混凝土裂縫深度檢測.doc

混凝土裂縫深度檢測 (寧波升拓檢測技術(shù)有限公司 浙江 寧波 NCIT)對應(yīng)設(shè)備： 混凝土多功能檢測儀（SCE-MATS）PA/B/S/SA/R/RA型 概述：混凝土結(jié)構(gòu)是最重要的土木、建筑結(jié)構(gòu)，在社會基礎(chǔ)設(shè)施中占據(jù)舉足輕重的地位。然而在使用過程中，不可避免地出現(xiàn)各種老化、劣化現(xiàn)象（如裂縫、混凝土強度降低等）。同時，如果施工質(zhì)量得不到很好的保證，會加速結(jié)構(gòu)的劣化，從而造成社會經(jīng)濟的損失。 為此，我們歷時10余年，與國內(nèi)外相關(guān)機構(gòu)合作開發(fā)了一整套針對混凝土的澆筑質(zhì)量、結(jié)構(gòu)的缺陷的綜合解決方案和技術(shù)體系。該方案基于無損檢測技術(shù)，具有測試效率高、可靠性好、對結(jié)構(gòu)無損傷等特點，可以大大地提高混凝土材料及結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。該技術(shù)體系的檢測內(nèi)容主要包括： 1) 裂縫深度； 2) 混凝土構(gòu)件質(zhì)量（強度及剛度）； 3) 結(jié)構(gòu)尺寸 4) 表面剝離、脫空及內(nèi)部缺陷； 5) 巖體力學特性及分級測試 整個技術(shù)體系采用沖擊彈性波作為測試媒介，并集成到測試設(shè)備中（混凝土多功能檢測儀，SCE-MATS）。其測試精度和效率達到工程要求，已在國內(nèi)外數(shù)百個各類工程中得到了實際應(yīng)用。我們具有相關(guān)技術(shù)的全部知識產(chǎn)權(quán)，并申請和獲得了多項國家發(fā)明專利，產(chǎn)品出口到日本等海外。整個技術(shù)體系采用沖擊彈性波作為測試媒介，并集成到測試設(shè)備中（混凝土多功能檢測儀，SCE-MATS）。其測試精度和效率達到工程要求，已在國內(nèi)外數(shù)百個各類工程中得到了實際應(yīng)用。我們具有相關(guān)技術(shù)的全部知識產(chǎn)權(quán)，并申請和獲得了多項國家發(fā)明專利，產(chǎn)品出口到日本等海外。裂縫深度檢測意義：混凝土結(jié)構(gòu)是最重要的土木、建筑結(jié)構(gòu)，在社會基礎(chǔ)設(shè)施中占據(jù)舉足輕重的地位。然而，由于各種原因（如干燥收縮、溫度應(yīng)力、外荷載、基礎(chǔ)變形等），裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中最常見的缺陷或損傷現(xiàn)象。由于裂縫的成因、狀態(tài)、發(fā)展以及在結(jié)構(gòu)中的位置等的不同，對結(jié)構(gòu)的危害性也有很大的區(qū)別。嚴重的裂縫可能危害結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性,對結(jié)構(gòu)的安全運行產(chǎn)生很大影響。另一方面，也有些裂縫，如表面溫度變化或干燥收縮引起的淺裂縫則無大的影響因此，為了確定裂縫的狀態(tài)、發(fā)展和成因，以及合理評價裂縫對結(jié)構(gòu)物的影響，選擇適當?shù)男扪a方案和時機，掌握其深度與其長度、寬度都是非常重要的。所不同的是，裂縫的深度測試較之長度和寬度測試要困難得多，通常需要采用鉆孔取樣的方法加以直接測試。但是，鉆孔取樣的方法除費時費力，對結(jié)構(gòu)也有一定的損害以外，對深裂縫由于取樣困難往往難以測試。