混凝土裂缝深度检测

1、混凝土裂缝深度检测（宁波升拓检测技术有限公司浙江宁波NCIT）对应设备：混凝土多功能检测仪（SCE-MATS） PA/B/S/SA/R/RA型概述：混凝土结构是最重耍的土木、建筑结构，在社会基础设施中占据举足轻重的地位。然而 在使用过程中，不可避免地出现各种老化、劣化现象（如裂缝、混凝土强度降低等）。同时, 如果施工质量得不到很好的保证，会加速结构的劣化，从而造成社会经济的损失。为此， 我们历时10余年，与国内外相关机构合作开发了一整套针对混凝土的浇筑质量、结构的缺 陷的综合解决方案和技术体系。该方案基丁无损检测技术，具有测试效率高.可靠性好、对 结构无损伤等特点，可以大大地提高混凝土材料及结

2、构的质量。该技术体系的检测内容主要包括：1）裂缝深度；2）混凝土构件质量（强度及刚度）；3）结构尺寸4）表面剥离、脱空及内部缺陷；5）岩体力学特性及分级测试整个技术体系釆用冲击弹性波作为测试媒介，并集成到测试设备中（混凝土多功能检测 仪，SCE-MATS）。其测试精度和效率达到工程要求，已在国内外数白个各类工程中得到了实 际应用。我们具有相关技术的全部知识产权，并申请和获得了多项国家发明专利，产品出口 到日本等海外。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（混凝土多功能检测 仪，SCE-MATS）。其测试精度和效率达到工程要求，已在国内外数白个各类工程中得到了实 际应用。我们

3、具有相关技术的全部知识产权，并申请和获得了多项国家发明专利，产品出口 到日本等海外。裂缝深度检测意义：混凝土结构是最重耍的土木、建筑结构，在社会基础设施中占据举足轻重的地位。然而, 由丁各种原因（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。由于裂缝的成因、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。另一方而，也有些裂缝，如表而温度变化或干燥收缩引起的浅裂缝则无大的 影响因此，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

4、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耍困难得多，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，对深裂缝由丁取样困难往往难以 测试。同时，对丁裂缝的发展也难以监测，因此，采用合理的无损检测方法是非常必耍的裂缝深度检测测试方法和原理裂缝深度的无损检测方法有多种。根据测试面的条件，可以分为单面平测法、双面斜测法和钻孔对测法。其中，单面平测法适用面最广。方法测试原理概要备注无损方法平测法相位反转 法根据接收 信号初始相位 的反转采用接收 信号的初始部 分的特性，不适 合深裂缝传播时间差法

5、根寸竭激发信号的传摺 时间面波法根据激发信号的衰减 特性采用接收与激发面波 信号的能1:特性斜测法亍播时间差法根据激发信号 的传播时间需要具备两个 平行的测试而钻孔方法直接确认法在裂缝上钻孔 确认其深度最为直观，但 不适合深裂缝对测法在裂缝两侧钻孔，釆用 声波透射的方法11$用范围最广平测法（基于首波特征）基丁首波特征的半测法包括相位反转法和传播时间差法。1）相位反转法当激发的弹性波（包括声波、超声波）信号在混凝土内传播，穿过裂缝时，在裂缝端点 处产生衍射，其衍射角与裂缝深度具有一定的儿何关系。相位反转法正是基丁该原理将激振 点与接收点沿裂缝对称配置，从近到远逐步移动。当激振点与裂缝的距离与裂

6、缝深度相近时, 接收信号的初始相位会发生反转。该方法只须移动冲击锤或换能器，确定首波相位反转临界点，就可确定混凝土的裂缝深 度。与其它混凝土裂缝深度检测方法相比，具有无需通过公式计算，简单直观的特点，有一 定的实用价值。2）传播时间差法该方法适合混凝土结构物中的开口裂缝。其测试原理是激励产生的弹性波遇到裂缝时， 波被直接隔断，并在裂缝端部衍射通过。本方法就是通过测试波在有裂缝位置和没有裂缝健 全部位传播的时间差來推定裂缝深度的。裂缝深度越大，传播时间差也越长。传播时间差法乂可以分为Delta法、BS （British Standard）法等子方法。其中，BS法 无需测试波速，在狭小场所也可适用

