钢管混凝土的检测方法探讨与分析

钢管混凝土是在钢管内填充混凝土而形成的组合结构，其关键技术是其内部混凝土与钢管紧密结合并保持一定的膨胀力，混凝土受到钢管的反作用力，其强度、韧性、承载力和耐久性都有较大提高。加之钢管混凝土结构具备施工方便等优点，该工艺已被广泛应用于国内外的拱桥、地铁、高层建筑和工业厂房等结构中，并取得了良好的经济效应和社会效益。
由于钢管混凝土拱桥在施工中往往因技术管理不善和施工疏忽,使混凝土材料内部存在空洞、疏松、裂缝以及混凝土与钢管胶结不良造成脱空等缺陷，从而不同程度地影响结构的整体性和力学性能。所以对钢管混凝土拱桥施工质量的监控和检测极为重要。
目前针对钢管混凝土的检测主要集中在内部混凝土缺陷以及混凝土与钢管结合状况两方面。本文仅针对目前较常用的几种方式做简单介绍。

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  人工敲击法：此方虽然法操作简单，但主观因素影响过大，难以保证客观、公证、有说服力。而且该方法难以保证判断精度，对于混凝土内部缺陷的判断就更没有把握。
• 取芯法：该方法直观、可靠，但属于破损检测，会对被测构件造成损伤。而且，其检测结果并不能代表被测构件的整体状况，同时费工费力。
• 超声波对测法：该方法是目前用于钢管混凝土质量检测的*普及的方法。并且，其检测过程可以依据相关规程（如《超声波法检测混凝土缺陷技术规程》CECS21:2000）进行。超声波法既能发现混凝土与钢管的脱空问题，也能探测到混凝土内部的缺陷，同时具备检测方便、覆盖范围广、检测成本低等优点。

其基本原理是：利用声波在混凝土中传播过程中，当遇到缺陷后，会对声波传播的时间、能量及频率造成影响。因此根据超声波穿过混凝土后的变化情况，可以在一定程度上定量的得知混凝土的内部缺陷情况。
在超声法检测中，一般是将收发传感器沿一直径方向在同一截面上相对布置。声波存在两种传输通道：

1. 
   从发射传感器出发，沿着钢管在钢管的轴向及圆周方向传播，*终到达接收传感器；
2. 从发射传感器出发，穿过管壁后，通过内部混凝土传播，在到达混凝土的另外一边界后再通过管壁到达接受传感器；

这两种传输通道中，*种是我们不关心的，它并没有穿过管壁及内部混凝土。而第二种是我们要着重分析的。一般超声波在钢中的传播声速在5.8km/s左右。而在钢管混凝土中的混凝土都是强度较高的混凝土，其声速一般会在4km/s以上。在一般的钢管混凝土检测中，由于在钢管中传播的超声波要经过圆弧路径才能到达接收传感器，根据圆周率计算直线声速为3.6km/s（5.8/3.14×2）左右，因此在对正常钢管混凝土进行对测时，穿过混凝土的声波应先到达接收传感器。
受到测试原理的限制，超声波对测法存在着一些不足之处。首先，超声波法无法对混凝土内部的缺陷的位置、形态、大小进行准确的判断，只能得到“半定量”的检测结果。其次，无法区分是内部混凝土缺陷还是混凝土与管壁脱空造成的声波变化。再次，无法定量的知道混凝土与内壁脱空的具体尺寸。
超声波对测法无法区分混凝土内部缺陷、混凝土和管壁脱空缺陷或者是二者兼而有之。针对这种不确定性，加之混凝土的非韵质性特点，在测试过程中要尽量保证测试条件的一致性和准确性。首先，尽量保持传感器耦合状况和压紧力的一致；其次，为了保证测点位置的准确性，建议制作专用的传感器定位装置，以保证收发传感器间的测试距离和处于同一截面上。再次，在假设内部混凝土完好、并认为混凝土和钢管声速为已知的基础上，可以通过在圆周方向上多点测试，寻找前述两种超声波传播途径同时到达的位置，并依据此时收发传感器间的夹角估算混凝土脱空距离。

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  超声波跨孔测试：该方法类似于声波透视法跨孔测桩，对于发现混凝土内部缺陷的效果相对好些。但此方法的缺点也是显而易见的，首先必须在钢管混凝土内预埋声测管，检测手段缺乏随机性；其次，对于桥拱等结构，这种检测方法不具备检测条件；再次，该方法无法对混凝土与管壁的脱空进行检测。
• 冲击回波法：即用锤子对钢管混凝土结构表面轻微敲击，根据反射应力波的波形与频率来探测构件内部缺陷。该方法应用的实例较少，有待于进一步的验证和完善。
• 光纤传感监测方法：国内已经有通过光纤传感监测系统对钢管混凝土的施工质量、事故处理进行监测，并进行长期观测的应用例子。但该方法由于在成熟度、技术难度、成本等方面的限制目前还难于普及。

随着钢管混凝土在我国各个领域应用的越来越普及，对其施工质量的检测要求会日益增多。综上所述，各种检测方法还存在着这样或那样的不足。为此，还需要广大测试人员和仪器厂家共同努力，争取早日从技术方法和检测设备上取得突破。