超声检测法检测预应力管道压浆质量

超声检测法检测预应力管道压浆质量
唐恺
(江苏省交通科学研究院股份有限公司，南京，650217）
摘要：随着中国公路建设的高速发展,预应力混凝土结构得到广泛使用,在采用该工艺施工时, 其预留孔道的灌浆质量一直是人们关心的问题。

虽然近几年来超声波无损检测的理论与技术都有了很大的进展，单大量的实验研究已证明了目前有关混凝土的超声波技术的应用，大部分是停在对已有损害的识别，或是对混凝土强度的检测上，而在波纹管这种多相复合体系交织在一起的异质结构材料以及混凝土材料使用寿命的早期性能退化阶段的检测与评定方面的研究仅处于起步阶段。

因此，超声检测法检测预应力管道压浆质量发仍然具有较大潜力。

关键词：预应力管道压浆预应力损失，超声检测，密实度
前言：随着中国公路建设的高速发展,预应力混凝土结构得到广泛使用,在采用该工艺施工时, 其预留预应力管道的压浆质量一直是人们关心的问题.灌浆是否饱满,将直接影响预应力构件的整体强度和耐久性。

因此,人们十分关心预留预应力管道的灌浆质量。

但是,在实际灌浆操作中,由于管道堵塞、压浆方法不当、灌浆材料或人为疏忽等问题,沿预应力束有时会出现灌浆不密实,甚至出现孔洞等现象，会造成水分侵入而锈蚀钢束,这都将大大降低混凝土结构构件的耐久性
与承载能力[1]。

目前对预应力锚索孔的注浆饱和度控制，主要靠现场监理的旁站
来控制，判断方法是通过观察注浆过程中，浆液的出浆情况来判别该孔是否饱满及是否符合要求，具有很大的主观随意性，况且浆液在孔内的流动情况受施工操作、注浆压力等因素控制，监理人员难以判别浆液在孔内的饱满和固结情况。

目前国内开始采用弹性波方法加以解决，通过弹性波的传播途径，对弹性波的振幅，频率，波幅等参数的认识来识别有无缺陷。

1 预应力管道压浆的作用
预应力管道灌浆的密室与否直接关系到桥梁的长期使用性能，对桥梁起着至关重要的作用。

预应力管道灌浆技术是将水泥浆注入预留的预应力混凝土预应力管道．水泥浆充分包裹预应力筋。

主要能够保护预应力钢材不外露而遭锈蚀，保证预应力混凝土结构或构件的安全寿命；使预应力钢材与混凝土良好结合，保证它们之间预应力的有效传递，使预应力钢材与混凝土共同工作：能够消除由于预应力混凝土结构或构件在反复荷载作用下，应力变化对锚具造成的疲劳破坏，从而提高了结构的可靠度和耐久性。

预应力管道压浆的密室可以充分排除预应力管道内的水分和气体，保护预应力筋不锈蚀。

后张法预应力梁的预留预应力管道，穿入预应力筋锚固后，仍有1/2-1/3的空隙，压浆后水泥浆与梁体形成一个密实的整体，有利于整体共同受力。

密室的注浆可以减轻锚具工作负担，预应力管道压浆后，浆体对预应力筋将产生巨大的握裹力，这样减轻了锚具的负担，即便是锚具超过疲劳极限而失去作用，有水泥浆产生的握裹力作为第2道防线，也无须担心预应力筋脱锚而发生事故。

由此可见预应力管道压浆对桥梁的重要性，预应
力桥梁预应力管道注浆质量是桥梁工程质量控制的重要环节[2]。

预应力管道注浆
质量越来越引起建设方的重视和注意。

经过查证，预制梁板和现浇梁有40%-60%的预应力管道注浆存有问题。

检测预应力管道注浆质量，目前在国内、国外也有不少检测检测方法，我们引入弹性波反射法技术检测预应力管道注浆质量，为检
测预应力管道注浆质量提供一种检测方法，有效保证桥梁施工质量。

2 预应力管道压浆技术
在我国所使用的灌浆料一般为纯水泥浆，灌浆工艺一般压力灌浆或真空辅助压浆。

在施工现场，预应力管道灌浆是后张法预应力工艺的重要环节。

须注意灌浆用水泥标号应符合设计或规划要求。

施工中严格控制水泥浆水灰比，灌浆前用压力水冲洗预应力管道，灌浆顺序应先下后上，曲线预应力管道应从最低点开始向两端进行，在最高点设排气管。

预应力管道末端应设置排气孔。

每条预应力管道宜一次灌成，中途不应停顿。

理论上，按照国内外灌浆工艺及质量控制措施，能较好地保证灌浆的密实度。

但是，在实际的现场施工中还存在着以下一些因素，会导致灌浆质量问题：压浆不饱满，即为水泥浆未充满整个预应力管道，造成质量缺陷的主要原因为：出浆孔开的位置不对，未开在预应力管道的最高点，对于特殊部位仍按一般的操作进行灌浆，导致灌浆不密实。

施工人员责任心不强，在压浆时未等出浆孔冒出浓浆即停止压浆。

分两次压浆时，由于第一次压浆不当，导致无法第二次压浆，又没有采取必要的措施就放弃压浆。

压浆过程中，由于机械故障等原因，导致压浆中止，但对前面灌浆后的预应力管道又未及时清洗，
致使再次压浆时，由于管道、进出浆口等原因，无法压浆[3]。

目前管道成形多采
用预埋金属预应力管道法，金属预应力管道有其自身的优点，但由于生产工艺自身的限制，预应力管道肋和肋之间如果压箍不紧密就会有空隙存在，因此金属预应力管道的密封性能较差。

