基于穩(wěn)態(tài)表面波法的水工混凝土無損檢測技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

覃萬雙

【摘要】與一般混凝土構(gòu)件的質(zhì)量檢測常用措施不同，表面波法可以用于檢測低強(qiáng)度及存在缺陷的混凝土。本文筆者主要圍繞基于穩(wěn)態(tài)表面波法的水工混凝土無損檢測技術(shù)瑞雷波法應(yīng)用展開探究，首先對無損檢測技術(shù)進(jìn)行概述，再分析表面波法用于混凝土無損檢測的優(yōu)勢與缺陷。

【關(guān)鍵詞】穩(wěn)態(tài)表面波法；水工混凝土；無損檢測技術(shù)

前言

混凝土是目前建筑工程施工中應(yīng)用最廣泛的材料之一，其質(zhì)量情況會對建筑工程的安全性與實(shí)用性產(chǎn)生直接影響。因而強(qiáng)化結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量監(jiān)測與控制，保證結(jié)構(gòu)的安全性，已成為目前當(dāng)今建筑工程施工與研究人員關(guān)注的重點(diǎn)課題。為此，對混凝土進(jìn)行檢測有著重要的意義，本文對基于穩(wěn)態(tài)表面波法的水工混凝土無損檢測技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展展開探究。

1、表面波分析法

表面波（也稱為瑞雷波）是一種沿著介質(zhì)表層進(jìn)行傳播的彈性波。表面波混凝土檢測儀的構(gòu)成成份主要有：信號采集、激振器、傳感器、分析顯示系統(tǒng)。對混凝土檢測時把傳感器與激振器一同在混凝土表面安裝。利用設(shè)定頻率使激振器向結(jié)構(gòu)物垂直激振的時候，產(chǎn)生的表面波在材料中依照一定的深度進(jìn)行傳播，由傳感器進(jìn)行振動信號接收，應(yīng)用有關(guān)檢測器接收信號和參考信號之間的時間差檢測，如果信號接收傳感器和激振器間的距離為L，調(diào)整參考信號初始相位，并同步于激振器，可以計(jì)算出表面波在L距離的范圍之內(nèi)的傳播速度。表面波傳播速度與材料的剪切模量、彈性模量間存在一定的等式關(guān)系，通過試驗(yàn)還可對表面波速度與材料抗壓強(qiáng)度、干密度的相關(guān)性進(jìn)行確定。所以可利用它來檢驗(yàn)水工建筑混凝土材料的存在的缺陷及力學(xué)性能。表面波分析法適用于低強(qiáng)度與存在缺陷的混凝土。

2、瑞雷波應(yīng)用于無損檢測中存在的問題

近年來，瑞雷波在混凝土無損檢測應(yīng)用廣泛。瑞雷面波法對混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測得到了很好的效果，但在該技術(shù)上仍有許多方面的問題還有待進(jìn)一步地研究。下面對無損檢測中存在的問題進(jìn)行了分析。

2.1 瑞雷波檢測方法本身的不足

在以往的研究中，瑞雷波法檢測作為工程質(zhì)量控制的輔助手段，存在一定的缺陷。從檢測方法上來說，穩(wěn)態(tài)瑞雷波勘探法已經(jīng)比較成熟。但是對于瞬態(tài)瑞雷波勘探法，雖然國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了大量工作，并取得了豐碩成果，但是瑞雷波法尚未成熟。對于瑞雷波檢測方法，從理論上說，存在以下缺陷：

2.1.1 瑞雷波正演方面

現(xiàn)存的正演計(jì)算多是基于均勻?qū)訝罱橘|(zhì)的，但實(shí)際中難以滿足這一條件。為了使正演結(jié)果盡可能的接近實(shí)際情況，應(yīng)對復(fù)雜介質(zhì)中瑞雷波的傳播規(guī)律進(jìn)行研究。特別是裂縫介質(zhì)中瑞雷波傳播特性的理論正演研究，例如：混凝土表面裂縫延伸深度探測，目前還沒有很好的探測方法來解決此問題。

