混凝土缺陷的检测

升拓技术—混凝土缺陷的检测升拓资料库—X—混凝土检测05走进升拓感受未来sensingthefuture028-68611518四川升拓检测技术有限责任公司1混凝土缺陷的检测（四川升拓检测技术有限责任公司，四川成都610045）摘要：将冲击弹性波推广并应用于混凝土缺陷检测，主要内容包括：混凝土裂缝、剥离、内部空洞及蜂窝等。我们开发的预应力混凝土梁的无损检测系统SPE-MATS中也包括了针对混凝土质量的测试技术。其中，能够准确、快速地测试混凝土的弹性模量是重要的特点。关键词：冲击弹性波法，混凝土裂缝检测，剥离，内部空洞，长期以来，基于超声波的测试方法得到了一定的应用，然而，其局限性（如测试范围窄、功能单一等）也日益显著，在测试裂缝深度、混凝土模量等方面的精度也因理论方面的缺陷而一直得不到提高。为此，自90年代以来，基于冲击弹性波（超声波为其一特例）的测试技术得到了飞速的发展，最广为人知的当为PIT（基桩完整性测试）方法。近年来，将冲击弹性波推广并应用于混凝土结构物的材质（强度、模量）、缺陷（裂缝、剥离、内部空洞、蜂窝等）以及几何尺寸（厚度、埋深等）的无损检测和评价已成为国际热门的研究方向，而且逐步进入工程实际应用。例如，美国材料学会标准ASTM-C1383-98就规定了利用弹性波测试混凝土厚度和波速的测试方法。在日本土木学会也基于冲击弹性波波速，对混凝土结构和试样弹性模量以及强度进行了标准化和规范化。我们开发的预应力混凝土梁的无损检测系统SPE-MATS中也包括了针对混凝土质量的测试技术。其中，能够准确、快速地测试混凝土的弹性模量是重要的特点。我们自1997年开始，针对这一问题，在基于表面波的测试技术基础上，建立相对严密完整的理论体系。并在此基础上开发了独创的“表面波法”。同时，我们还集成了目前国内外其他几种方法以便相互印证，从而尽可能地提高测试精度。下表为在本系统中集成的主要测试方法，其分别对应于我国、日本和英国的相关检测规程。表0-2-1裂缝深度测试项目一览表方法测试原理概要备注标准方法相位反转法根据接收信号初始相位的反转采用接收信号的初始部分的特性传播时间差法根据激发信号的传播时间独创方法表面波法根据激发信号的衰减特性采用接收与激发信号的能升拓技术—混凝土缺陷的检测升拓资料库—X—混凝土检测05走进升拓感受未来sensingthefuture028-68611518四川升拓检测技术有限责任公司2量特性独创测试方法（表面波法）针对现有技术的不足，我们开发了一种新的裂缝深度探测技术（简称“表面波法”）。该方法采用冲击弹性波中的瑞利波（表面波的一种）的衰减特性来测试混凝土构造物中的裂缝深度。该方法测试范围大，受充填物、钢筋、水分的影响小，特别适合测试较深的裂缝。1)表面波法的基本原理瑞利波是由于P波和S波在媒体边界面上相互作用而形成，其传播速度比S波稍慢，并主要集中的媒体表面和浅层部分，其特性非常适合于探测裂缝的深度。(1)瑞利波在媒体表面受冲击所产生的弹性波中，能量最大，信号采集容易；(2)依存于材料的剪切力学特性，从而对裂缝更为敏感；(3)瑞利波大部分能量主要集中在从表面开始的1倍波长的范围内。瑞利波在传播过程中所发生的几何衰减和材料衰减。可以通过系统补正，而保持其振幅不变。但是，瑞利波在遇到裂缝时，其传播在某种程度上被遮断，在通过裂缝以后波的能量和振幅会减少。因此，根据裂缝前后的波的振幅的变化（振幅比），便可以推算其深度。“表面波法”的概念2)关键测试技术“表面波法”最早于上世纪60年代被提出，但一直未能得到实用。