并且在施工现场由于固定预应力管道会使预应力管道受拉侧出现缝隙，或者由于振捣混凝土不慎而造成预应力管道的破坏。

总之由于种种原因导致预应力管道出现的缝隙会使混凝土水泥浆渗入管道中，这样不但直接影响混凝土的水化，更严重的是堵塞金属预应力管道道，直接影响灌浆质量。

根据规范要求，用于压浆的水泥浆，3h后泌水率不宜超过2％，24h后，泌水应能够被水泥浆完全自我吸收。

但实际上，即使泌水经过24h被水泥浆完全吸收，也会在硬化后的水泥石中留下空隙或孔洞，这种空隙或孔洞不但会影响水泥浆与预应力筋的粘结性能，也会使腐蚀物质深入并接触捣预应力筋，因此，最关键的
是不让泌水出现，或者直接将泌出的水排出[4]。

3 超声法检测预应力管道压浆质量技术
3.1 预应力管道压浆质量检测原理
该技术检测预应力管道饱满程度，是利用弹性波在预应力筋中传播特征（振幅，频率，相位）来识别砂浆包裹预应力筋的饱满程度。

预应力管道注浆饱满程度会对弹性波产生不同特征的阻抗。

我们通过识别弹性波传播特征，阻抗变化，来识别预应力管道注浆饱满程度的方法为简称弹性波反射法。

弹性波径向传播通过振幅得以体现。

砂浆饱满程度，对弹性波的径向传播有着抑制（压制弹性波振幅）作用，简称为阻抗。

注浆饱满，砂浆阻抗作用明显，弹性波信号急剧衰减；注浆不饱满或空浆，砂浆阻抗作用减小，弹性波信号衰减缓慢。

弹性波在预应力筋中传递一大段距离后，还存有强烈的弹性波反射信号。

该方法通过对所测预应力筋发射超磁弹性波信号，利用加速度传感器拾取反射波信号频率和相位特征，从而辨别预应力管道注浆饱满程度。

预应力管道注浆饱满，阻抗增大，从预应力筋拾取的声波图象来看，波形振幅和能量会呈现指数倍衰减，振幅和能量会很快均匀变小，大多出现高频特征。

相反，预应力管道注浆不密实，阻抗减小。

从预应力筋拾取的声波图象来看，波形振幅和能量会畸变，振幅增大，周期变长，
大多出现低频特征。

利用弹性波的传播机理和弹性波震源的特性，用弹性波震源从预应力锚索的一端输入弹性波信号，在锚索的另一端接收此弹性信号，根据弹性波的入射信号和传播输出信号，再利用弹性波在此预应力锚索不同结构传播的传导函数来计算分析桥梁预应力锚索的注浆质量。

3.2 预应力管道压浆技术实际工程应用
受昆明建设管理有限公司委托，我院对昆明市轿子雪山旅游专线公路建设工程预制梁板预应力管道压浆质量进行检测试验。

我单位严格依据国家行业标准对该项目梁板进行抽检。

依据合同规定，对本工程预制梁板总计14400m的预应力管道长度进行检验压浆密实。

该检测技术得到了业主单位以及现场施工单位的认可，对轿子雪山旅游专线公路全线预应力管道压浆质量控制起到了至关重要的作用。

以下是现场检测预应力管道压浆质量的波形图：
现场采集波形图1-1
滤波分析图1-2
预应力管道注浆密实度结果分析：该预应力预应力管道压浆密室，弹性波在预应力管道内规律性变化，无突变点。

该预应力管道注浆质量优良。

现场采集波形图2-1
滤波分析图2-2
预应力管道注浆密实度结果分析：该预应力预应力管道内压浆有三处存在波形突变，不是规律性衰减，该位置处可能存在压浆不密室情况，弹性波在预应力管道内传播总体呈规律性变化，故该预应力管道密室度情况可评为良好。

3.3 现场开孔验证孔道压浆饱满度
由于弹性波检测预应力管道压浆质量属于新技术，理论方面验证可行，可是缺少实践经验的支持，在轿子雪山旅游专线公路工程中，通过业主以及施工单位配合，通过一定的现场开孔等试验验证了检测结果，有效验证了该技术的实践可行性。

4 总结
弹性波反射法检测桥梁预应力管道注浆饱满程度，是一种新的检测方法。

还处在一定的探索阶段。

目前，在研究预应力管道注浆质量的理论上和实践中，存在一定的认识盲区。

我们根据声波数据采集的多样性和波形的一致性，进行开孔验证，大量实践表明，该技术具有很多成功的例子，值得在桥梁、边坡等重要结构物的预应力管道、锚索和锚杆注浆质量检测中推广和运用。

参考文献：
[1]、徐向锋,叶见曙,张峰.预应力混凝土箱梁耐久性的调查研究[J].山东交通学院学报,2007,15(3):28-33.
[2]、刘其伟,张鹏飞,吴建平.实桥预应力预应力管道压浆调查和钢丝性能分析[J].桥梁建设,2006(5):72-75.
[3]、罗强胜.预应力预应力管道压浆的施工质量控制[J].湖南交通科
技,2006,32(2):109-111.
[4]、王天生.预应力梁预应力管道压浆存在的问题和产生原因及预防[J].山西交通科技,2006(2):49-50,78.。