礦建混凝土工程質(zhì)量缺陷分析探討

趙世杰

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 馬家?guī)r煤業(yè)有限公司，山西 太原 030300）

礦建工程有井筒、井架、井塔以及煤倉(cāng)、井下巷道及硐室等，這些工程多采用混凝土材料澆筑成型，施工過程中極易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷問題。因此，要掌握質(zhì)量缺陷的檢測(cè)與處理方法，這樣才能更好防控質(zhì)量缺陷，保證礦建工程質(zhì)量，為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)提供可靠保證。

1 礦建工程質(zhì)量缺陷的無損檢測(cè)

在礦建工程質(zhì)量缺陷的檢測(cè)過程之中，應(yīng)用最為廣泛的無損檢測(cè)方法便是超聲波檢測(cè)方法。超聲波無損檢測(cè)方法是根據(jù)脈沖波在相同條件下在材料中傳播時(shí)間相同的原理，結(jié)合接收到波形振幅以及頻率等各種參數(shù)變化，對(duì)結(jié)構(gòu)中的缺陷加以判斷。脈沖信號(hào)傳播速率和結(jié)構(gòu)自身密實(shí)度存在很大的關(guān)聯(lián)性。若結(jié)構(gòu)所使用的材料、配合比以及齡期等均相同，那么脈沖傳播的速率越高，則表明所檢測(cè)的結(jié)構(gòu)更為密實(shí)，若是脈沖傳播速率越低，則表明結(jié)構(gòu)更加松散。如果結(jié)構(gòu)之中存在孔洞或者存在裂縫，便會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體性受到破壞，此時(shí)超聲脈沖信號(hào)只有繞過空洞以及裂縫而傳播至接受換能器裝置之中，所以，這種情況下脈沖所經(jīng)過的路徑將更長(zhǎng)，檢測(cè)所用的聲時(shí)同樣也會(huì)更長(zhǎng)，或是檢測(cè)的聲速會(huì)更小。并且，因?yàn)榭諝馑鶕碛械穆曌杩孤室^結(jié)構(gòu)材料所擁有的聲阻抗率小很多，在脈沖信號(hào)在結(jié)構(gòu)材料中傳播時(shí)，若是碰到蜂窩或者孔洞缺陷，會(huì)在這些缺陷界面位置處形成散射或者形成反射，從而導(dǎo)致聲能出現(xiàn)衰減，尤其是一些頻率較高成分會(huì)衰減的更加迅速，所以，接受到的脈沖信號(hào)波幅同樣也會(huì)出現(xiàn)明顯降低。另外，由于結(jié)構(gòu)中有缺陷存在，會(huì)產(chǎn)生一定的反射以及散射問題，這些波會(huì)和直接傳輸至換能器之中的超聲波出現(xiàn)一定的聲程差以及相位差，在不同的波疊加后便會(huì)產(chǎn)生干擾，進(jìn)而使得信號(hào)波形出現(xiàn)畸變現(xiàn)象。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

在使用超聲波無損檢測(cè)儀器對(duì)礦建工程的質(zhì)量缺陷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先完成測(cè)區(qū)的布設(shè)，還要將待測(cè)構(gòu)建的對(duì)稱表面清理干凈，以便開展后續(xù)測(cè)量工作。在布設(shè)好了測(cè)區(qū)之后要設(shè)置相應(yīng)的測(cè)量位置，準(zhǔn)確的量取距離，應(yīng)當(dāng)確保測(cè)量位置和周圍位置鋼筋軸線相互平行。若是待檢位置表面不夠平整或者是存在粉刷層結(jié)構(gòu)時(shí)，則先要將其打磨處理，然后清理干凈。接收信號(hào)波的振幅大小，會(huì)在很大程度上受到結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷的影響，所以，進(jìn)行測(cè)量的過程中，要求換能器要保持較好的耦合狀態(tài)，在質(zhì)量缺陷測(cè)量過程中，混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)為自然干燥狀態(tài)。超聲波檢測(cè)質(zhì)量缺陷時(shí)具體布設(shè)實(shí)例見圖1(以井筒為例)。

