超声斜测法检测预制双面叠合剪力墙空腔混凝土密实度

刘承灵 曹 铖 王平安 米宗宝 万黔云

（1.中国建筑第四工程局有限公司，陕西 西安 710000；2.西咸新区云筑园房地产有限公司，陕西 西安 710000）

三一云城一期项目位于陕西省沣西新城创新港片区东四路以东、科技北路以南、沣渭大道以西、科技路以北，项目用地面积5.36万㎡，总建筑面积19.65万㎡。

项目由11栋高层住宅单体及其他配套用房、地下车库等组成，所有高层住宅单体均全面应用双面叠合剪力墙结构，建筑层数为地下2层、地上17～25层，按照《装配式建筑评价标准》（GB/T 51129-2017）评价得分50%～63%。项目建设过程如何确保双面叠合剪力墙空腔混凝土密实度是最大的重难点，而双面叠合剪力墙结构追根到底就是采用装配式技术施工的剪力墙结构，其剪力墙及边缘构件的混凝土密实度是保障结构安全的最大因素，笔者前期也做了较多研究，此处不做赘述。本文主要对“如何采用超声法进行双面叠合剪力墙空腔混凝土密实度的无损检测”这一课题进行研究讨论。

经查阅资料以及与多家资深检测单位、高校专家沟通，超声波用来钢结构探伤、桩基探伤、裂缝检测等技术较为成熟，但目前超声波检测混凝土空腔类缺陷的技术尚不成熟，标准化程度较低，未形成统一且认可度高的国家标准，但作为双面叠合剪力墙空腔混凝土密实度的辅助手段，具有一定的可行性。对质量存疑区域，可采取钻芯取样等方式进行确认复核。

1 检测原理

检测采用超声脉冲双面对测。在墙体两侧的对应点位分别将转换能涂抹耦合剂后紧贴墙体，在转换能一端发射超声波，转换能另一端接收超声波，这个过程中所依据仪器呈现的相关声学参数的异常来判定空腔混凝土的内部缺陷情况。

混凝土内部缺陷判定指标有：声速、波幅、主频等。当混凝土的组成成分相同时，空隙率越小，内部越密实，声波的波速越快，其强度越高。但是混凝土是一种混合型材料，其强度与声速之间的关系并不稳定，还与温度、湿度、龄期以及原料性质等多个因素有关。在缺陷部位所测声时偏长，声速偏小。

当超声波通过含有离析区、低强区或者其他缺陷的混凝土时，由于混凝土对声波的衰减，接收波的波幅将明显减小。通常声波衰减越大，接收波的波幅减小越明显，所以在实际检测时，波幅的变化也是判断混凝土缺陷的一项重要依据。

简而言之，就是波速越低，代表混凝土强度越低（在混凝土强度一致的情况下，内部空腔的可能性就较大）；波幅越小，代表超声波经过离析、低强或其他缺陷区的可能性越大。基于该原理可以对叠合墙内部缺陷问题做一个定性的判定。

2 超声波检测设备要求

超声波检测设备主要由超声波检测仪主机、平面换能器、信号电缆等其他辅件组成，还要辅以计算机软件导出数据进行分析。

2.1 超声波检测仪要求

（1）具有波形清晰、显示稳定的示波装置；

（2）声时最小分度为0.1μs；

（3）具有最小分度为1dB的衰减系统；

（4）接收放大器频响范围10kHz～500kHz，总增益不小于80dB，接收灵敏度（在信噪比为3∶1时）不大于50μV；

（5）电源电压波动范围在标称值±10%的情况下能正常工作；

（6）连续正常工作时间不少于4h。

2.2 换能器的技术要求

（1）常用换能器具有厚度振动方式和径向振动方式两种类型，可根据不同测试需要选用；

（2）厚度振动式换能器的频率宜采用20kHz～250kHz，径向振动式换能器的频率宜采用20kHz～60kHz，直径不宜大于32mm。当接收信号较弱时，宜选用带前置放大器的接收换能器；

（3）换能器的实测主频和标称频率相差不应大于±10%。

3 检测对象及检测方法

3.1 检测时间

当混凝土龄期比较短时，混凝土内部水分没有充分水化，会影响脉冲波在混凝土中的传播速度，因此要求混凝土龄期不小于7d。

3.2 待检测构件要求

当混凝土内部钢筋配置比较密集时，钢筋会对脉冲波的传播造成干扰，从而影响对缺陷的识别。一般情况下，对于素混凝土结构，或者以配置分布筋为主的叠合板、叠合墙结构，相控阵超声法是比较适用的；但对于钢筋配置比较密集的梁柱节点，该方法的适用性就比较差，另外，对于混凝土中有钢板存在的位置，该方法的适用性也比较差，尚需开展进一步的研究。

（1）混凝土龄期不宜小于7d；

（2）混凝土内部钢筋配置不宜过于密集；

（3）测区表面宜为混凝土原浆面，表面平整度偏差不应大于3mm，且不应有蜂窝、孔洞等外观质量缺陷，必要时可用砂轮磨平或用高强度的快凝砂浆抹平；

（4）测区表面不应有积水。

3.3 检测对象选择

结合前文所述要求，本次研究主要选取现场一堵含减重聚苯板的双面叠合剪力墙作为检测对象，如图1所示，并选取一堵普通双面叠合剪力墙作为参照进行结果验证。

3.4 检测样本数量

根据《装配式住宅建筑检测技术标准》（JGJ/T 485-2019）要求，检测样板首层不少于剪力墙构件数量的20%，其他层不少于10%，且不少于1个。

因超声法检测双面叠合剪力墙空腔混凝土密实度的方法尚不成熟，其检测结果很大程度受到人为操作、环境因素影响，针对项目前三层装配式结构进行全覆盖取样的方式，对该检测方法进行验证，并对检测结果进行整理分析，完善检测方法。