其原因在于对无衰减较小衰减较大衰减有衰减升拓技术—混凝土缺陷的检测升拓资料库—X—混凝土检测05走进升拓感受未来sensingthefuture028-68611518四川升拓检测技术有限责任公司3能量衰减的测试误差较大，为此我们开发了基于“双方向激振技术”的高精度能量衰减测试技术（已获得国家发明专利，专利号：ZL200510021851.5），从而大大提高了“表面波法”的测试精度和实用性。3)表面波法的特点(1)表面波法测试裂缝的范围很大，可达几米，受充填物、水分的影响较小。特别是对贯穿裂缝精度非常高。但该方法属于半理论半经验的方法，理论不是特别严密。(2)对于坝面等近似于半无限平面体，非常适合表面波法测试。但不适合狭窄结构，因为表面波受边界条件（侧壁、边角等）的影响较大。(3)利用双方向发振回归技术降低了测试误差，提高了测试精度。(4)选择测区希望避免剥离的地方，可提高其测试精度。因为有剥离的场合，会引起板波和振动，导入测试误差大。升拓技术—混凝土缺陷的检测升拓资料库—X—混凝土检测05走进升拓感受未来sensingthefuture028-68611518四川升拓检测技术有限责任公司4表裂缝深度测试方法比较方法传播时间差法相位反转法表面波法使用弹性波的种类P/S波P波R（瑞利）波使用弹性波的成分初始成分卓越成分基本测试原理传播时间的迟延初始相位的反转瑞利波的衰减测试原理的严密性比较严密半理论半经验弹性波波速必要不必需要裂缝填充物的影响大小钢筋的影响大小（可修正）裂缝面压力的影响大有测试对象厚度的影响小有测试对象背面状况的影响小有适用裂缝浅、开口裂缝深裂缝测试面的形状灵活平坦、规则裂缝深度的测试概念裂缝延伸方向的测试隧道天顶的塌落危险评估、以及结构内力分别的推算等均需要掌握裂缝的方向。本系统可以较方便地推算裂缝的延伸方向。相位反转法传播时间差法表面波法升拓技术—混凝土缺陷的检测升拓资料库—X—混凝土检测05走进升拓感受未来sensingthefuture028-68611518四川升拓检测技术有限责任公司5利用自振频率的变化测试根据R波速度的变化测试此外，我们开发的修正BS法不仅可以测试裂缝的速度，还可以测试裂缝的方向。但该方法属于传播时间差法，其测试深度均较浅，测试精度也不十分理想。特点1)集成度高、测试精度好在本套测试设备SCE-MATS中，集成了多种裂缝测试技术，各种测试技术可相互补充、印证，从而尽可能地提高了测试精度。2)测试范围广本技术可测试深达2米的裂缝。3)可测试裂缝延伸方向适用范围1)各种钢筋混凝土和素混凝土结构、沥青混凝土；2)土石坝、岩体：影响因素1)裂缝面的压力其对裂缝深度检测的影响很大。当裂缝面上作用的压应力超过50KPa时，各种方法这个方面类似剥离，测试得到的自振频率会降低这个方面类似剥离，测试得到的R波波速会降低升拓技术—混凝土缺陷的检测升拓资料库—X—混凝土检测05走进升拓感受未来sensingthefuture028-68611518四川升拓检测技术有限责任公司6均难以检测裂缝深度。2)测试对象的位置和形状“表面波法”对测试对象的位置和形状要求较高，一般要求平坦，具有一定的厚度并距边界一定的距离。而“传播时间差法”的要求较少。3)测试对象的材质本设备不仅可以测试普通混凝土、钢筋混凝土，还可以测试沥青混凝土、岩石等。4)外界温度温度对测试结果的影响体现在裂缝面上的压力。一般来说，温度低时裂缝容易张开，因此在测试裂缝深度时，通常选取气温较低的季节或时间段（如早、晚）进行。5)钢筋、水分和填充物对“表面波法”的影响较小，而对“相位反转法”和“传播时间差法”的影响较大。