圖1 超聲波檢測(cè)井筒質(zhì)量缺陷時(shí)布設(shè)實(shí)例

1.2 缺陷判定和數(shù)據(jù)處理

若是存在質(zhì)量缺陷的位置區(qū)域，通常聲波的傳播時(shí)間將變更長(zhǎng)，而且聲波的傳輸速率也會(huì)所有下降，聲波的吸收衰減會(huì)進(jìn)一步增加，波幅將顯著變小，而且聲波在質(zhì)量缺陷位置處穿透能力將顯著的變?nèi)?。這些均會(huì)導(dǎo)致聲波的波形發(fā)生較大變化，使得聲波不具有良好的連續(xù)性，而且所得波形也更加的不規(guī)則，根據(jù)這些現(xiàn)象能夠?qū)ΦV建工程的質(zhì)量缺陷進(jìn)行初步判斷。

在進(jìn)行計(jì)算判斷時(shí)，應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)當(dāng)是PSD判別法。PSD判別法也叫做是斜率判別法，其代表的是聲時(shí)隨深度變化曲線中相鄰點(diǎn)斜率Ktx與相鄰兩點(diǎn)聲時(shí)差Δt乘積，具體計(jì)算公式如下：

式中：ti、ti+1為相鄰兩點(diǎn)間聲時(shí)值；Hi、 Hi+1為相鄰兩點(diǎn)間深度值。

PSD判別方法是對(duì)聲時(shí)隨深度變化曲線求導(dǎo)計(jì)算的結(jié)果，通過PSD判別能夠更清晰了解到曲線出現(xiàn)突變現(xiàn)象的特征，尤其是針對(duì)一些界面存在明顯改變的質(zhì)量缺陷更是非常敏感。而且，該種判別方法對(duì)于混凝土材料不均勻分布等一些非質(zhì)量缺陷而導(dǎo)致的聲時(shí)改變，則很少有所體現(xiàn)，這樣確保了質(zhì)量缺陷判斷的準(zhǔn)確性與便捷性。

PSD判別方法對(duì)存在的質(zhì)量缺陷非常敏感，能夠非常好的呈現(xiàn)出缺陷具體位置以及缺陷性質(zhì)。若是聲測(cè)管存在一定的不平行現(xiàn)象，因?yàn)橄噜彍y(cè)點(diǎn)聲時(shí)差值不會(huì)出現(xiàn)太大的變化，所以，應(yīng)用PSD判識(shí)方法時(shí)對(duì)于聲測(cè)管的平行性要求也可以適合放寬。若是依照PSD無法對(duì)質(zhì)量缺陷加以判別時(shí)，還應(yīng)當(dāng)采用波速以及波形的畸變等現(xiàn)象進(jìn)行全面判識(shí)。

2 鋼筋混凝土質(zhì)量缺陷的強(qiáng)度檢測(cè)

因?yàn)椴捎镁C合法進(jìn)行檢測(cè)的過程中精度相對(duì)高而且誤差較小，檢測(cè)工作也更加的迅速，所以，在此次對(duì)井架結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)的過程中，通過利用超聲回彈綜合檢測(cè)方法對(duì)質(zhì)量缺陷加以檢測(cè)。井架支座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)號(hào)等級(jí)是C30，采用的粗骨料為5～25 mm的碎石。在測(cè)量之前首先要布設(shè)測(cè)區(qū)，在井架的基座位置各個(gè)水平之中一共布設(shè)有20個(gè)測(cè)區(qū)，分別對(duì)不同的測(cè)區(qū)進(jìn)行聲速測(cè)試以及回彈測(cè)試，在對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理過程中是依照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》以及《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》之中相關(guān)規(guī)定完成數(shù)據(jù)處理。

2.1 準(zhǔn)備工作

在測(cè)量之前首先將各種測(cè)試儀器準(zhǔn)備齊全，同時(shí)還要完成相應(yīng)的資料收集工作，對(duì)檢測(cè)作業(yè)事先進(jìn)行合理安排。布設(shè)的測(cè)區(qū)尺寸大小為200 mm×200 mm，測(cè)試區(qū)域?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)的側(cè)面位置，要注意避開鋼筋密集部位，同時(shí)還要避開預(yù)埋件，這樣才能保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

測(cè)試之前應(yīng)當(dāng)確保測(cè)試面整潔以及干燥，不應(yīng)當(dāng)存在接縫或者飾面層，要將表面的污垢以及浮漿等徹底清理干凈，同時(shí)還要避開表面蜂窩以及麻面位置，若是表面不平整則應(yīng)當(dāng)使用砂紙等工具將表面磨平處理，并將表面清理干凈。在進(jìn)行超聲測(cè)試的過程中，是通過側(cè)面進(jìn)行測(cè)試，收、發(fā)換能器的通路要求應(yīng)當(dāng)和鋼筋排列方向呈現(xiàn)特定角度值，這樣才能有效避免鋼筋材料帶來的影響，確保檢測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確。具體布設(shè)見圖2，其中①、②和③分別是超聲測(cè)試位置，間距值為300 mm。

