几种检测办法的利害，以为超声波法关于柱芯混凝土质量检测具有较好的适用性。
一
概述
钢管混凝土具有承载力高、抗震高、塑性和韧性好、制造和施工便当等优点，普遍地应用于高层（超高层）、桥梁和大跨度空间等建筑物的受力体系中。[1]并且钢管混凝土构造的科学研讨、根底理论和设计计算等也得以绝后的开展和完善。目前，已树立了较为成熟的构造设计准绳和施工工艺，为钢管混凝土的普遍应用奠定了良好的根底。
关于柱芯混凝土的质量控制，除了优化混凝土配合比、选择合理的浇筑方式和严控施工工艺等措施外，另一个重要的办法就是增强钢管混凝土实体质量的检验。在施工过程中，由于工序控制的不严，难免会呈现混凝土与钢管壁脱空、或钢管内的混凝土不密实、呈现蜂窝、离析等质量问题的风险。因而,增强对柱芯混凝土完好性的检验尤为重要。
目前依据《钢管混凝土构造设计与施工规程》（CECS28:90）第7.4.9条、《建筑构造检测技术规范》（GB/T50344-2004）第7.4.5条和《超声波检测混凝土缺陷技术规程》（CECS21：2000）第10.2.5条等现行的规范、标准的规则，柱芯混凝土的质量检测有敲击法、钻芯法和超声波法（径向对测和埋管超声波法）等办法。
二
几种检测办法的利害
(1)敲击法
敲击法适用于普查柱芯混凝土质量，完整凭技术人员的技术及经历,受客观要素影响大[1][2]。敲击法缺乏理论根据和可供存档的材料,不便于施工技术管理及质量检测技术管理。并且关于壁厚较大的钢管混凝土柱，敲击法很难停止精确判别。因而，它只能作为一种辅助检测手腕。
(2)钻芯法钻芯法是在已成形的柱芯混凝土上钻孔抽芯，经过钻取的芯样的质量情况判别柱芯混凝土的质量。钻芯法只是一“孔”之见[3]，不能综合判别整个混凝土的质量状况，局限性较大。而且钻孔的直径较大，钻孔的灌浆补强很难满足与柱芯混凝土等强，存在着毁坏混凝土柱整体性的风险，严重会削弱混凝土柱的受力。再有钻芯法周期较长，费用较高，在钢管混凝土柱上不易架设钻芯设备等弊端。
(3)超声波法混凝土内部性能的无损检测办法主要有超声波、红外线法、冲击回波法、雷达法、声发射法、微波法和光纤传感等。超声波法主要用于混凝土强度和缺陷检测等。[4]
超声波法检测混凝土质量完好性的根本原理是[4]：由超声脉冲发射源在混凝土内激起高频弹性脉冲波，并用高精度的接纳系统记载该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的动摇特性。当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面构成波阻抗界面，波到该界面时，产生波的投射和反射，使接纳到的投射波能量明显降低；当混凝土内存在松懈、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；依据波的初至抵达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变水平等特征，能够取得测区范围内混凝土密实度参数。测试记载不同侧面、不同高度上的超声波特征，经过处置剖析就能判别测区内部存在缺陷的性质、大小和空间位置，以及各测区混凝土质量平均性的相对散布。
超声波检测钢管混凝土柱柱芯混凝土质量有两种办法：径向对测法和预埋声测管法。径向对测是在钢管混凝土每一环线上坚持T、R换能器连线经过圆心，沿环向测试，逐点测取声时、波幅和主频。
径 向对测法请求管壁与混凝土之间胶结良好，否则声波在管壁与混凝土之间存在的空气介质处产生反射或绕钢管壁传播，招致检测数据和缺陷判别的错误。预埋声测管检测范围有一定的限制，只能检测声测管内部混凝土的质量，不能检测柱管壁与内部混凝土以及横向加劲板间混凝土的分离状况，同时由于检测对混凝土龄期的请求形成对工程工期也有很大的影响。检测预留下空管对钢管混凝土柱的受力也有一定的削弱，需求停止灌浆处置。