2.1.2 雷面波的提純問題

瑞雷波頻散曲線的提取方法雖然很多，例如表面波譜法、互相關(guān)法、τ-p變換法、Prony法、極化濾波法和f-k域分析法。這些方法都有它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。但如果考慮到高模式瑞雷面波的提取，則需要對上述方法做一些完善和補(bǔ)充。具體表現(xiàn)在：

（1）取實(shí)測頻散曲線相位差計(jì)算中2nπ導(dǎo)致的多解問題；

（2）速度。深度剖面“之”字型曲線的形成及其解釋并不完美。

2.1.3 反演問題

核心問題是如何利用反演問題，雷波瑞頻散曲線從介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)。但這個問題沒有得到很好的解決，雖然有很多方法s，但不是很令人滿意。從根本上說，瑞利波反射瑞利波穿透介質(zhì)性質(zhì)的深度范圍內(nèi)，所以芮磊博的速度是平均速度通過h中深度范圍的表征。因此，瑞利波速度并不能反映介質(zhì)的真實(shí)性質(zhì)，而是多層疊加的綜合體現(xiàn)。

從實(shí)際的角度來看，雖然有許多成功的案例，但也有生產(chǎn)科研單位的軟件對同一記錄有不同的解釋，并常給大差頻頻散曲線，瑞雷波勘探成果與大中型實(shí)際出發(fā)。在同一時間，現(xiàn)有的工具不做可怕CT結(jié)果的現(xiàn)場，也沒有在媒體分層和內(nèi)部實(shí)際質(zhì)量。

2.2 瑞雷面波法檢測混凝土質(zhì)量存在的缺陷

2.2.1 瑞雷波速與混凝土構(gòu)件介質(zhì)并非逐點(diǎn)對應(yīng)

從根本上說，瑞利波法是瑞士雷波產(chǎn)中等深度的反映，所以雷波瑞虛擬現(xiàn)實(shí)表征速度穿透深度的平均速度中程。因此，瑞利波速度并不能反映介質(zhì)的真實(shí)性質(zhì)，而是多層疊加的綜合體現(xiàn)。

因此，利用虛擬現(xiàn)實(shí)來確定介質(zhì)內(nèi)一點(diǎn)的特點(diǎn)是扭曲的，如果這個速度來確定在混凝土缺陷的具體位置的空間變化網(wǎng)，它可能是不準(zhǔn)確的結(jié)果。

解決的辦法是采用瑞士雷波相速度（VR）中剪切波（VS）反演，體波介質(zhì)速度剪切波速度分布，可用于建立正確的相應(yīng)的中介點(diǎn)。掌握波速度及水工混凝土抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系，對水工混凝土構(gòu)件的剪切波速度分布的分布論水工混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度。

2.2.2 對混凝土試件的橫波波速測試精度達(dá)不到要求

混凝土橫波波速與強(qiáng)度之間的對應(yīng)關(guān)系需要通過對具有不同強(qiáng)度的混凝土試塊的力學(xué)試驗(yàn)和橫波波速測試取得。在測試混凝土試塊的橫波波速的過程中，目前在橫波震相的識別及到時判讀的過程中還存在困難。這使得混凝土橫波波速及強(qiáng)度間存在不確定的對應(yīng)關(guān)系。

目前還沒有解決以上缺陷的措施，因而需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室橫波測試相關(guān)技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)與研究。

3、總結(jié)語

總之，表面波法對比于常規(guī)的檢測方法具備一定的優(yōu)勢。但是，我國在水工混凝土中應(yīng)用表面波法的歷程并不長，因而其自身存在很多問題并未得到有效的解決。相關(guān)施工與研究人員要進(jìn)行不斷的總結(jié)、創(chuàng)新與研究，才能有效地將表面波法應(yīng)用于水工混凝土的無損檢測中，確保水利工程的質(zhì)量。

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