同時，對于裂縫的發(fā)展也難以監(jiān)測，因此，采用合理的無損檢測方法是非常必要的裂縫深度檢測測試方法和原理裂縫深度的無損檢測方法有多種。根據(jù)測試面的條件，可以分為單面平測法、雙面斜測法和鉆孔對測法。其中，單面平測法適用面最廣。方法 測試原理概要 備注 無損方法 平測法 相位反轉(zhuǎn)法 根據(jù)接收信號初始相位的反轉(zhuǎn) 采用接收信號的初始部分的特性，不適合深裂縫 傳播時間差法 根據(jù)激發(fā)信號的傳播時間 面波法 根據(jù)激發(fā)信號的衰減特性 采用接收與激發(fā)面波信號的能量特性 斜測法 傳播時間差法 根據(jù)激發(fā)信號的傳播時間 需要具備兩個平行的測試面 鉆孔方法 直接確認法 在裂縫上鉆孔確認其深度 最為直觀，但不適合深裂縫 對測法 在裂縫兩側(cè)鉆孔，采用聲波透射的方法 適用范圍最廣 平測法（基于首波特征） 基于首波特征的平測法包括相位反轉(zhuǎn)法和傳播時間差法。 1) 相位反轉(zhuǎn)法 當激發(fā)的彈性波（包括聲波、超聲波）信號在混凝土內(nèi)傳播，穿過裂縫時，在裂縫端點處產(chǎn)生衍射，其衍射角與裂縫深度具有一定的幾何關(guān)系。相位反轉(zhuǎn)法正是基于該原理將激振點與接收點沿裂縫對稱配置，從近到遠逐步移動。當激振點與裂縫的距離與裂縫深度相近時，接收信號的初始相位會發(fā)生反轉(zhuǎn)。該方法只須移動沖擊錘或換能器,確定首波相位反轉(zhuǎn)臨界點，就可確定混凝土的裂縫深度。與其它混凝土裂縫深度檢測方法相比，具有無需通過公式計算，簡單直觀的特點，有一定的實用價值。 2) 傳播時間差法 該方法適合混凝土結(jié)構(gòu)物中的開口裂縫。其測試原理是激勵產(chǎn)生的彈性波遇到裂縫時，波被直接隔斷，并在裂縫端部衍射通過。本方法就是通過測試波在有裂縫位置和沒有裂縫健全部位傳播的時間差來推定裂縫深度的。裂縫深度越大，傳播時間差也越長。傳播時間差法又可以分為Delta法、BS（British Standard）法等子方法。其中，BS法無需測試波速, 在狹小場所也可適用。我們在BS法的基礎(chǔ)上提出的修正BS法。采用3點回歸，還能夠推測裂縫的延伸方向。 3) 此類檢測方法的局限 這兩種類型的方法都利用傳播的波的初動成分（到達時間或者是初始相位）。盡管在金屬探傷技術(shù)中有廣泛應(yīng)用，但在測試混凝土裂縫時，卻會遇到很大的困難： (1) 接觸面/充填物的影響 受裂縫的接觸面（緊密程度或壓力情況）或充填物（水、灰塵）的影響，導致波會提前通過，測試的傳播時間變短，測試結(jié)果會比裂縫實際深度要淺。 (2) 接受信號能量的影響 若混凝土結(jié)構(gòu)物中的裂縫比較深，那么在裂縫端衍射的彈性波能量會降低，衍射的信號會很變?nèi)?，這對接收波初始時刻的判斷不利。極端的例子是：若混凝土結(jié)構(gòu)物中的裂縫是貫通的，那么幾乎不會有衍射波通過。(3) 初始波成分（類型）不明的影響 對于沒有裂縫、或裂縫比較淺的時候，接收波的初始成分主要是表面波和SV波。而裂縫比較深的時候，信號又很微弱，這對初始信號的判斷帶來困難。 因此，由于裂縫面的接觸、鋼筋、水分以及信號衰減的影響，使得標準測試方法得到的裂縫深度往往較實際值偏淺，特別是對于深裂縫，其測試誤差更大。平測法（面波法） 針對現(xiàn)有平測技術(shù)的不足，我們開發(fā)了一種新的裂縫深度探測技術(shù)（簡稱“波法”） 。該方法采用瑞利波（面波的一種）的衰減特性來測試混凝土構(gòu)造物中的裂縫深度。該方法測試范圍大，受充填物、鋼筋、水分的影響小，特別適合測試較深的裂縫。