7、。我们在BS法的基础上提出的修正BS法。采用3点回归, 还能够推测裂缝的延伸方向。3）此类检测方法的局限这两种类型的方法都利用传播的波的初动成分（到达时间或者是初始相位）。尽管在金 属探伤技术中有广泛应用，但在测试混凝土裂缝时，却会遇到很大的困难：（1）接触面/充填物的影响受裂缝的接触面（紧密程度或压力情况）或充填物（水、灰尘）的影响，导致波会提前 通过，测试的传播时间变短，测试结果会比裂缝实际深度要浅。（2）接受信号能量的影响若混凝土结构物中的裂缝比较深，那么在裂缝端衍射的弹性波能量会降低，衍射的信号 会很变弱，这对接收波初始时刻的判断不利。极端的例子是：若混凝土结构物中的裂缝是贯 通的，那

8、么几乎不会有衍射波通过。（3）初始波成分（类型）不明的影响对丁没有裂缝、或裂缝比较浅的时候，接收波的初始成分主耍是表面波和SV波。而裂 缝比较深的时候，信号乂很微弱，这对初始信号的判断带來困难。因此，由丁裂缝面的接 触、钢筋、水分以及信号衰减的影响，使得标准测试方法得到的裂缝深度往往较实际值偏浅, 特别是对于深裂缝，其测试误差更大。平测法（面波法）针对现有半测技术的不足，我们开发了一种新的裂缝深度探测技术（简称“波法”）。 该方法采用瑞利波（面波的一种）的衰减特性來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。1）面波法的基本原理瑞利波

9、是由丁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）依存丁材料的剪切力学特性，从而对裂缝更为敏感；（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彼遮断，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），便可以推算其深度。根 据我们的试验资料和理论分析结果，有：其中

10、，、和分别为裂缝深度、表面波波速和裂缝 后/前的振幅比（需经几何衰减）ZZ = -0.74292111（.Y）其中，、和分别为裂缝深度、表面波波速和裂缝后/前的振幅比（需经几何衰减修正）。 H ? x2）关键测试技术“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 （己获得国家发明专利，专利号：），从而大大提高了 “表面波法”的测试精度和实用性。3）表面波法的特点（1）表面波法测试裂缝的范围很大，可达儿米，受充填物、水分的影响较小。测试精度高。但该方法属于半理论半经验的方法，理论不是特

11、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。（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）有剥离的场合，会引起板波和振动，导致测试误差大。模型、现场验证基础试验（1998-2006）1）混凝土块试验（开口裂缝）利用大型混凝土试验块，对开口裂缝（裂缝宽2mm,无填充物）进行了验证试验。结果 表明，对于开口裂缝，（1）各测试方法的测试结果均很理想；（2）表面波法的测试离散度相对较大。2）混凝土块试验（裂缝面压力）在很多情况下，裂缝面上有可能受到圧缩应力。对此，我们在试验室做了大型试验，來

12、验证在受压应力条件下表面波法的测试精度。测试结表明：（1）随着压力的增加，测试的裂缝结果逐渐变浅；（2）传播时间法在受到微小应力时，已无法测试裂缝的深度：（3）裂缝面上的应力在5MPa以上时，表面波法也无法检测出裂缝的存在特点1）集成度高、测试精度好在本套测试设备SCE-MATS中，集成了多种裂缝测试技术，各种测试技术可相互补充、印 证，从而尽可能地提高了测试精度。2）测试范围广本技术可测试深达2米的裂缝。3）可测试裂缝延伸方向适用范围1）各种钢筋混凝土和素混凝土结构、沥青混凝土；2）土石坝、岩体：影响因素1）裂缝面的压力其对裂缝深度检测的影响很大。当裂缝面上作用的压应力超过50KPa时，各种方法均难 以检测裂缝深度。2）测试对象的位置和形状“面波法”对测试对象的位置和形状要求较高，一般耍求半坦，具有一定的厚度并距边