基于超声波技术的水泥混凝土裂缝深度检测
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｔｕｒｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎꎬｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ５％ .
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇꎬｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｉｍｅ － ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄꎬｃｒａｃｋ ｄｅｐｔｈ
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｃｒａｃｋｓ ａｒｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｏｍｍｏｎ ｄｉｓｅａｓｅｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｅｍｂｅｒｓ. Ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋｓ ｉｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ
ｓａｆｅｔｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ. Ｉｎ ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔꎬｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｄｅｐｔｈ ｉｓ ｎｏｎ － ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｕｌｔｒａ￣
在国外ꎬ加拿大的 Ｌｅｓｌｉｅ 和 ＣＨｅｅｓｍａｎ、英国的 Ｒ Ｊｏｎｅｓ 成
采用时距法对裂缝进行测量ꎬ将 Ｔ、Ｒ 换能器分别置于裂缝对
超声波检测和冲击弹性波检测 [１] ꎮ
功使用超声波法对混凝土进行检测[２] ꎬ美国 Ｃｈｉ － Ｗｏｎ Ｉｎ 等人
对混凝土内部裂缝位置和深度的计算做了详细研究
[３ － ６]
修补是很有必要的措施ꎮ 在此之前必须对混凝土裂缝进行检
程中能量逐渐减弱ꎬ影响后续波形分析ꎬ造成计算误差ꎻ当收
测ꎬ研究裂缝形成原因、状态的发展趋势ꎬ从而对混凝土质量
发换能器的间距过小时ꎬ超声波波形将产生严重畸变ꎬ导致声
情况评定与计量ꎮ 混凝土裂缝检测方法有多种ꎬ常见方法有
时测量的误差增大ꎬ从而导致裂缝深度测量误差ꎮ 因此ꎬ在对
具有显示波形功能的超声波检测仪ꎬ测出并分析在混凝土内
部声速值的不同ꎮ 若采用同一声速值ꎬ会由于声速的差异对
部传播的超声波信号的主频率、波幅、传播声速和声时等声学
计算结果引起误差ꎬ若根据每块试块的声速值进行计算ꎬ则需
要每次求取在试块中传播的声速值ꎬ将增加检测过程计算的
作者简介:苏忠高ꎬ男ꎬ教授级高级工程师ꎬ研究方向为建设工程质量管
强穿透力的超声波对裂缝深度进行无损检测ꎬ在超声波时距检测法的基础上对 ５０ｍｍ 以下的裂缝深度进行分析计算ꎬ根据此方法
能准确地计算出 ５０ｍｍ 以下的裂缝深度ꎮ 通过计算深度与裂缝试块预留深度进行对比得出误差小于 ５％ ꎮ
[ 关键词] 超声波技术ꎻ无损检测ꎻ超声时距检测法ꎻ裂缝深度
Ｃｒａｃｋ ｄｅｐｔｈ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｕｓｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
理和路桥结构ꎮ
复杂性ꎮ 采用英国标准 ＢＳ － １８８１ 法 [１４] 进行检测时ꎬ可以有
效避免由于不同的声速值对计算结果的影响以及减少测试的
福建建设科技 ２０１９ Ｎｏ ６
３０
复杂性ꎮ 通过对两个不同检测距离的测点进行裂缝检测ꎬ读
取超声波在裂缝试块中传播过程的时间ꎬ可以得到超声波传
播过程中传播声时、检测距离、裂缝深度有公式(１) 所示关
在混凝土检测中ꎬ利用超声波平测法检测时ꎬ当裂缝深度
介于 ５０ ~ ２５０ ｍｍ 之间时ꎬ裂缝深度实测值的误差在 ± ５％ 以
内ꎬ测试精度较高ꎬ但是对于 ５０ｍｍ 以下的裂缝不能做出较为
准确的检测 [１２] ꎮ 因此ꎬ本文将在超声波时距检测法的基础
上ꎬ通过不同的检测距离结合超声波首波反相前后的波形声
时对 ５０ｍｍ 以下的裂缝深度检测做进一步的研究ꎮ
系ꎬ当 Ｓ２ ＝ ２Ｓ１ 时ꎬ即为 ＢＳ － １８８１ 标准法ꎬ其计算方法如公式
(２) 所示:
ｈ＝
ｈ＝
１
２
１
Ｓ
２ １
ｔ Ｓ －ｔ Ｓ
ｔ －ｔ
２
２
２
１
２
１
２
１
２
２
２
２
４ｔ２１ － ｔ２１
ｔ２２ － ｔ２１
ｄ ＝ Ｓ２ － Ｓ１
式中ꎬＳ１ —第一个测点检测距离 ｍｍꎻ
１ 裂缝深度检测原理
在超声波混凝土裂缝检测中ꎬ当混凝土构件出现裂缝或
空洞破坏了混凝土的完整性ꎬ超声波只能绕过裂缝或空洞传
图 １ 超声时距检测法示意图
