超声纵波测量混凝土动弹性模量技术的开发研究

《超声纵波测量混凝土动弹性模量技术的开发研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、超声纵波测量混凝土动弹性模量技术的开发研究童寿兴（上海同济建设工程质量检测站）摘要本文选用普通超声纵波换能器以及超声波平测法检测技术测量混凝土的动力弹性模量。研究提出了一种取不同测距的接收波波峰相关散点、回归计算表面波的新方案，试验证明能克服并排除纵波在底面及边界上的反射对直达表面波的干扰影响。在同一试件上直接比对超声法、敲击法两种不同类型的仪器所测定的混凝土的动弹模量，检测结果二者相当一致，而且新方案最大的技术特点能检测非长条圆、棱柱体特殊截面形状试件，这是其它动弹性模量测量仪无法克服的必要试验条件。关键词超声波；检测；

2、混凝土；弹性模量　混凝土的性质可以用动力弹性模量Ed来描述，Ed的测量是混凝土无损检测技术的基础之一。常用的Ed测量方法是振动法。当材料受力振动时，材料经历着周期性的应力应变过程，各项振动参数正是材料性质的反应。根据材料振动的状态的不同，振动法又可以分为共振法、敲击法以及超声脉冲法。共振法和敲击法在测定Ed时要求试件具有一定的长、宽、高比例，并成条杆状及能方便称取重量，因此它仅适用于试验室的试件及形状有规则的部分预制构件，而不宜用于大型的、非杆件状或变异截面的试件以及直接在构建物上测试[1]。如何扩大应用范围、测量更多类型

3、的截面试件以及现场结构物混凝土的弹性模量，仍然是一个值得深入研究的课题。本文选用普通超声纵波换能器以及超声波平测法检测技术，并通过数学最小二乘法时、距回归方程得到的两种超声声速值来计算混凝土的弹性参数。1.以往的研究声学基础已经明确了无限大固体的弹性参数可以由以下各式计算：ＶＰ=（１）ＶＳ=（２）ＶＲ=（３）式中：ＶＰ、ＶＳ、ＶＲ分别为纵波、横波、表面波的速度；ρ-—固体的密度；-—泊松比联立（１）式和（２）式，得：（４）联立（１）式和（３）式，得：　　　　　　　　　（５）可见，只要已知ＶＰ和ＶＳ或者ＶＰ和ＶＲ，则可由方程

4、（4）和（1）或方程（5）和（1）解得及Ed的值。即混凝土的泊松比的常规检测，可以分别采用纵波和横波换能器，各自测定其纵波ＶＰ和横波ＶＳ的声速后通过方程（４）计算得出。再将值代入方程（１）或（２），进而确定混凝土的动弹模量。众所周知，横波比纵波的测量方法更为复杂，因为横波不能在液体中传播。为使横波换能器与试件的声接触，须在二者之间放置铝箔并施加很大的压力才能保证良好的声耦合，这只有在实验室才能做到。有研究者［２］提出了一个采用普通的纵波换能器通过测量混凝土纵波、表面波速度来确定现场混凝土及Ed的好方法。当一对收、发换能器以

5、一定间隔置于混凝土表面时，可获得图１的波形。　　　　　　　　　图１　平测法接收波形与特征检测点波形的前部为纵波，因为纵波速度最大，以“１”表示为纵波的初至点，而表面波速度小于纵波的速度，但是它的能量大、信号强，加上叠加的效应，图１中波形后面部分振幅突然增大是由于表面波的到达，以“２”表示，并以“３”表示表面波到达后的第一个峰值点，参照超声波平测法声速检测的方法（固定一个换能器，以一定间距移动另一个换能器），用不同时、距的回归计算方程式，得到“1”纵波、“３”表面波的声速值。将纵波ＶＰ、表面波ＶＲ代入（5）、（1）式，即可得

6、到混凝土的及Ed的值。2.试件尺寸选择的问题为了比较超声法、共振法二者之间测量混凝土弹性模量的差别，以及为了克服试件边界及底面反射纵波对直达表面波的干扰，文献［２］对试件尺寸做了刻意的考虑：测量纵波ＶＰ、表面波ＶＲ用大试件，尺寸为200mm×500mm×500mm；共振法测量频率用传统的在实验室做共振法试验的小试块，尺寸为100mm×100mm×500mm。基于试件尺寸的选择和工程实用性：（１）两种尺寸不同的试件虽然是同批的混凝土拌制且同条件养护，但总有差别，不能在同一试块上检验超声法、共振法其测定弹性模量的差值，是否缺乏

7、比对性和更强的说服力？（２）小试件或工程中有些构件比较薄，如楼板、剪力墙等。超声检测的底面反射纵波对直达表面波测值的影响该如何克服？（３）在实际检测中，有很多类对超声检测的影响因素，接收信号中常杂有波形畸变现象，有时较难获得如图１这样典型的理想化波形。检测有否排除干扰波的改良方法？３．试验试件及仪器3.1混凝土试件本试验采用某无损检测课题遗留下来、设计强度等级成系列的Ｃ２０、Ｃ３０、Ｃ４０、Ｃ５０、Ｃ６０混凝土试件。试件尺寸为150mm×150mm×550mm。该批试件龄期近三年，利用一直放置在室内的较长龄期混凝土试件，其

8、内外干燥程度比较一致，而且混凝土强度发展已趋于稳定。因在同一试件上检测，尝试用超声、敲击两种试验方法比较测量的动弹模量的差别，验证比对超声纵波换能器测量混凝土弹性参数的准确性。3.2仪器1.采用ＣＴＳ－２５型非金属超声波检测仪。该仪器适宜做本课题研究工作，能够灵活操作、方便读取所观察波形峰值位置处的声时