矿建混凝土工程质量缺陷分析探讨

赵世杰

（山西煤炭运销集团 马家岩煤业有限公司，山西 太原 030300）

矿建工程有井筒、井架、井塔以及煤仓、井下巷道及硐室等，这些工程多采用混凝土材料浇筑成型，施工过程中极易出现质量缺陷问题。因此，要掌握质量缺陷的检测与处理方法，这样才能更好防控质量缺陷，保证矿建工程质量，为煤矿企业安全生产提供可靠保证。

1 矿建工程质量缺陷的无损检测

在矿建工程质量缺陷的检测过程之中，应用最为广泛的无损检测方法便是超声波检测方法。超声波无损检测方法是根据脉冲波在相同条件下在材料中传播时间相同的原理，结合接收到波形振幅以及频率等各种参数变化，对结构中的缺陷加以判断。脉冲信号传播速率和结构自身密实度存在很大的关联性。若结构所使用的材料、配合比以及龄期等均相同，那么脉冲传播的速率越高，则表明所检测的结构更为密实，若是脉冲传播速率越低，则表明结构更加松散。如果结构之中存在孔洞或者存在裂缝，便会导致结构整体性受到破坏，此时超声脉冲信号只有绕过空洞以及裂缝而传播至接受换能器装置之中，所以，这种情况下脉冲所经过的路径将更长，检测所用的声时同样也会更长，或是检测的声速会更小。并且，因为空气所拥有的声阻抗率要较结构材料所拥有的声阻抗率小很多，在脉冲信号在结构材料中传播时，若是碰到蜂窝或者孔洞缺陷，会在这些缺陷界面位置处形成散射或者形成反射，从而导致声能出现衰减，尤其是一些频率较高成分会衰减的更加迅速，所以，接受到的脉冲信号波幅同样也会出现明显降低。另外，由于结构中有缺陷存在，会产生一定的反射以及散射问题，这些波会和直接传输至换能器之中的超声波出现一定的声程差以及相位差，在不同的波叠加后便会产生干扰，进而使得信号波形出现畸变现象。

1.1 现场测试

在使用超声波无损检测仪器对矿建工程的质量缺陷进行现场检测时，应当首先完成测区的布设，还要将待测构建的对称表面清理干净，以便开展后续测量工作。在布设好了测区之后要设置相应的测量位置，准确的量取距离，应当确保测量位置和周围位置钢筋轴线相互平行。若是待检位置表面不够平整或者是存在粉刷层结构时，则先要将其打磨处理，然后清理干净。接收信号波的振幅大小，会在很大程度上受到结构质量缺陷的影响，所以，进行测量的过程中，要求换能器要保持较好的耦合状态，在质量缺陷测量过程中，混凝土结构应当为自然干燥状态。超声波检测质量缺陷时具体布设实例见图1(以井筒为例)。

图1 超声波检测井筒质量缺陷时布设实例

1.2 缺陷判定和数据处理

若是存在质量缺陷的位置区域，通常声波的传播时间将变更长，而且声波的传输速率也会所有下降，声波的吸收衰减会进一步增加，波幅将显著变小，而且声波在质量缺陷位置处穿透能力将显著的变弱。这些均会导致声波的波形发生较大变化，使得声波不具有良好的连续性，而且所得波形也更加的不规则，根据这些现象能够对矿建工程的质量缺陷进行初步判断。

在进行计算判断时，应用最为广泛的应当是PSD判别法。PSD判别法也叫做是斜率判别法，其代表的是声时随深度变化曲线中相邻点斜率Ktx与相邻两点声时差Δt乘积，具体计算公式如下：

式中：ti、ti+1为相邻两点间声时值；Hi、 Hi+1为相邻两点间深度值。

PSD判别方法是对声时随深度变化曲线求导计算的结果，通过PSD判别能够更清晰了解到曲线出现突变现象的特征，尤其是针对一些界面存在明显改变的质量缺陷更是非常敏感。而且，该种判别方法对于混凝土材料不均匀分布等一些非质量缺陷而导致的声时改变，则很少有所体现，这样确保了质量缺陷判断的准确性与便捷性。

PSD判别方法对存在的质量缺陷非常敏感，能够非常好的呈现出缺陷具体位置以及缺陷性质。若是声测管存在一定的不平行现象，因为相邻测点声时差值不会出现太大的变化，所以，应用PSD判识方法时对于声测管的平行性要求也可以适合放宽。若是依照PSD无法对质量缺陷加以判别时，还应当采用波速以及波形的畸变等现象进行全面判识。