3.5 检测点位设置

根据经验，与传统现浇墙柱类似，空腔混凝土浇筑不密实的情况易发生在墙根部位置，特采取矩形布点方式，每个检验对象在墙体A面设置5行×10列的检测点位，最底部点位离地面高度为150mm～300mm，墙端部点位距墙边缘≥200mm，为降低墙身钢筋对检测结果的干扰，背面对应位置依次抬高200mm设置，采取斜测法进行检测，如图2所示。

先选取该含减重聚苯板的双面叠合剪力墙进行检测，检测点分布如图3所示。

3.6 检测方法

（1）按照前文所述位置在墙身A面及B面分别采用卷尺及墨斗弹出纵横向轴网线并进行编号，为避免地面高低不平，需通过激光扫平仪确认两面墙参照点地面标高，或者通过结构1m线来确认标高；

（2）轴网交点位置充分涂抹超声探伤专用耦合剂；

（3）打开仪器，进行仪器零声时设置，然后输入工程概况及检测数据等参数；

（4）为降低结构钢筋对检测结果造成的影响，采用斜测法（即错位检测法）进行检测，自A轴起采用S形路径，B面接收换能器放置在对应位置进行检测，检测路径与仪器设置保持一致；

（5）检测完成后采用U盘将检测数据导出或上传至云平台备用。

4 检测数据分析及结论

4.1 自动数据测缺分析

部分仪器对应软件平台具有自动数据测缺分析功能，可以将检测数据导入后自动得出检测结论，生成检测结果报告，但因超声测缺技术受人为因素影响较大，仪器分析得出的结论与现场实际情况存在一定差异。

4.2 数据处理

结合《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS21-2000）以及《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004），并充分咨询行业专家意见，通过现场大量实践验证，采用以下数据处理方法可以得出有效结论。该墙体采用超声法检测空腔混凝土密实度输出数据如表1所示。

4.2.1 处理方法及评判标准

将一测区各测点的波幅、频率或由声时计算的声速值由大至小按顺序排列，将排在后面明显小的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最大的一个连同其前面的数据计算出平均值mx及标准差sx，并代入下式计算出异常情况的判断值：X0=mx-λ1·sx。（本次取样点数50个，取λ1=2.05）

将判断值X0与可疑数据的最大值Xn相比较，如Xn小于或等于X0，则Xn及排列于其后的各数据均为异常值，并且去掉Xn，在用X1～Xn-1进行计算和判别，直至判不出异常值为止；当Xn大于X0，应再将Xn+1放进去重新进行统计计算和判别。

当测区中某些测点的声速值、波幅值（或频率值）被判为异常值时，可结合异常测点的分布及波形状况确定混凝土内部存在不密实区或空洞的范围。

4.2.2 迭代法数据处理

以波幅为例进行数据处理分析，计算分析可采用Excel的自动排序功能和AVERAGE（平均值）及STDEVP（标准差）函数，具体判别过程如下：

第一步：根据经验判断波幅不高于88.86dB（D09点位）的为可疑值，将该值设为Xn。实际上，Xn需根据经验来选择，该值的判定只会影响迭代次数，但不会影响最终判定结果，可以放心取值。

第二步：将D09点位以及其他波幅大于88.86dB的点位计算得出平均值mx=120.11，标准差sx=8.80，判断值X0=102.06，因88.86dB＜102.06dB，进入下一步继续判别；

第三步：根据自动排序结果，将B10点位设为Xn-1=99.87，计算得出平均值mx=121.09，标准差sx=6.96，判断值X0=106.81，因99.87dB＜106.81dB，进入下一步继续判别；

第四步：根据自动排序结果，将B04点位设为Xn-1=110.21，计算得出平均值mx=121.77，标准差sx=5.92，判断值X0=109.64，因110.21dB＞109.64dB，迭代结束。

4.3 结论

根据上述分析判别，确定波幅值＜106.81dB的为异常值，具体点位分部如图4所示。

通过异常点位分部标注可以看出，绝大多数异常点位均位于双面叠合剪力墙空腔填充减重挤塑板位置，仅B10点位于减重挤塑板范围外，通过钻芯取样发现，该部位减重挤塑板因混凝土振捣造成偏位，导致局部空腔混凝土缺陷。

声速值的偏差也可以反映空腔混凝土密实度情况，具体分析判别方式与波幅值类似，通过声速值的迭代判别，结果与波幅值基本一致，在此不做赘述。

5 结语

通过对含减重挤塑板的双面叠合剪力墙及普通叠合剪力墙进行超声法检测，然后对异常点进行钻芯取样，结果发现，上述结论基本可以代表实际情况，可以作为双面叠合剪力墙空腔混凝土浇筑密实度的判别依据。

实践表明，超声检测法可用于双面叠合墙空腔混凝土浇筑密实度判别，找出构件内明显的孔洞缺陷，但其结果会受到人为操作因素（耦合剂选择、操作人员熟练度、首波选择等方面）以及检测环境因素（气温、混凝土配合比、构件内钢筋分布、机电预留预埋等）的影响，有时也会对新旧混凝土结合面的局部间隙缺陷出现漏判，还需要通过加强检测人员操作技能培训等方式提高检测准确率，必要时，对质量有怀疑的部位还需要增加少量钻芯取样对检测结果进行佐证。