混凝土缺陷测试技术-脱空及剥离.doc

混凝土缺陷测试技术 （剥离与脱空） 目录 1 概述 1 2 基本原理 1 3 影响因素与注意事项 3 4 验证及实际应用 4 5 脱空厚度的检测 5 6 测试精度和范围 6 概述 在混凝土结构的表层部分，由于钢筋锈蚀、表层裂缝等原因，会产生剥离等现象。对隧道衬砌的天顶、立交桥的下部等部分，剥离引起的混凝土脱落有可能威胁到通行车辆、行人的安全。 此外，混凝土面板等与支撑物体间、钢管混凝土、压力隧道中钢衬与周围混凝土之间也会产生脱空现象。这样的脱空会严重影响钢管或者混凝土的受力状况，降低结构强度，危害很大： 对于钢管混凝土，脱空使得混凝土的围压下降，从而降低了混凝土的抗压强度。严重时可能造成混凝土的压碎，也可能使得钢管本身发生座屈，进而大幅降低结构的承载力； 对于压力管道：由于压力管道在设计时，内压由钢管和周围的衬砌联合承担。如钢管与衬砌产生较大面积的脱空，使得钢管单独承担内压，进而产生过大变形，严重时会造成钢管的破裂。 钢管混凝土及压力管道剥离的概念 为此，我们开发了“打声法”和“振动法”，并结合快速成像技术（QPG），可以高效率、高精度地测试剥离的有无和范围。 混凝土多功能无损测试仪SCE-MATS-S 基本原理 当锤击混凝土结构表面时，在表面会诱发振动。该振动还会压缩/拉伸空气形成声波。因此，一方面可以用传感器直接拾取结构表面的振动信号（在此称为“振动法”），也可以利用工业拾音器（麦克风）拾取声波信号（在此称为“打声法”或“声振法”）。 通常，在产生剥离的部位，振动特性会发生以下变化（如下图）： 弯曲刚度显著降低，卓越周期增长； 弹性波能量的逸散变缓，振动的持续时间变长。 这两个特性对激振力的大小没有要求。另一方面，剥离会引起结构抵抗特性的变化，也就是说，剥离使得参与振动的质量减少，在同样的激振力下，产生的加速度会增加。因此，用冲击锤激振并用激振力归一化后，加速度幅值也是一个重要的指标。 剥离时各种振动参数的变化特点 上述指标（卓越周期、持续时间和最大加速度）的比较如下所示。 剥离测试各参数的比较 项目 持续时间 卓越周期 最大加速度 有剥离时 变长 变长 变大 特征 对边界条件敏感 对厚度敏感 优点 激振力的影响小 对表层剥离敏感 缺点 受材质、边界条件影响大 要求对激振力归一化 适用结构 周围也剥离（下图A） 大面积剥离（下图B） 周围也剥离（下图A） A：　周围也剥离　　　 　　　B:　大面积剥离 剥离的形状和规模 影响因素与注意事项 影响打声或振动特性的主要因素 激振、拾振（声）位置 激振方法（锤重、锤头形状、材质） 边界条件 混凝土的性质（表面状态、含水率等） 缺陷状况 主要注意事项 阈值的设定：需要说明的是，上述各个参数均只有相对意义。因此，在实际测试，根据健全部位的测试结果事先确定剥离的阈值是必要的。 激振锤的选取：对于较深剥离的测试通常需要更大的激振锤。 与其他方法的结合：对于较深的剥离，冲击回波（重复反射）法更为有效； 打声法中的注意事项：由于空气的存在，使得打声法的分辨力要弱于振动法。因此，防止周围噪声的混入、保持测试距离的一致是有益的。 此外，根据上述参数，不仅可以测试剥离，对结构状态也可以进行初步的判断。 振幅（声强）（↑：高） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　频率（声调）（→：高） 混凝土结构健全性的判断 验证及实际应用 混凝土试块验证 我们浇筑了混凝土快，并在其中预埋了如下图所示的缺陷。通过振动法和弹性波雷达扫描（EWR）、快速成像（QPG）的分析，可以很好地识别了预埋的缺陷。 混凝土试块及预埋缺陷 综合测试结果 大坝面板脱空检测 云荞水库大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高80 m，坝顶长320 m。为了检查面板的“5.12”震后的健全性，我们对面板中主要的问题（裂缝及面板脱空）进行了检测。 测试对象 测试结果 机场跑道剥离（日本中部某机场） 该机场跑道的沥青混凝土铺装在长期的运用过程中，产生了剥离现象。我们受业主委托，对跑道剥离进行了检测。 试验情景 剥离测试结果 模拟场所的碾压质量测试结果 脱空厚度的检测 当钢板脱空面积较大时，其脱空厚度可根据频谱分析（EWR）的方法检测： 脱空厚度检测的概念 如上图可见，若能识别出空气柱的共振周期，则脱空厚度为： 其中，为空气中声波的波速，一般可取0.340km/s。 【注意】由于脱空中空气柱振动的能量一般比较微弱，因此在测试时需要用特制的磁性卡座固定传感器，激振锤也宜用较小的规格。此外，在频谱分析时，有时会需要增强用增强模式。 测试精度和范围 混凝土中剥离：有效测试深度由测试方法决定。对于打声法（声振法），其