基于超声波技术的PVA-DSECC材料无损检测分析

魏雍　李世友

摘  要：PVA-DSECC材料作是一种现代新型复合型材料，其强度较高，抗压能力较强，故而被广泛的应用的工程领域当中。而实际在对PVA-DSECC材料进行检测时，为保障PVA-DSECC材料不被破坏，往往需要利用无损伤检测技术，而将超声波技术利用与无损伤检测技当中，能够更好的完成PVA-DSECC材料无损检测工作。基于此，本文主要研究基于超声波技术的PVA-DSECC材料无损检测分析，希望对相关人员有所启示。

关键词：超声波技术;PVA-DSECC材料;无损检测

引言：PVA-DSECC材料是一种新型复合型水泥复合材料，其是在ECC材料的基础上实现沙漠砂替代部分天然砂而形成的，是一种具备原有ECC功能且能够在一定程度上提高原有ECC材料强度的新型复合材料。本文主要是在超声波波速研究的基础上探究超声波技术与PVA-DSECC材料强度之间的关系，从而帮助超声波技术能够更好的利用于PVA-DSECC材料无损检测技术中提供有力依据。

1、相关理论概述

ECC材料是一种具备高延展性和高韧性的水泥复合材料，自该材料被研发之后便广泛的投入到水利工程、桥梁工程、抗震结构等领域当中，并取得了较好的应用效果。但由于ECC材料的主要构成材料为天然砂，随着工程领域对ECC材料的使用需求越来越高、使用量越来越大，导致天然砂资源逐渐匮乏，致使ECC材料的生产力不能够满足实际工程的需求量。因此，相关领域研究人员便开展了对天然砂替换材料的研究，并在研究中发现，将部分天然砂替换为沙漠砂依旧能够促使ECC材料保持高延展性、高韧性的特点，且沙漠砂资源丰富，利用沙漠砂与天然砂混合制作ECC材料同样也符合制备绿色环保材料的特性，而相关领域研究学者将利用沙漠砂代替部分天然砂的工程水泥复合材料成为DSECC。PVA是指利用聚乙烯醇纤维制成的材料，故而PVA-DSECC材料则是采用聚乙烯醇纤维制备的具有高延性纤维增强的水泥基复合材料[1]。

无损检查技术是指在不破坏被检测物体外形、不损伤被检测物体内部结构的前提下对被检测物体进行物质结构和力学性能进行检测，从而分析被检测物体的使用功能及价值，就目前情况而言，无损伤技术在检测混凝土裂缝、强度、导堤等方面得到了较好的应用效果。然而，现阶段我国利用无损伤技术检测ECC仅限于检测ECC的冻融损伤情况的检测，其主要原因为无损伤技术的研究及应用还处于发展中阶段，因此，需要在无损伤技术上添加其他技术来增强国内无损伤技术检测ECC的水平。超声波技术主要是利用频率高于20000HZ的声波对标的物进行作业，超声波的方向性好、穿透能力强，主要是利用声音传播及回声的原理来对传播介质进行检测或作业，在超声波技术的基础上利用无损伤技术开展对工程水泥复合材料的检测能够很好的完成对工程水泥复合材料的力学检测与强度分析，这对于提高国内无损伤检测技术水平尤为重要。基于超声波技术的PVA-DSECC材料无损伤检测主要是利用以超声波的波速为依据，根据材料本身的性质研究超声波波速与PVA-DSECC材料强度之间的关系，从而促使无损伤检测工作顺利完成[2]。

2、基于超声波技术的PVA-DSECC材料无损检测分析

2.1水胶比、龄期对超声波波速的影响

首先，从水胶比的角度来分析。经过我国相关人员的实验研究表明，在同一龄期下，水胶比越大，超声波的波速越低，故而PVA-DSECC材料强越低。其主要原因为，由于水胶比增加致使PVA-DSECC材料内部孔隙增多，PVA-DSECC材料内部密实度较低，而在超声波在PVA-DSECC材料内部孔隙处传播声波时，会导致声波的传递受到阻碍，故而超声波波速下降，进而导致PVA-DSECC材料强度下降。