圖2 超聲測(cè)試測(cè)點(diǎn)具體布設(shè)

2.2 數(shù)據(jù)收集和分析

在布設(shè)的20測(cè)區(qū)之中進(jìn)行回彈測(cè)試，回彈值記錄精確值0.01，而且相同的測(cè)點(diǎn)只能回彈一次，不允許在同一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多次回彈。把所得數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，得到20的測(cè)量區(qū)域中混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均值，再將均值和設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，得出實(shí)際值和設(shè)計(jì)值之間的差異。

在進(jìn)行超聲波檢測(cè)的過程中，使用的是平測(cè)法，每一個(gè)測(cè)量區(qū)域分別測(cè)試三組數(shù)據(jù)，在測(cè)量過程中確保換能器能夠和混凝土構(gòu)建更好的耦合，要保證測(cè)距誤差值控制在1%之內(nèi)，聲時(shí)的測(cè)量精度為0.1 us。得到20的測(cè)量區(qū)域中混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均值，再將均值和設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，得出實(shí)際值和設(shè)計(jì)值之間的差異。

利用綜合檢驗(yàn)方法對(duì)井架基座強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)，由于具體數(shù)據(jù)處理方法已經(jīng)論述，所需處理的數(shù)據(jù)量相對(duì)較大，數(shù)據(jù)處理過程也較為簡(jiǎn)單易懂，在此不再一一贅述，最后得出井架基座強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，順利的完成了礦建工程質(zhì)量缺陷檢測(cè)工作，進(jìn)一步確保了礦建工程的安全。

3 礦建工程質(zhì)量缺陷防治方法

3.1 嵌縫封堵方法

嵌縫封堵方法是在裂縫方向上開鑿出相應(yīng)的凹槽，在所開凹槽結(jié)構(gòu)之中填充上塑性或者是剛性的材料，從而確保裂縫被有效的密封。所采用的嵌縫材料主要有丁基橡膠、塑料油膏以及水泥基聚合物砂漿等。

3.2 混凝土置換方法

若是一些礦建工程存在較為嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，則對(duì)于這些部位混凝土應(yīng)當(dāng)采用置換的方法進(jìn)行處理。先將已經(jīng)發(fā)生較為嚴(yán)重?fù)p害的混凝土材料剔除干凈，再置換新的混凝土，或者置換成其他一些材料。所采用的置換材料主要有混凝土材料、聚合物材料以及改性聚合物砂漿材料等。

3.3 仿生自愈合方法

在對(duì)質(zhì)量缺陷進(jìn)行處理時(shí)，還能夠采用仿生自愈合方法，這是質(zhì)量缺陷處理的新型方法。此種方法是對(duì)生物組織修復(fù)創(chuàng)傷過程的一種模擬，其是在混凝土之中摻入一些包含有粘結(jié)材料的膠囊或者液芯纖維材料，在礦建工程出現(xiàn)質(zhì)量缺陷情況下，這些自修復(fù)材料便能夠?qū)恼辰Y(jié)劑排出，從而對(duì)裂縫等質(zhì)量缺陷進(jìn)行修復(fù)。

4 結(jié)語(yǔ)

礦建工程質(zhì)量缺陷包含有外部質(zhì)量缺陷以及內(nèi)部質(zhì)量缺陷，外部質(zhì)量缺陷主要是指的礦建工程結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)裂縫、蜂窩以及麻面等質(zhì)量缺陷。這些質(zhì)量缺陷通常較易被發(fā)現(xiàn)并采取有效措施加以處理，整體來說對(duì)礦建工程的質(zhì)量影響相對(duì)較小。內(nèi)部質(zhì)量缺陷主要內(nèi)部孔洞、鋼筋錯(cuò)位以及混凝土強(qiáng)度不足等缺陷，這些缺陷通過肉眼很難直接觀察到，要利用相應(yīng)檢測(cè)技術(shù)才能檢測(cè)到缺陷的存在。及時(shí)的發(fā)現(xiàn)礦井工程各種缺陷問題，就能夠制定有效的防范方案加以處理與補(bǔ)救，確保礦建工程的安全可靠。