瑞雷波在混凝土无损检测中的应用研究

瑞雷波在混凝土无损检测中的应用研究

【摘要】针对混凝土构件质量检测常用方法的不足，文中采用瑞雷波法检测混凝土强度与内部缺陷。分析瑞雷波法应用于混凝土无损检测中的优势和存在的问题，并提出研究展望。

【关键词】瑞雷波；混凝土；无损检测

abstract：to the disadvantages of common methods that test the quality of concrete component, this paper applies the rayleigh-wave to test the strong and inside bug of concrete. analyzing the advantages and disadvantages of the application of rayleigh-wave in concrete nondestructive testing, putting future research.

key words： rayleigh-wave; concrete; nondestructive testing

混凝土是现代建筑工程中应用最广泛的建筑材料之一，其质量的好坏直接关系到结构物的安全。因此，加强结构混凝土的质量监测与控制，确保结构的安全，成为当今建筑工程的重要研究课题之一。检测混凝土构件质量的传统方法，是在拌和机前取样，制作与混凝土构件同条件的标准试块，对试块进行强度试验，据此了解混凝土构件的强度[1]。但这只是混凝土构件强度的间接测定值。由于试件的成型条件、养护条件及受力状态都不可能和结构物上的混凝土完全一致，因此，试件测量值只能被认为是混凝土在特定条件下的性能反映，而并不一定是结构混凝土的真实状态。

另外，由于试块与构件是不同的个体，对试块强度的测试并不能了解混凝土构件不同部位的实际强度值（强度分布），更不能确定混凝土构件内部缺陷的位置与大小，也不能判断出结构物遭受破坏的程度等。因此，直接在结构物中检测混凝土质量的现场检测技术，已成为混凝土工程质量管理的重要手段，越来越受到重视。

一、混凝土无损检测技术概述

我国《混凝土强度检测评定标准》和《混凝土结构工程施工及验收规范》中规定：“当对混凝土试件强度的代表性有怀疑时，可用从结构中钻取式样的方法或采用非破损验收方法，按有关标准规定对结构或构件中混凝土的强度进行推定”。对于混凝土无损检测技术，是指在不破坏结构构件的前提下，直接从结构物进行测试，通过无损检测技术的基本理论和已经建立的一些经验标准曲线，推定混凝土的强度和缺陷，它既适用于工程过程的质量检测，也适用于工程的竣工验收和建筑物使用期间混凝土质量的检定，同时还能评定旧老建筑物的完整性和安全性[2]。

目前用于无损检测的方法很多。按照检测目的，混凝土无损检测方法可分为强度检测、缺陷检测、受力历史及受力损伤程度检测和其他检测这四大类[3]，这四类的发展水平有很大的不同。混凝土强度的检测由于长期理论上的研究和工程上的实际应用，已经日趋完善。对于混凝土其他方面的检测与强度检测相比，起步较晚，还处于发展阶段，但日益受到重视[4]。

针对混凝土构件的强度与缺陷检测，国内主要使用的无损检测方

法有钻芯法、回弹法、拔出法、射钉法、超声法、超声回弹综合法等（见表1）。其中，钻芯取样法对混凝土质量可进行准确、直观的判断，但势必造成结构物的局部破坏，需要进行修补，因而不宜用于大面积的全面检测[5]。而回弹法、拔出法、射钉法等方法只能测定表层1～3cm深度的强度，反映的是混凝土构件的表面强度，因此这几种方法都有一个共同应用前提，就是要求混凝土表层强度与内部一致。这一条件，对于较薄的墙、板尚可满足，但对于较厚的大体积混凝土结构，实难满足表里如一要求，尤其是混凝土底板结构，表层往往存在一层砂浆，限制了这些方法的应用。而用表面质量推定其内部质量特性显然存在一定的误差[6]。超声法和超声回弹综合法对混凝土的强度和缺陷均能测量[7][8]，但它们要求被测物有两个相对可测面[9]，在实际测试中，许多情况下混凝土构件无法满足这一条件。基于这一现实，有必要采用新的方法进行检测。

瑞雷面波法也是一种常见的无损检测方法，它通过分析瑞雷波在介质里的传播过程，来反演计算出介质的各种工程参数。和上述方法相比，瑞雷波法只需利用被测结构物的一个可测表面，就可以对其内部质量状况进行检测，而且测试深度可人为控制，即可由浅向深逐层检测，也可以控制对某一深度范围进行检测，避免了上述几种方法在检测中所存在的缺点。瑞雷波法检测结果直观，检测速度快，省时省力，有可能在现场给出检测结果。

二、瑞雷波混凝土无损检测的应用概况

近年来，瑞雷波在混凝土无损检测应用中也得到了长足的发展。1998年，徐建华应用瑞雷面波法对混凝土的强度进行检测得到了很好的效果，但在该技术上仍有许多方面的问题还有待进一步地研究[9]。同年，吕小杉等人，对水工混凝土质量进行检测的一般性方法的利弊进行了分析，并在文中提到“近年来开始研究应用的表面波法是比较有前途的无损检测方法，已列入国家‘九五’科技攻关项目” [10,11]。同时，李平、姚成林等人将瑞雷面波法应用于潘家口水库混凝土重力坝，避免了在水工建筑物上钻孔探测[12]。1999年，王文中、俞丽娅等人介绍了表面波检测混凝土裂缝深度的可能性及检测方法的可行性，阐述了利用有限单元法研究平面瑞利表面波检测混凝土裂缝深度的原理[13]，以及测试分析方法。2000年，林水珍也在文中探讨了表面波检测混凝土裂缝的可能性及检测方法的可行性[14]。同年，杨成林等人在“sm瑞雷波仪测试原理及应用效果分析”一文中，也介绍了用该仪器在测定混凝土结构强度中取得了很好的应用效果，但是他们仅仅分析了瑞雷波测混凝土的强度与厚度，并没有建立各种情况下混凝土试件与频散曲线的对应关系[6]。同年，洪维元、刘敦高根据珊溪水库工程混凝土面板堆石坝填筑实践，在分析研究有关坝体填筑碾压质量控制及干密度检测操作等问题的基础上，提出了应以控制碾压参数为主，以挖坑取样为辅；施工中应改进使用快速而又不取样的压实计、面波仪等原位检测方法，以作为质量控制辅助措施。可大大减少挖坑取样数量，