三
超声波对测法在工程中的详细应用
超声波在钢管混凝土中径向传播时间tc与绕钢管壁半周长传播时间tg为：
式中d——钢管壁厚；
R——钢管内半径；
vg——超声波在钢中的传播速度；
vc——超声波在混凝土中的传播速度；
vr——超声波绕钢管壁的传播速度。
普通状况下，vr会比vg略微小，但接近vg。当tg≤tc时，将对我们的检测结果形成极大的干扰，招致检测误判和失败。在满足tg＞tc的状况下，由超声仪经过发射换能器向混
凝土内发射超声脉冲波，超声脉冲波在混凝土中内传播过程中，当混凝土的原资料、配合比、内部质量及测试间隔一定时，超声波在其中传播的速度、首波的幅度及接纳信号的频率等声学参数的丈量值应根本分歧。假如构造混凝土部分区域内存在不密实区或空泛等缺陷时，便毁坏了混凝土的整体性，超声脉冲波只能绕过空泛或蜂窝传播到接纳能器，将产生波的散射和绕射，则所测得分声时值将偏大，波幅及频率值降低。测试记载测区内各个测点的超声波传播时间、首波幅度和信号频率等声学参数，并记载相应的波形，依据这些参数的相对变化，断定混凝土中的内部缺陷状况。[4]
检测时运用仪器为武汉岩海公司消费的RS-ST01D(P)数字型跨孔超声检测仪；发射、接纳主要采用30kHz厚度振动换能器，仪器在检定期内。
（1）钢管对测
在没有吊装的钢管柱的钢管头部没有经过涂层处置部位（即焊接位），管壁内外对称布置点位，检测没有涂层处置的钢管的超声声速；然后，同样在经过涂层处置的部位布点，检测有涂层处置的钢管的超声声速；最后，在对称的管外对称布点，使检测线路经过轴心，并与轴向垂直，沿轴向布置两列，实验空管时超声波绕管壁的传播。
在理想状态下，主频30kHz的超声波在钢中的声速值约5800m/s，各个工程选用的钢管材质不同，钢管外表涂层处置不同，因而，实测的声速普通没有这么高。在钢管无涂层处置部位测得的超声波声速均匀值为5612m/s，由于管壁不是很厚，因而测得的声速有一定的误差。在钢管有涂层处置部位测得的超声波声速均匀值为5376m/s，同样管壁不是很厚，因而测得的声速也有一定的误差。由以上两种状况下的测试结果比照可知，钢管的涂层处置对超声波声速有一定的影响，超声波穿过涂层后，声速和主频均有不同水平的降低。关于空管管外对测，有些对测点干扰很大，首波较难辨别，测试是同组人同条件操作，扫除人为影响，揣测是边境条件影响所致。经过计算可以辨别首波的对测点的声速，得出声速均匀值约为5200m/s。
（2）混凝土对测
现场选取了两个运用柱芯同条件混凝土制造的规范试块，测试的声速均匀值是4613m/s。两个试块的龄期均缺乏两周，随龄期的增长，强度的增加，规范试块声速将会有一定的进步，因而，两周以上龄期的钢管柱内混凝土的声速应不小于此时测得的声速。
（3）工程中钢管混凝土柱的对测
钢管混凝土柱测试中钢管的直径均为2000mm，钢管壁厚50mm。测试的轴向范围为1.50m，测试时在柱面分别布置对应测试用的圆周长均分的32列的垂线及相隔200mm的环向线，环向线垂直于轴线，垂线平行于轴线，每对测点连线过轴心，构成一个环向网格（结果见表1）。
表1 4根钢管混凝土柱径向对测结果
柱号 声时均匀值（μs） 测距（mm） 声速均匀值（m/s） 波幅均匀值（dB） 频率均匀值（kHz） 备注
1 526 1900 3609 73.2 27.0 在检测过程中发现，焊缝两侧的两行对测点，干扰变大，不利于首波的辨别，经查施工材料，发现焊缝上下位置绕管口部位有增强功用的耳板，阐明其影响超声波的传播。