在裂缝检测过程中ꎬ国内 ＣＥＣＳ２１:２０００ 采用平测法时ꎬ
播到接收换能器ꎬ传播的距强度不同试块检测时ꎬ由于不同的试块可能会存在内
ꎬ我国
裂缝进行检测时应选取合适的检测间距ꎮ ＨＣ 超声波检测仪
称的两侧ꎬ如图 １ 所示ꎮ
在改革开放之后ꎬ加大力度合作攻关ꎬ进一步推动了混凝土无损
检测技术的研和应用ꎬ林维正、王征等人对超声波首波反相与检
测间距之间的关系做出了详细研究[７ꎬ８] ꎬ童年、童寿兴等人对超
声波首波反相与裂缝深度检测的关系做了相关研究[９ꎬ１０] ꎮ
０ 引言
参数ꎬ通过分析这些声学参数的变化ꎬ计算出混凝土内部裂缝
混凝土结构在土木工程建筑结构和社会基础设施等工程
深度状况ꎮ
建设中是必不可少的部分ꎬ随着工程建设的要求不断提高ꎬ延
在对混凝土裂缝进行跨缝检测时ꎬ混凝土裂缝深度与检
长建筑物的使用寿命ꎬ以及降低经济成本ꎬ对混凝土裂缝及时
测距离存在一定的影响ꎮ 当检测距离过长ꎬ超声波在传播过
福建建设科技 ２０１９ Ｎｏ ６
■建筑结构
２９
基于超声波技术的水泥混凝土裂缝深度检测
苏忠高 刘景熙 林发明 杨敏( 福建博海工程技术有限公司 福建福州 ３５０００９)
[ 摘 要] 裂缝是混凝土构件最常见的病害之一ꎬ混凝土裂缝深度与构件及建筑物的安全性能密切相关ꎮ 本实验采用具有
ｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｉｍｅ － ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄꎬｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｄｅｐｔｈ ｂｅｌｏｗ ５０ ｍｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ. Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ
ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄꎬｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｄｅｐｔｈ ｂｅｌｏｗ ５０ ｍｍ ｃａｎ ｂｅ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ. Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｄｅｐｔｈ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｅｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｒａｃ￣
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇꎬｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｉｍｅ － ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄꎬｃｒａｃｋ ｄｅｐｔｈ
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｃｒａｃｋｓ ａｒｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｏｍｍｏｎ ｄｉｓｅａｓｅｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｅｍｂｅｒｓ. Ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｒａｃｋｓ ｉｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ
ｓａｆｅｔｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ. Ｉｎ ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔꎬｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｄｅｐｔｈ ｉｓ ｎｏｎ － ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｌｙ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｕｌｔｒａ￣
在国外ꎬ加拿大的 Ｌｅｓｌｉｅ 和 ＣＨｅｅｓｍａｎ、英国的 Ｒ Ｊｏｎｅｓ 成
采用时距法对裂缝进行测量ꎬ将 Ｔ、Ｒ 换能器分别置于裂缝对
超声波检测和冲击弹性波检测 [１] ꎮ
功使用超声波法对混凝土进行检测[２] ꎬ美国 Ｃｈｉ － Ｗｏｎ Ｉｎ 等人
对混凝土内部裂缝位置和深度的计算做了详细研究
[３ － ６]
修补是很有必要的措施ꎮ 在此之前必须对混凝土裂缝进行检
程中能量逐渐减弱ꎬ影响后续波形分析ꎬ造成计算误差ꎻ当收
测ꎬ研究裂缝形成原因、状态的发展趋势ꎬ从而对混凝土质量
发换能器的间距过小时ꎬ超声波波形将产生严重畸变ꎬ导致声
