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混凝土裂缝深度检测:平测法之面波法。
裂缝是混凝土结构中最常见的缺陷或损伤现象。为了确定裂缝的状态、发展和成因,以及合理评价裂缝对结构物的影响,选择适当的修补方案和时机,掌握其深度与其长度、宽度都是非常重要的。所不同的是,混凝土裂缝的深度测试较之长度和宽度测试要困难得多,通常需要采用钻孔取样的方法加以直接测试。但是,钻孔取样的方法除费时费力,对结构也有一定的损害以外,对深裂缝由于取样困难往往难以测试。同时,对于裂缝的发展也难以监测,因此,采用合理的无损检测方法是非常必要的。裂缝深度的无损检测方法有多种。根据测试面的条件,可以分为单面平测法、双面斜测法和钻孔对测法。其中,单面平测法适用面最广。
方法 | 测试原理概要 | 备注 | ||
无损方法 | 平测法 | 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,不适合深裂缝 |
传播时间差法 | 根据激发信号的传播时间 | |||
面波法 | 根据激发信号的衰减特性 | 采用接收与激发面波信号的能量特性 | ||
斜测法 | 传播时间差法 | 根据激发信号的传播时间 | 需要具备两个平行的测试面 | |
钻孔方法 | 直接确认法 | 在裂缝上钻孔确认其深度 | 最为直观,但不适合深裂缝 | |
对测法 | 在裂缝两侧钻孔,采用声波透射的方法 | 适用范围最广 |
平测法(面波法)
针对现有平测技术的不足,我们开发了一种新的裂缝深度探测技术(简称“波法”) 。该方法采用瑞利波(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。
升拓检测的混凝土材料及结构综合检测技术中,开发了一种全新的混凝土深裂缝深度检测技术--面波法。平测法中的面波法,采用瑞利波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,具受充填物、钢筋、水分的影响小,特别适合测试较深的裂缝。
图“面波法”的测试方法
1、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。根据我们的试验资料和理论分析结果,有:
图“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。测试精度高。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) 有剥离的场合,会引起板波和振动,导致测试误差大。
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