其次，从龄期的角度来分析。经过我国相关人员实验研究表面，在同一水胶比下，龄期越高，超声波的波速越高，故而PVA-DSECC材料强度下降，强度越高。其主要原因为，随着龄期的增高，PVA-DSECC材料的水化就会越来越充分，在PVA-DSECC材料水化的过程中，会生成水化硅酸钙凝胶，而硅酸钙凝胶会在吸附在PVA-DSECC材料内孔隙处，进而使得PVA-DSECC材料内部密实度增加，这也就说明超声波在超声波在PVA-DSECC材料内部孔隙处传播声波时不会受到孔隙作用力的影响，超声波可以正常的传播，因此，超声波的波速有所提高，进而促使导致PVA-DSECC材料强度增加。

2.2砂胶比对超声波波速的影响

经过我国相关人员的实验研究显示，超声波波速与PVA-DSECC材料的砂胶比呈现的是正比例赠的关系，及砂胶比越大，超声波波速越大，进而也说明PVA-DSECC材料强度越高，但在同一龄期下，砂胶比对PVA-DSECC材料强度的影响效果较小，即在同一龄期下PVA-DSECC材料强度会随着砂胶比的增加而小幅度增加。

2.3沙漠砂替代率对超声波波速的影响

沙漠砂替代率既是指沙漠砂在PVA-DSECC材料内所占的比例，如当沙漠砂的替代率为100%时，则说明在PVA-DSECC材料內无天然砂，但就目前情况而言，PVA-DSECC材料内的沙漠砂替代率通常情况下在90%左右。总体而言，超声波波速会随着沙漠砂替代率的转变而发生改变，但二者之间并不是一直处于稳定的正比或反比方式，而是呈现一种不对称抛物线式的关系，即当沙漠砂的替代率增加时，超声波的波速会呈现先增加后减少的趋势。据笔者调查研究现实，当沙漠砂替代率达到100%时与沙漠砂替代率为40%时超声波波速接近，而超声波波速与PVA-DSE材料的强度有着直接的关系，PVA-DSECC材料强度越大，超声波波速越大，而当沙漠砂替代率为90%时，超声波波速最大，因此也说明当沙漠砂替代率为90%时，PVA-DSECC材料强度最高。此外，河沙是ECC内天然砂的主要成分，与河沙相比，沙漠砂中的风积沙粒径较小，故而能够起到很好的填充作用，促使PVA-DSECC材料内部结构密实度更高，但风积沙相比于河沙而言，其强度较低，若过量替代则会导致PVA-DSECC材料的强度有所降低，这也是实际PVA-DSECC材料内沙漠砂替代率超过90%会导致PVA-DSECC材料强度降低的主要原因。

2.4超声波波速与抗压强度之间的关系

超声波波速与PVA-DSECC材料抗压强度之间的关系主要是利用超声波回弹综合法来检测。超声波回弹综合法是以声波的传播速度为依据，弹出声波的回弹值，从而判断PVA-DSECC材料的抗压强度，超声波综合回弹法是无损伤检测技术的一种，当对PVA-DSECC材料强度有怀疑时，可利用该技术判定PVA-DSECC材料的强度，同时，判定结果也可以作为PVA-DSECC材料质量问题的依据。总体而言，超声波波速会随着PVA-DSECC材料抗压强度的增大而增加，二者之间处于正比例的关系，通常情况下，判定超声波波速与PVA-DSECC材料抗压强度关系的公式如下所示。（其中为超声波波速，为PVA-DSECC材料圆柱体抗压强度）

结论：综上所述，PVA-DSECC材料内的水胶比、砂胶比、沙漠砂替代率及龄期都会不同程度的对PVA-DSECC材料的强度。而若想探究基于超声波技术下的PVA-DSECC材料无损检测技术，首先需要掌握基于超声波技术下无损检测技术与PVA-DSECC材料之间的关系，而通过对超声波波速的监测能够很直观的看出PVA-DSECC材料强度，进而帮助无损检测技术顺利完成对PVA-DSECC材料的检测。

参考文献：

[1]韩冠生.沙漠砂制备PVA-ECC基本力学性能研究[D].宁夏：宁夏大学，2018.

[2]靳羽.桥梁混凝土超声波检测技术在桩基检测中的应用[J].工程技术研究，2021，03（10）：47-48.