混凝土缺陷测试技术脱空与剥离

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1、混凝土缺陷测试技术（剥离与脱空）7/8目录1概述12基本原理13影响因素与注意事项34验证及实际应用45脱空厚度的检测56测试精度和范围67/81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：（1）对于钢管混凝土，脱空使得混

2、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；（2）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。钢管混凝土压力管道钢管与衬砌脱空钢管与内芯混凝土脱空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

3、试仪SCE-MATS-S7/81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）：（1）弯曲刚度显著降低，卓越周期增长；（2）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

4、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7/8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1影响因

5、素与注意事项1）影响打声或振动特性的主要因素（1）激振、拾振（声）位置（2）激振方法（锤重、锤头形状、材质）（3）边界条件（4）混凝土的性质（表面状态、含水率等）（5）缺陷状况2）主要注意事项（1）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。（2）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。（3）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；（4）打声法中的注意事项：由于空气的存在，使得打声法的分

6、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）剥离、内部空洞材质老化健全7/8频率（声调）（→：高）混凝土结构健全性的判断1验证及实际应用1）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2）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

7、高80m，坝顶长320m。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。脱空测试对象测试结果3）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。7/8剥离试验情景剥离测试结果碾压不密实区域模拟场所的碾压质量测试结果1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：脱空区域周期时间钢板板振动钢板纵向振动脱空空气柱振动脱空厚度检测的概念如上图可见，

8、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。7/8【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。1测试精度和范围1）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），其测试深度一般不超过0.20m，而采用EWR（弹性波雷达）则深度可达1.0m。2）钢管脱空：由于