1) 面波法的基本原理 瑞利波是由于P 波和S 波在媒體邊界面上相互作用而形成，其傳播速度比S 波稍慢， 并主要集中的媒體表面和淺層部分，其特性非常適合于探測裂縫的深度。 (1) 瑞利波在媒體表面受沖擊所產(chǎn)生的彈性波中，能量最大，信號采集容易； (2) 依存于材料的剪切力學特性，從而對裂縫更為敏感； (3) 瑞利波大部分能量主要集中在從表面開始的1 倍波長的范圍內(nèi)。 瑞利波在傳播過程中所發(fā)生的幾何衰減和材料衰減?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)補正，而保持其振幅不變。但是，瑞利波在遇到裂縫時，其傳播在某種程度上被遮斷，在通過裂縫以后波的能量和振幅會減少。因此，根據(jù)裂縫前后的波的振幅的變化（振幅比），便可以推算其深度。根據(jù)我們的試驗資料和理論分析結(jié)果，有： 其中， 、和分別為裂縫深度、表面波波速和裂縫后/前的振幅比（需經(jīng)幾何衰減) 其中， 、和分別為裂縫深度、表面波波速和裂縫后/前的振幅比（需經(jīng)幾何衰減修正）。 H l x2) 關(guān)鍵測試技術(shù) “表面波法”最早于上世紀60 年代被提出，但一直未能得到實用。其原因在于對能量衰減的測試誤差較大，為此我們開發(fā)了基于“雙方向激振技術(shù)”的高精度能量衰減測試技術(shù)（已獲得國家發(fā)明專利，專利號：ZL200510021851.5），從而大大提高了“表面波法”的測試精度和實用性。 3) 表面波法的特點 (1) 表面波法測試裂縫的范圍很大，可達幾米，受充填物、水分的影響較小。測試精度高。但該方法屬于半理論半經(jīng)驗的方法，理論不是特別嚴密。 (2) 對于壩面等近似于半無限平面體，非常適合表面波法測試。但不適合狹窄結(jié)構(gòu)，因為表面波受邊界條件（側(cè)壁、邊角等）的影響較大。 (3) 利用雙方向發(fā)振回歸技術(shù)降低了測試誤差，提高了測試精度。 (4) 有剝離的場合，會引起板波和振動，導致測試誤差大。 模型、現(xiàn)場驗證基礎(chǔ)試驗（1998-2006） 1) 混凝土塊試驗（開口裂縫） 利用大型混凝土試驗塊，對開口裂縫（裂縫寬2mm，無填充物）進行了驗證試驗。結(jié)果表明，對于開口裂縫， (1) 各測試方法的測試結(jié)果均很理想； (2) 表面波法的測試離散度相對較大。 2) 混凝土塊試驗（裂縫面壓力） 在很多情況下，裂縫面上有可能受到壓縮應(yīng)力。對此，我們在試驗室做了大型試驗， 來驗證在受壓應(yīng)力條件下表面波法的測試精度。 測試結(jié)表明： (1) 隨著壓力的增加，測試的裂縫結(jié)果逐漸變淺； (2) 傳播時間法在受到微小應(yīng)力時，已無法測試裂縫的深度； (3) 裂縫面上的應(yīng)力在5MPa 以上時，表面波法也無法檢測出裂縫的存在特點 1) 集成度高、測試精度好 在本套測試設(shè)備SCE-MATS中，集成了多種裂縫測試技術(shù)，各種測試技術(shù)可相互補充、印證，從而盡可能地提高了測試精度。 2) 測試范圍廣 本技術(shù)可測試深達2米的裂縫。 3) 可測試裂縫延伸方向 適用范圍 1) 各種鋼筋混凝土和素混凝土結(jié)構(gòu)、瀝青混凝土； 2) 土石壩、巖體： 影響因素 1) 裂縫面的壓力 其對裂縫深度檢測的影響很大。當裂縫面上作用的壓應(yīng)力超過50KPa時，各種方法均難以檢測裂縫深度。 2) 測試對象的位置和形狀 “面波法”對測試對象的位置和形狀要求較高，一般要求平坦，具有一定的厚度并距邊界一定的距離。而“傳播時間差法”的要求較少。 3) 測試對象的材質(zhì) 本設(shè)備不僅可以測試普通混凝土、鋼筋混凝土