2 568 1900 3341 84.0 25.7
3 546 1900 3476 88.3 26.1
4 575 1900 3304 82.2 26.2
由表1检测结果能够看出：被检测的钢管柱内混凝土均匀声时值在530～575μs之间，即均匀声速值在3300～3600m/s之间，显然与测试柱芯同条件规范试块所得到的混凝土声速值（≥4600m/s）相差很远，该声速值应不是钢管柱内混凝土的声速值，即接纳的首波应不是穿透钢管柱内混凝土的初至波。
在钢管混凝土柱超声波法管外对测检测工作中，沿钢管壁传播的超声波信号能否有影响是我们所关怀的一个重要问题。我们来剖析这几根钢管混凝土柱的实测超声声时值：前面有涂层处置的钢管内外壁对测得到的声速约5376m/s，能够得出超声波在两个管壁（各厚50mm，共厚100mm）中传播的声时约是19μs；钢管混凝土柱实测声时值等于柱内混凝土声时加上声波在管壁中传播的声时（即19μs），即其均匀值为549～594μs，假如我们用钢管的半周长3140mm来除以这个声时均匀值，能够得到声速为5280～5710m/s，这个声速值与我们前面测试的各种状况下钢管的声速值很相近的。因而，我们揣测:检测混凝土柱接纳到的首波可能为超声波沿钢管壁传播的。不是经过柱内混凝土径向传播的。这种状况可能是柱内混凝土收缩与管壁构成一定的缝隙，超声波遇到缝隙后能量衰减过大波形畸变形成不能有效分辨。假如缝隙过大，超声波将不能穿透。
为了探求混凝土龄期能否对测试结果有影响，我们比拟了17号柱3d，7d和14d的超声波对测声速，见表2。
表2 不同混凝土龄期径向对测结果
龄期（d） 声时均匀值（μs） 测距（mm） 声速均匀值（m/s） 波幅均匀值（dB） 频率均匀值（kHz）
3 538 1900 3533 93.2 26.4
7 530 1900 3585 91.0 26.0
14 536 1900 3541 93.5 27.4
思索到每次检测中呈现的不肯定要素影响，能够以为三次检测结果根本相同，这种状况下测试得到的声时均匀值为530～540μs，换算成沿柱内混凝土径向传播的超声波声速均匀值为3530～3560m/s，而钢管柱内混凝土规范试块的速均匀值约为4600m/s，两者相差较大。
钢管混凝土柱的实测声时等于超声波在两侧钢管内外壁中的传播时间（19μs）加上在柱内混凝土中的传播时间（530～540μs），因而，三次实测的声时均匀值约为550～560μs，用钢管柱的半周长（3.14m）除以上述实测声时均匀值，可得声速均匀值为5600～5700m/s，接近以前在钢管内外壁直接对测的声速值为5300～5700m/s，因而揣测：检测混凝土柱接纳到的首波可能为超声波沿钢管壁传播的，不是经过柱内混凝土径向传播的，这可能是由于直径大、管壁厚、构造复杂等缘由形成。
四
结论
钢管混凝土柱柱芯混凝土质量检测的几种检测办法都有各自的利害和适用范围，在工程实践操作中要依据详细的工程特性停止选择。关于钢管壁较厚，管壁与混凝土分离不是特别严密，有一定缝隙的钢管混凝土柱柱芯混凝土的质量径向对测标明超声波是沿钢管壁传播，不能穿透柱芯混凝土，因而对其质量控制不宜采用径向对测的办法，最好选用埋管超声波的办法。
参考文献
[1]韩林海.现代钢管混凝土构造技术[M]，北京：中国建筑工业出版社，2007.
[2]中国建立规范化协会规范.钢管混凝土构造设计与施工规程.北京：中国建筑工业出版社，1990.
[3]中华人民共和国行业规范.建筑基桩检测技术标准.北京：中国建筑工业出版社，2003.
[4]中国建立规范化协会规范.超声波检测混凝土缺陷技术规程.北京：中国建筑工业出版社，2000.
本文由重庆钢管架搭建采集
