混凝土结构检测中探地雷达和超声波法的运用研究

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1、混凝土结构检测中探地雷达和超声波法的运用研究广东省有色金属工业建筑工程质量检测站广州51000摘要：若混凝土结构内部有空洞或不密实区等缺陷，会严重影响结构的使用性能。为保证保证大型结构安全服役，混凝土结构的无损检测是重要的检测方法。木文结合工程实例，介绍了混凝土结构检测中探地雷达和超声波法运用的原理和方法，表明用探地雷达结合超声波检测混凝土不密实区和空洞的效果较理想，用于无损检测是可行的。关键词：探地雷达；超声波；无损检测1引言混凝土结构中会出现裂缝，这只是缺陷形式之一，混凝土的无损检测技术是为了探测结构内部和表面缺陷，并对缺陷的性质分布及其变化等作出判断

2、和评价，然后在不损伤混凝土结构的前提下，就是利用结构内部异常或缺陷存在所引起的对声、热、电、光、磁等反应的变化，对结构进行检测。无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，其重要性己得到公认。它一般有三种含义，即无损检测、无损检查和无损评价。目前雷达技术和超声波技术己经被运用于混凝土结构的无损检测中。2探地雷达检测混凝土结构的基木原理探地雷达检测具有方便快捷和无损的特点，是原理是利用电磁波在介质中的传播，通过记录传播的波形、传播时间以及电磁场强度等属性，推断混凝土结构特征的一种物理探测方法，也是目前应用最广泛的无损检测方

3、法之一。雷达系统主要由发射机、接收机、天线和显示器等部分组成，其中天线部分乂分为发射机和接收机两部分。用探地雷达检测混凝土结构的方法为反射法，检测时，雷达的发射天线向混凝土的内部发射高频脉冲电磁波，电磁波会集中在一个很窄的方向形成波束传播。遇到钢筋，孔洞时电磁属性就会发生变化，从而使部分雷达波被反射回来，这些信号就会被接收机接收（原理图如图1）,然后通过收发转换开关送到接收机，形成雷达的冋波信号，信号经计算机和雷达专用软件处理后形成雷达图像，据此就可对所检测的混凝土结构（如混凝土结构内部的孔洞，钢筋的位置，混凝土保护层的厚度等）进行描述。在混凝土缺陷的研究

4、中，由于不同结构的含水量及孔隙率不同，物质会表现出不同的介电性质，在雷达扫描图中，将会出现互异的雷达波形图。表1是工程中不同介质的电磁参数检测结果。图1探地雷达原理表1工程中常见介质的电磁参数介质名称电导率相对介电常数空气01淡水冰4石灰岩（湿）2.58混凝土（潮湿）~10~20混凝土（干燥）4~10混凝土内部出现缺陷损伤是难免会有的，要想采用无损检测确定缺陷的位置、取向和范围，有需要研究由缺陷边界不同侧介电常数的差异所引起反的射波相位和幅度的变化。这样，通过计算发射电磁波至反射波返冋的时间差和混凝土中微波传播的速度就可确定反射体的位置，从而检测出混凝土内

5、部缺陷的位置。3超声波检测混凝土结构的基本原理超声波主要采用“穿透法”来检测混凝土空洞或不密实区。超声波检测混凝土结构的基本原理是通过研究超声波在物体内部传播时，声波在通过物体内部不同界面吋表现岀的衰减、绕射和反射等物理特性，测定物体内部缺陷的种无损检测方法。当超声波在传播过程中遇到裂缝、空洞、蜂窝等缺陷时，发射换能器发射的大部分超声波会在缺陷界面产生散射、反射等现象，在到达接收换能器吋声波能量（波幅）就会发生显著减小，所以可根据波幅变化结构内部缺陷做出判断。当超声波遇到尺寸比其波长小的缺陷吋会产生绕射，绕射的结果便是超声波传播的时间增长。超声波在穿过缺陷

6、区吋，超声波波速和振幅会发生衰减，再加上被测物体内部结构的不均匀性，从而使得声波的传播路径不确定，造成波形的畸变。由此可根据超声波声速的变化及其波幅以对结构内部缺陷进行判断。在穿过缺陷区时，不同幅度的超声波在缺陷界面产生不同的衰减，规律表明，波的幅度越高，衰减就会越大。因此，当有缺陷的混凝土的超声脉冲波被接收换能器接收时，接收到的主信号的幅度会发生显著降低。通过接收信号的振幅变化情况即可分析判断缺陷情况。图2正常混凝土的特征波形图3异常混凝土的波形4应用实例4.1探地雷达技术在混凝土结构无损检测中的应用实例本次试验使用瑞典MALA公司的RAM-AC/GPR

7、CUII高端多通道通用探地雷达。该机是当今世界上唯一可以单人操作的探测雷达。检测前，要弄清楚测区的周围环境，尽量减少对雷达波干扰，所以要压制随机的和规则的干扰，以可能的最人分辨率在地质雷达图像剖面上显示反射波,以便更精确的反应介质内部的情况。在检测岭澳核电站安全壳吋，利用该雷达的屏蔽式抗干扰天线向混凝土内发射1.2GHz的电磁波，分析混凝土内部的缺陷只需判读冋波图象。其它的设定参数为：采样频率34878MHz,天线间隔0.20m,采样间隔0.10m，时窗大小8.0ns。采取网格式扫描的方法，利用该雷达在筒壁表面进行扫描，连续发射信号到混凝土结构中，每单位长

8、度扫描一定的道数，用计算机将检测结果同步显示并储存。在建筑质量工程