预应力体系检测方法及技术分析

预应力体系检测包括预应力管道定位、预应力管道注浆饱满度和预应力锚头锈蚀情况检测。 桥梁混凝土结构预应力管道定位及其注浆饱满度检测的无损检测方法分全长普查类方法和侧面扫查类方法两种。 其中,声波透射法和声波反射法属于全长普查类方法,声波剖面法、冲击回波法、地质雷达法属于侧面扫查类方法。 采用无损检测方法时,应配合钻孔及内窥镜检测进行验证。

1)预应力管道定位、注浆饱满度检测

(1)检测原理

预应力混凝土桥梁中预应力管道位置的确定是预应力混凝土桥梁耐久性检测和评估的重要内容(图11.24)。 检测预应力管道位置比较可行的方法有扫描式冲击回波法和探地雷达法,这些方法已用在混凝土内部缺陷检测及路面厚度等检测中。

冲击回波的基本检测原理:用1 个小锤或冲击器作为激振源在预应力管上方混凝土表面冲击来产生压缩波,然后该压缩波向下传播,如果板内没有管道,则该波直接传播到板底后反射回来被传感器接收;如果板中有预应力管,则该压缩波向下传播时会发生扰动,传播时间变长,测试主频变小,测试出的厚度变大。 根据主频和厚度的变化情况,可确定管道位置。

对于探地雷达法,由于电磁波在特定介质中的传播速度不变,因此根据探地雷达记录的地面反射波与地下反射波的时间差,即可算出目标物的埋藏深度。

图11.24　预应力管道定位示意图

预应力管道注浆饱满度无损检测原理与混凝土内部缺陷检测一致。

(2)预应力管道注浆饱满度检测要求

桥梁混凝土结构预应力管道注浆饱满度检测的无损检测详细规定可参考《桥梁混凝土结构无损检测技术规程》(T/CECS.G:J50-01—2019)的相关规定,具体要求如下:

①塑料预应力管道对冲击弹性波的阻碍超过金属管道,会使得冲击弹性波更趋向绕行塑料管道到达底板,从而让塑料管道板的厚度频率较金属管道板的厚度频率向低频发生更大漂移,试验验证含塑料管道的板的波峰频率值均小于含相同尺寸金属管道的板的相应波峰频率值。

②若测线布置沿预应力管道,则检测前,宜采用雷达法等其他非破损检测方法进行预应力管道的定位。 为提高冲击回波检测的重复性和可靠性,同时减少精确定位管道的要求,测线或测点宜采用沿垂直管道方向进行检测。

③一般情况下,不会从小直径(小于25 mm)钢筋处反射回来的应力波在振幅谱中产生明显峰值,但是大直径(不小于25 mm)的钢筋和较短的接触时间,会出现从钢筋处反射回来的冲击弹性波将在振幅谱中产生峰值,条件允许下宜避开钢筋进行检测。 同时,试验证明当冲击接触时间适当增大时,振幅谱中钢筋的影响将减小甚至难以辨别,所以可考虑采取加大冲击接触时间的方法来避开普通钢筋的影响。

④冲击回波方法不适用于管道上方有缺陷或混凝土与管道外壁黏结不良或脱空情况下的预应力管道注浆缺陷检测。 预应力管道的大小、混凝土板的截面形式(高宽比)、管道埋深、管道间间距、预应力放置情况及波纹管材质等因素都会对冲击回波法检测管道内缺陷情况产生影响。 宜反复测试,综合分析进行判定。

⑤在记录数据前,应通过选择合适的冲击能量、冲击接触时间和设置合适的增益来提高信噪比。 数据判定时,应只选择真正的底面回波信号做时间域信号的快速傅里叶变换,而且通过设置合适的滤波方式和滤波范围对频域信号做进一步的处理,以剔除对检测结果有影响的噪声信号。

⑥管道上方有缺陷或混凝土与管道外壁黏结不良而脱空时,都会造成冲击弹性波在缺陷或脱空上方反射,从而无法正确地检测管道和管道内部,不能判断其内部压浆情况。

⑦注浆料龄期太短,注浆材料未充分硬化,强度低,会给检测结果带来一定的误差,难以检测注浆不密实缺陷。(www.xing528.com)

⑧要求混凝土具备一定的强度,达到C25 以上。 表面无缺陷及灰尘,保证耦合效果。

⑨测试时尽量避免边界效应,由于边界反射的存在,太靠近结构边界的测点很难进行数据分析处理。 预应力管道不能太浅也不能太深,最好是埋在结构中间位置,且管径与结构厚度比应大于0.2。

⑩雷达法检测混凝土结构技术只适用于被测结构中钢筋分布不是很密集的情况下。 如箱梁腹板的钢筋网间距很小,采用雷达法无法进行检测。 雷达属于电磁波,对金属比较敏感,很容易发现钢筋的存在,但是当钢筋很密时,雷达电磁波很难穿透进去,所以,雷达测试方法不适合钢筋比较密的结构,如桥梁的梁板缺陷、金属波纹管内的压浆饱满度等。

(3)预应力管道注浆饱满度的检测步骤

预应力管道注浆饱满度应按照以下步骤进行:

①根据桥梁结构设计图纸,确定拟检测预应力管道的基本位置;

②用雷达或超声回波仪对预应力管道进行现场定位;

③沿预应力管道进行压浆饱满度的扫查;

④根据扫查结果确定抽检部位和抽检数量;

⑤在确定的抽检点附近,通过雷达进行钢筋和钢束扫描并标记钻孔部位;

⑥采用冲击钻进行打孔,注意不要损坏预应力钢筋;

⑦注意观察钻孔是否有流水情况,采用内窥镜进行压浆质量的观测和拍照。

2)预应力锚头锈蚀情况检测

预应力锚头锈蚀情况检测参照钢筋锈蚀检测方法进行,方法主要分为物理分析法、电化学检测法、综合分析法3 类。

物理检测法主要通过测量钢筋锈蚀引起电阻、电磁、热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋锈蚀情况。 其特点是操作方便,易于现场的原位检测,受环境的影响小,主要有电阻探头法、声发射探测法、涡流探测法、射线法、红外热像法、光纤传感器法、近场微波反射法等。 物理方法检测钢筋的锈蚀情况,其重点都在测定钢筋的锈蚀量或钢筋锈蚀随时间的变化,但这些方法容易受到混凝土中其他损伤因素的干扰,而且建立物理测定指标与钢筋锈蚀量之间的对应关系比较困难,所以物理检测方法只能提供定性的结论。

电化学检测方法是通过测定钢筋混凝土锈蚀体系的化学特性来确定混凝土中钢筋的锈蚀程度和锈蚀速度,主要包括半电池电位法、极化电阻法、电阻率法、交流阻抗谱法、恒流脉冲法、电化学噪声法等。 电化学测量是反映钢筋锈蚀本质过程的有力手段。 电化学检测方法的优点是测试速度快、灵敏度高、可连续跟踪和原位测量等,因此电化学检测方法在钢筋锈蚀研究领域得到很大的重视和发展,是今后混凝土中钢筋锈蚀非破损检测的重要发展方向。

综合分析法是根据影响钢筋锈蚀的直接或间接因素的测量与分析,定性推断钢筋的锈蚀程度。 这种推断反映的是钢筋锈蚀可能达到的程度,而不是实际测量出的锈蚀程度,因而带有一定的主观分析和经验判断成分。 根据混凝土中性化深度和构件表面裂缝分布、宽度来判断钢筋的锈蚀程度就属于综合分析法。