情况评定与计量ꎮ 混凝土裂缝检测方法有多种ꎬ常见方法有
时测量的误差增大ꎬ从而导致裂缝深度测量误差ꎮ 因此ꎬ在对
具有显示波形功能的超声波检测仪ꎬ测出并分析在混凝土内
部声速值的不同ꎮ 若采用同一声速值ꎬ会由于声速的差异对
部传播的超声波信号的主频率、波幅、传播声速和声时等声学
计算结果引起误差ꎬ若根据每块试块的声速值进行计算ꎬ则需
要每次求取在试块中传播的声速值ꎬ将增加检测过程计算的
作者简介:苏忠高ꎬ男ꎬ教授级高级工程师ꎬ研究方向为建设工程质量管
强穿透力的超声波对裂缝深度进行无损检测ꎬ在超声波时距检测法的基础上对 ５０ｍｍ 以下的裂缝深度进行分析计算ꎬ根据此方法
能准确地计算出 ５０ｍｍ 以下的裂缝深度ꎮ 通过计算深度与裂缝试块预留深度进行对比得出误差小于 ５％ ꎮ
[ 关键词] 超声波技术ꎻ无损检测ꎻ超声时距检测法ꎻ裂缝深度
Ｃｒａｃｋ ｄｅｐｔｈ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｕｓｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
理和路桥结构ꎮ
复杂性ꎮ 采用英国标准 ＢＳ － １８８１ 法 [１４] 进行检测时ꎬ可以有
效避免由于不同的声速值对计算结果的影响以及减少测试的
福建建设科技 ２０１９ Ｎｏ ６
３０
复杂性ꎮ 通过对两个不同检测距离的测点进行裂缝检测ꎬ读
取超声波在裂缝试块中传播过程的时间ꎬ可以得到超声波传
播过程中传播声时、检测距离、裂缝深度有公式(１) 所示关
在混凝土检测中ꎬ利用超声波平测法检测时ꎬ当裂缝深度
介于 ５０ ~ ２５０ ｍｍ 之间时ꎬ裂缝深度实测值的误差在 ± ５％ 以
内ꎬ测试精度较高ꎬ但是对于 ５０ｍｍ 以下的裂缝不能做出较为
准确的检测 [１２] ꎮ 因此ꎬ本文将在超声波时距检测法的基础
上ꎬ通过不同的检测距离结合超声波首波反相前后的波形声
时对 ５０ｍｍ 以下的裂缝深度检测做进一步的研究ꎮ
系ꎬ当 Ｓ２ ＝ ２Ｓ１ 时ꎬ即为 ＢＳ － １８８１ 标准法ꎬ其计算方法如公式
(２) 所示:
ｈ＝
ｈ＝
１
２
１
Ｓ
２ １
ｔ Ｓ －ｔ Ｓ
ｔ －ｔ
２
２
２
１
２
１
２
１
２
２
２
２
４ｔ２１ － ｔ２１
ｔ２２ － ｔ２１
ｄ ＝ Ｓ２ － Ｓ１
式中ꎬＳ１ —第一个测点检测距离 ｍｍꎻ
１ 裂缝深度检测原理
在超声波混凝土裂缝检测中ꎬ当混凝土构件出现裂缝或
空洞破坏了混凝土的完整性ꎬ超声波只能绕过裂缝或空洞传
图 １ 超声时距检测法示意图
在裂缝检测过程中ꎬ国内 ＣＥＣＳ２１:２０００ 采用平测法时ꎬ
播到接收换能器ꎬ传播的距强度不同试块检测时ꎬ由于不同的试块可能会存在内
ꎬ我国
裂缝进行检测时应选取合适的检测间距ꎮ ＨＣ 超声波检测仪
称的两侧ꎬ如图 １ 所示ꎮ
在改革开放之后ꎬ加大力度合作攻关ꎬ进一步推动了混凝土无损
检测技术的研和应用ꎬ林维正、王征等人对超声波首波反相与检
测间距之间的关系做出了详细研究[７ꎬ８] ꎬ童年、童寿兴等人对超
声波首波反相与裂缝深度检测的关系做了相关研究[９ꎬ１０] ꎮ
０ 引言
参数ꎬ通过分析这些声学参数的变化ꎬ计算出混凝土内部裂缝
混凝土结构在土木工程建筑结构和社会基础设施等工程
深度状况ꎮ
建设中是必不可少的部分ꎬ随着工程建设的要求不断提高ꎬ延
在对混凝土裂缝进行跨缝检测时ꎬ混凝土裂缝深度与检
长建筑物的使用寿命ꎬ以及降低经济成本ꎬ对混凝土裂缝及时
测距离存在一定的影响ꎮ 当检测距离过长ꎬ超声波在传播过
福建建设科技 ２０１９ Ｎｏ ６
■建筑结构
２９
基于超声波技术的水泥混凝土裂缝深度检测
苏忠高 刘景熙 林发明 杨敏( 福建博海工程技术有限公司 福建福州 ３５０００９)
[ 摘 要] 裂缝是混凝土构件最常见的病害之一ꎬ混凝土裂缝深度与构件及建筑物的安全性能密切相关ꎮ 本实验采用具有
ｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｉｍｅ － ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄꎬｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｄｅｐｔｈ ｂｅｌｏｗ ５０ ｍｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ. Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ
ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄꎬｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｄｅｐｔｈ ｂｅｌｏｗ ５０ ｍｍ ｃａｎ ｂｅ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ. Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｄｅｐｔｈ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｅｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｒａｃ￣