混凝土结构抗冻性超声检测方法的研究20131130910131484.doc

混凝土结构抗冻性超声检测方法的研究 1??超声波法测混凝土结构动弹模的理论依据1.1?计算公式??为计算动弹模Ed，文献［2］中提出了采用常规纵波超声换能器，依表面平测法测定混凝土表面波的速度，来确定其动弹模Ed和泊松比μ的新方法，可在各种混凝土结构物上直接测得其动弹性模量。????固体材料的动弹模与其表面波速度之间的关系为［3］ (1) 式中：ρ为固体的密度，Vr为表面波速度。对硬化混凝土来讲，泊松比一般在0.2～0.3之间。如取μ=0.2时，则Ed=2.888ρV2r(2) (2) 其相对动弹模可按下式计算： (3) 式中：Vr0为初始表面波速度。1.2?检测原理??置于固体表面的纵波换能器将发出轴向的平面波，即纵波、横波以及微弱的径向边缘波，换能器还发射能量更强的表面波并沿固体表面传播。波形的前部应是纵波，因为它的波速最大，但其振幅很小；波形后面部分振幅突然增大，是由于波速小于纵波的表面波到达，但它的信号最强。采用超声多点表面平测法，测试时首先确定纵波的初至点以及表面波的初至点和第—个峰值点，为与横向振动共振法作对比，试验中尽量做到超声法与共振法测距和测点都相同，测距从试件端部算起，分别为50mm、100mm、150mm、200mm、250mm，测得混凝土材料的表面波速度后，对于密度已知的混凝土来讲，则可由式（1）求得混凝土材料的动弹性模量。1.3?共振法动弹模的计算方法??共振法是用周期脉冲力激励混凝土试件稳态振动，记录其振动参数，根据激励频率及振动衰减系数，推算混凝土的弹性和非弹性性质，可作为混凝土耐久性试验中的一个测试指标得出其相对值。由于冻融损伤作用在混凝土表层中出现较快，因此采用横向共振为基础的测试方法，可以迅速取得有关混凝土表面性能变化的资料。????横向振动的动弹模与固有频率关系的一般表达式为［3］ (4) ????对于矩形截面杆件：J=ba3／12;基振：m=4.73。由于试件尺寸比：L/a=4(L=400mm，a=100mm)，根据参考文献［４］，当泊松比μ=0.2时，Tn取1.40，式(4)可简写成 (5) ????另外，如果按照两种方法所测得的动弹模相等的观点，则Ed=E′d,由式(2)和式(5)得 Vr=1.084f (6) 2??用超声波法检测混凝土冻融试件的动弹模?2.1?测试方案??测量混凝土材料超声波表面波速度的试件尺寸为100mm×100mm×400mm，标准养护28d龄期后测试。按混凝土长期性能和耐久性能试验方法GBJ82—85执行，试件冻融前在水中浸泡，冻融过程中均处于饱和水状态，其中温度控制在-17±2℃和?8±2℃之间，冻融循环在2～4h内完成，用于融化的时间不得小于整个冻融时间的1／4。在试验过程中，每冻融循环50次，测量出混凝土试件的超声波表面波速度，并同时用共振法测试混凝土试件的共振频率。2.2?测试仪器??检测设备为CTS-45型非金属超声波检测仪和附加示波单元，另以数字存贮示波器来显示波形和测量声时。示波器由附加示波单元所产生的激发脉冲触发，并有能左右自由移动的游标，用来测量波形上任一点的声时，精度为0.1μs，从触发开始到游标所在位置所经历时间显示在示波屏上。探头使用一对50kHz普通纵波换能器，并用黄油做耦合剂，同时采用DT-4W自动扫频数字动弹仪测量横向共振频率。2.3?测试结果??测量混凝土冻融试件在5个测距下，表面波到达初至点和第一个峰值点的声时，按常规作图法求出测距—声时直线的斜率，最终得到超声波表面波速度，在这里测量时尽量使试件处于干燥状态。值得一提的是，试验用混凝土试件的抗冻性能均较高，几乎看不到混凝土试件表面剥蚀现象，重量损失率仅为0.3％，混凝土表面冻融损伤层很薄，试件横向和纵向相对变形也很小，因此在试验过程中混凝土材料的密度、泊松比及试件尺寸可以认为不变。根据测试的表面波速度和共振频率，按式（2）和式（5）计算分别得到混凝土材料的超声法和共振法动弹性模量 4??结语?????超声波法检测混凝土结构抗冻性的方法研究，仿照超声波测混凝土强度的基本思路，通过回归分析建立了检测混凝土结构抗冻性校准曲线，从数理统计结果得出：混凝土动弹模与超声波速度之间存在着良好的相关性，每组相关系数非常接近于1，相关系数检验数值显著；对于回归方程效果的检验，由相对标准误差计算值很小，可知回归方程所揭示的规律性很强，说明回归方程预报的混凝土动弹模数值比较精确。因此，对应于混凝土结构中测量到的某一波速，可由曲线获得其相应的动弹模值，再用该动弹模值与初始动弹模值之比，评估出混凝土结构的抗冻性能。今后在考虑多因素影响的情况下，逐步深入完善超声波检测混凝土结构抗冻性的研究，建立更加完备的混凝土结构无损检测体系，实现从试件