创新技术-混凝土裂缝检测方法

由以上比较得出，目前测试混凝土裂缝检测要有测试效率高、可靠性好、对结构无 损伤等特点的方法还是表面波法。我公司可测裂缝深度的仪器有如下两款：
（1）
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混凝土多功能检测仪，SCC-MATS：整个技术体系采用冲击弹性波作为测 试媒介，并集成到测试设备中。其测试精度和效率达到工程要求，已在 国内外数百个各类工程中得到了实际应用。该仪器可对从 10cm 的混凝土 试样，到长达 100m 的桥梁、大坝等结构进行多种测试，如混凝土材质（弹 性模量、强度）、结构尺寸、缺陷（内部空洞、剥离、表面劣化）、裂缝
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升拓技术——混凝土裂缝检测方法
（四川升拓检测技术有限责任公司，四川 成都 610045）
摘要：混凝土裂缝检测的创新技术——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，特别适合测试较深裂 缝。
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的位置、深度等。同时，具备丰富的图形处理机能（如弹性波雷达扫描
EWR、计算机层析 CT、快速平面成像 QPG、3 维切片技术 3DS）和自动快
速处理机能。
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检测方法是非常必要的。
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裂缝深度的无损检测方法有多种，长期以来，研究人员开发了多种测试方法，大致 可以分为：
1) 基于超声波的检测方法；
2) 基于冲击弹性波的检测方法
然而，由于混凝土结构及裂缝的特殊性，使得裂缝深度的无损检测变得非常困难。 同时，目前常用的裂缝深度的无损检测技术大多是从金属材料的裂缝深度检测中发展而 来，在应用于混凝土结构中会遇到各种问题，使得测试结果常常较实际深度偏浅很多， 因此难以在实际工程中推广应用。当然，对裂缝深度方向的发展的监测迄今尚无有效的 手段。
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；
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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
相位反转法 传播时间差法
表面波法
裂缝延伸方向的测试
图 2 裂缝深度的测试概念
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。
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这个方面类似剥离，测试 得到的自振频率会降低
图 3 利用自振频率的变化测试
这个方面类似剥离，测试 得到的 R 波波速会降低
图 4 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。
由于各种原因（如干燥收缩、温度应力、外荷载、基础变形等 ），裂缝是混凝土结 构中最常见的缺陷或损伤现象。但因裂缝的成因、状态、发展以及在结构中的位置等的 不同，对结构的危害性也有很大的区别。严重的裂缝可能危害结构的整体性和稳定性, 对结构的安全运行产生很大影响。另一方面，也有些裂缝，如表面温度变化或干燥收缩 引起的浅裂缝则无大的影响。此外，根据大量的观测资料，在混凝土结构物中出现的裂 缝，大多数在竣工后 1-2 年内已产生。如果这些裂缝处于稳定状态，其对结构的影响程 度要小得多。此外，对于裂缝的修补，如裂缝充填（往裂缝中注入水泥砂浆或者环氧树 脂等充填材料，以防内部钢筋锈蚀）和裂缝补强（裂缝表面粘贴钢板等）都需要在明确 裂缝的状态、成因的基础上才能合理、有效地进行。
问题不是没法解决的，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。
独创测试方法（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。
(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
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照 片 1-1 混 凝土多功能检测仪（ SCE-MATS） S 型
（2）
混凝土裂缝深度测试仪（SCE-CDT）：主要应用于混凝土结构中的裂缝深 度检测；也适用于岩体裂缝深度的检测。最大测试深度可达 2 米，受钢 筋和水分的影响小；在一定条件下，还可以检测混凝土的材质、尺寸等。
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因此，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， 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
关键词：混凝土裂缝检测，裂缝深度，表面波法，混凝土检测，混凝土裂缝深度测 试仪
自 1900 年混凝土的使用引起了建材界的革命时起，混凝土就注定成为土木工程领 域不可或缺的、改变世界景观的重要材料之一。因此，对其质量的重视不可忽视。今天 我们先关注混凝土裂缝检测的相关问题。对裂缝深度采用什么样的方法检测也是我们探 讨的重点。
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Βιβλιοθήκη Baidu
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
(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。
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表 1.裂 缝深度测试方法比较
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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。
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算其深度。 无衰减
较大衰减
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较小衰减
有衰减
2) 关键测试技术
图 1 “表面波法”的概念
“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。