2 钢筋混凝土质量缺陷的强度检测

因为采用综合法进行检测的过程中精度相对高而且误差较小，检测工作也更加的迅速，所以，在此次对井架结构进行检测的过程中，通过利用超声回弹综合检测方法对质量缺陷加以检测。井架支座结构的设计强度标号等级是C30，采用的粗骨料为5～25 mm的碎石。在测量之前首先要布设测区，在井架的基座位置各个水平之中一共布设有20个测区，分别对不同的测区进行声速测试以及回弹测试，在对所得数据进行处理过程中是依照《水工混凝土试验规程》以及《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》之中相关规定完成数据处理。

2.1 准备工作

在测量之前首先将各种测试仪器准备齐全，同时还要完成相应的资料收集工作，对检测作业事先进行合理安排。布设的测区尺寸大小为200 mm×200 mm，测试区域为混凝土结构的侧面位置，要注意避开钢筋密集部位，同时还要避开预埋件，这样才能保证测试结果的准确性。

测试之前应当确保测试面整洁以及干燥，不应当存在接缝或者饰面层，要将表面的污垢以及浮浆等彻底清理干净，同时还要避开表面蜂窝以及麻面位置，若是表面不平整则应当使用砂纸等工具将表面磨平处理，并将表面清理干净。在进行超声测试的过程中，是通过侧面进行测试，收、发换能器的通路要求应当和钢筋排列方向呈现特定角度值，这样才能有效避免钢筋材料带来的影响，确保检测结果更为准确。具体布设见图2，其中①、②和③分别是超声测试位置，间距值为300 mm。

图2 超声测试测点具体布设

2.2 数据收集和分析

在布设的20测区之中进行回弹测试，回弹值记录精确值0.01，而且相同的测点只能回弹一次，不允许在同一测点进行多次回弹。把所得数据进行整合分析，得到20的测量区域中混凝土结构强度均值，再将均值和设计值进行比较，得出实际值和设计值之间的差异。

在进行超声波检测的过程中，使用的是平测法，每一个测量区域分别测试三组数据，在测量过程中确保换能器能够和混凝土构建更好的耦合，要保证测距误差值控制在1%之内，声时的测量精度为0.1 us。得到20的测量区域中混凝土结构强度均值，再将均值和设计值进行比较，得出实际值和设计值之间的差异。

利用综合检验方法对井架基座强度进行了检测，由于具体数据处理方法已经论述，所需处理的数据量相对较大，数据处理过程也较为简单易懂，在此不再一一赘述，最后得出井架基座强度达到了设计要求，顺利的完成了矿建工程质量缺陷检测工作，进一步确保了矿建工程的安全。

3 矿建工程质量缺陷防治方法

3.1 嵌缝封堵方法

嵌缝封堵方法是在裂缝方向上开凿出相应的凹槽，在所开凹槽结构之中填充上塑性或者是刚性的材料，从而确保裂缝被有效的密封。所采用的嵌缝材料主要有丁基橡胶、塑料油膏以及水泥基聚合物砂浆等。

3.2 混凝土置换方法

若是一些矿建工程存在较为严重的质量缺陷，则对于这些部位混凝土应当采用置换的方法进行处理。先将已经发生较为严重损害的混凝土材料剔除干净，再置换新的混凝土，或者置换成其他一些材料。所采用的置换材料主要有混凝土材料、聚合物材料以及改性聚合物砂浆材料等。

3.3 仿生自愈合方法

在对质量缺陷进行处理时，还能够采用仿生自愈合方法，这是质量缺陷处理的新型方法。此种方法是对生物组织修复创伤过程的一种模拟，其是在混凝土之中掺入一些包含有粘结材料的胶囊或者液芯纤维材料，在矿建工程出现质量缺陷情况下，这些自修复材料便能够将包裹的粘结剂排出，从而对裂缝等质量缺陷进行修复。

4 结语

矿建工程质量缺陷包含有外部质量缺陷以及内部质量缺陷，外部质量缺陷主要是指的矿建工程结构表面出现裂缝、蜂窝以及麻面等质量缺陷。这些质量缺陷通常较易被发现并采取有效措施加以处理，整体来说对矿建工程的质量影响相对较小。内部质量缺陷主要内部孔洞、钢筋错位以及混凝土强度不足等缺陷，这些缺陷通过肉眼很难直接观察到，要利用相应检测技术才能检测到缺陷的存在。及时的发现矿井工程各种缺陷问题，就能够制定有效的防范方案加以处理与补救，确保矿建工程的安全可靠。