基于冲击弹性波法的裂缝深度的检测研究.pdf

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1、呈Q!Z生篁!塑i璺箜至Q!塑)江酉建挝廑旦妥窒基于冲击弹性波法的裂缝深度的检测研究一周伟强髓江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西南昌330001摘要：混凝土结构会由于多种原因出现裂缝，裂缝深度的测量作为工程质量检测的一个难点，亟待解决。文中根据冲击弹性波法的基本理论，设计了一种对混凝土结构裂缝深度进行检测的方法，制作了若干带裂缝的混凝土试件并进行检测试验。对比检测分析结果和试件实际裂缝深度，结果表明，检测误差可以控制在15％内。关键词：冲击弹性波混凝土裂缝深度弹性波速混凝土作为一种有着优秀陛能的材料，是当代最主要的土木工

2、程材料之一，广泛应用于各种建筑工程中。而实际混凝土结构由于干燥导致的收缩、温度导致的应力变化、外荷载及基础沉降等会产生裂缝。裂缝的成因不同对结构的影响也不尽相同，裂缝作为一种混凝土缺陷经常出现在混凝土结构中，它将严重影响建筑物的安全和耐久性。混凝土裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝由粘着裂缝、水泥石裂缝和集料裂缝组成。它们无规则的分布在混凝土构件中，不贯穿，因此在非特殊部位，微观裂缝对结构影响不大。混凝土宏观裂缝一般由微观裂缝拓展造成，既是我们通常所指的混凝土裂缝，裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种，

3、若宏观裂缝超出《GB50010—20IO》对裂缝宽度控制的要求时_】J，则归为有害裂缝，会使结构物的安全性降低，危及结构安全。在发现裂缝在混凝土结构中出现时，需要合理准确的评价裂缝对结构安全的影响并确定加固方案，必须确定裂缝当况状态、发展趋势和产生原因，裂缝宽度、长度以及深度是主要的评价指标。2，其中深度是关键指标。而在实际检测工作中，深度的测量是比较复杂的，直接的检测手段是钻芯取样，该方法耗费时间较长并且对结构有一定的损害，且对于一些结构的特殊位置或者深度较大的裂缝，无条件进行取芯工作，所以需要一种简单、高效、准确的无损检

4、测方法来进行混凝土裂缝深度检测。1检测方法裂缝深度的无损方法有很多种，大致分为基于超声波、声波和冲击弹性波的检测方法_3j：(1)超声波法。通过超声波穿透探测声速、接收信号的首波幅值和波形分析来获取裂缝深度值，但信号的频率较高能量较低、频谱的相应性能相应较差，只能适用于浅裂缝的检测；(2)声波法。通过设置在裂缝两边钻取的孔道内声波管产生接收信号来获取裂缝深度值，需要对深度有个预估值并且对钻取的孑L道要求较大，因而在实际工程中的适用性也降低；(3)冲击弹性波法。通过在结构表面激振产生弹性波，通过传感器采集信号，信号频率低但能量

5、高，可以在混凝土中传播更远，因而不仅适用于浅裂缝同样适用于较深裂缝的检测。并且由于其对工作条件要求低，基本不受充填物及水分的影响，受钢筋影响可进行修正，在小空间内完成检测工作而广泛应用于实际工程。2检测原理2．1测试设备冲击弹性渡检测设备主要由激振装置、传感器、放大器、信号采集系统组成。2．2检测原理冲击弹性波做为一种应力波，一般由不同大小的激振锤激发，能量大且集中，能够穿透lom左右的混凝土。在应用到混凝土裂缝深度检测中，主要是利用应力波在有裂缝和无裂缝的混凝土中其传播形式的显著差异性。而应力波的激发与采集则是裂缝一侧激振

6、，另一侧采集的方式如图1。当激发的应力波在混凝土中传播，波前遇到混凝土内部裂缝开口表面时，其运动规律发生改变；应力波波前到达裂缝的混凝土一空气界面，由波阻抗差异导致波基本会被反射，形成反射波P，(如图2)，因此，此时应力波无法传递到裂缝的另一侧，混凝土质点不产生位移，接收点的传感器接收不到信号值。当混凝土中的应力波波前传播至裂缝最深极限位置时，既产生衍射现象，形成球形的衍射波PdP(见图3)。当P。P波第一次传播至接收端处时，引起混凝土表面质点发生位移，接收传感器所接收到的时域信号表现为振幅突变[⋯。坤击点接收，自冲击直接收

7、，自圈1传播情况一冲击，《接收点图3传播情况三图2传播情况二B图4-深度检测布置图2．3深度计算以垂直裂缝为研究模型时，从一侧开始激振混凝土表面另一侧传感器接收到信号时，P波的传播时间为出，也就是P波沿路径AB+BC(图4)传播的时间。设P波的波速为C一，则：AB+Bc=Cp．＆t由三角关系可知：h2+L}=AB2(2)h2+鹾=BC2(3)如果式中参量Ll，L2，△￡都已知话，那么就可以由式(1)、(2)、(3)计算出裂缝深度h，得到式(4)：h=(4)式(4)中如果让L．=L2，可以简化上式；而实际在检测采集数据操作过程

8、中为了达到满足Ll=L：时，只需要控制并调整冲击点和传感器的间距。“。因此，令￡，=L：=L，则公式可以进一步简化为：¨√c华)2-r(5)由上式(5)可以得出，需要已知的基本参数为P波在混凝土结构中传播速度o。波速带入值可采用不同强度混凝土对应的弹性波波速一般值，也可以采用直接测定法，将