一种声波检测混凝土结合面质量的方法与流程

本发明提供一种检测方法，涉及工程结构质量检测
技术领域：
，特别涉及混凝土结合面质量的检测方法。
背景技术：
：装配式混凝土结构作为一种符合工业化生产方式的结构形式，具有施工速度快、劳动强度低、噪音污染与湿作业少和产品质量易控制等优势，已成为国内外建筑业发展的主流方向。但是由于装配式混凝土建筑采用了大量的预制构件，预制构件在后浇混凝土时，由于浇筑面积大、钢筋密集且预埋管线路繁多，如果浇筑时振捣不密实，或者结合面没有按照规范要求处理，易在结合面上形成各类缺陷，导致预制构件与后浇混凝土之间的连接无法保证结构的整体受力，从而难以达到“等同现浇”的设计初衷。混凝土结合面是指先后两次浇筑的混凝土之间形成的接触面，即在已经终凝的混凝土上再浇筑新的混凝土，两者之间的结合面。国内外研究学者对影响新旧混凝土粘结强度的因素进行了一系列研究，其中对新旧混凝土结合面强度影响程度最大的因素是旧混凝土表面粗糙度。研究表明在一定的粗糙度范围内，界面粗糙度越高，混凝土粘结强度越高。相关行业标准规定，预制构件结合面制作时应按设计要求进行粗糙面处理，设计无具体要求时，可采用化学处理、拉毛或凿毛等方法制作粗糙面并规定“粗糙面的面积不宜小于结合面的80%”，预制板的粗糙面凹凸深度不宜小于4mm，预制梁端、柱端、墙端的粗糙面凹凸深度不应小于6mm。两次浇筑的混凝土之间，应保持良好结合，使新旧混凝土形成一个整体，共同承担荷载，方能保证结构安全使用。但是在第二次浇筑混凝土时，由于种种原因往往不能完全按照规范要求来处理已硬化的混凝土表面，很难保证混凝土结合面的粘结质量，因此对混凝土结合面质量的检测尤为重要，若不能及时检测出质量不合格的混凝土结合面，有可能造成巨大的工程问题并带来巨大损失。超声法可以检测到混凝土内部缺陷的同时保证结构的完整性，并因具有用途广泛、探测距离大、操作简单等优点，迅速在国内外普及推广，成为应用最广泛的混凝土无损检测方法并开发了一系列超声波检测设备。国内的一些研究人员针对用超声波法对新旧混凝土结合面检测开展了相关研究。如刘金伟在（刘金伟.超声波速评价新老混凝土粘结质量的试验研究[j].汕头大学学报(自然科学版),2002(01):1-6.）中采用对测法对修补小试块和修补梁的新旧混凝土界面性能进行了试验研究，发现超声波波速与粘结界面强度具有良好的相关性，提出了用超声波波速评价新旧混凝土粘结质量的一种方法，该方法存在如下不足：(1)对测法对测试条件要求较高，实际施工现场混凝土结合面的被测部位常常不具有使声波对测测试界面的条件；(2)其实验制作的试块较小，试块与实际工程情况具有较大区别。使用该方法并不能检测出实际工程中混凝土结合面的质量。《超声波法检测混凝土缺陷技术规程》cecs21：2000制定了一种混凝土结合面质量的检测方法，该方法是采用对测或斜测的方法对混凝土结合面进行检测，首先使测试范围覆盖全部结合面，各对t-r1和t-r2换能器连线的倾斜角测距相等，t-r1换能器声波传播不经过结合面，t-r2换能器声波传播经过结合面。按布置好的测点分别测出各测点的声时，波幅和主频值。将同一测位各测点的声时、波幅和主频值由大到小按顺序分别排列，将排在后面明显小的数据视为可疑，对数据进行统计和判别，当通过结合面的某些测点的数据被判为异常并查明无其他影响因素时，可判定混凝土在该部位结合不良。该方法的检测对象仅适用于两次浇筑时间较短，且先后浇筑的混凝土强度等级相同的情况，具有明显的适用局限性，再者需要通过大量的统计判断才能确定是否存在异常点，无法高效快捷地对其粘结质量进行评价。此外，现有技术中有关检测混凝土结合面粘结强度的方法还有直接拉伸法、单面直剪法、双面直剪法、压剪法等，但是这些常用的检测方法均在实验室内进行，无法在工程现场进行操作检测，具有明显的使用局限性。现有技术中的钻芯粘结拉拔法是一种能用于现场检测的方法，但是在实际工程中，由于混凝土表面通常存在碳化薄弱层，往往需要采用人工磨除表面薄弱层，并且修补抹平，但即便这样，由于人工操作的原因也常常会出现表面发生胶层粘附破坏。例如，公开号为cn106092880a、名称为一种现场检测桥面铺装层间粘结拉拔强度装置及检测方法的中国专利申请，公开了一种现场检测桥面铺装层间粘结拉拔强度检测方法，即上述钻芯粘结拉拔法，在实际工程运用中，由于混凝土表面存在薄弱层，而且需要人工磨除表面薄弱层，并且修补抹平，容易出现表面发生胶结粘附破坏的现象。综上所述，目前对于如何定性的检测出混凝土结合面质量方面的研究不多，准确的检测出混凝土结合面质量是现在工程结构质量
技术领域：
急需解决的问题之一。技术实现要素：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种声波检测混凝土结合面质量的方法，通过提取频域数据中的主频峰值进行数据处理，从而实现对混凝土结合面粘结质量的精确检测。为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：(1)布置超声测点；(2)在待测混凝土结合面测点位置激发脉冲波，接收超声波透射待测混凝土结合面的脉冲信号；(3)对脉冲信号进行数据处理，提取各测点声波信号频域图的主频峰值f；(4)根据测区各测点主频峰值计算测区主频均值fp；(5)将粘结界面测区主频均值与界面两侧的新、旧混凝土测区主频均值计算结合面质量可靠系数z；(6)根据质量可靠系数z对界面粘结质量进行分级，从而确定混凝土结合面质量。优选地，所述步骤(1)中，布置超声测点前先定位测试构件混凝土内部钢筋位置和走向，避免钢筋对检测结果造成干扰。优选地，所述步骤(1)中，采用超声斜测法对混凝土结合面各测区进行超声测点布置。优选地，所述步骤(2)中，超声换能器与混凝土表面通过黄油进行耦合。优选地，所述步骤(2)中，超声换能器的频率为100khz。优选地，所述步骤(3)中，所述脉冲信号采用快速傅里叶变换法进行数据处理。优选地，所述步骤(4)中，通过公式(1)计算测区主频均值fp。(1)其中，fp为测区各测点主频峰值的平均值，f1-f3为测区各测点的主频峰值。优选地，所述步骤(5)中，定义了质量可靠系数z的计算方法，通过公式(2)计算结合面质量可靠系数z。(2)其中，fj为结合面测区主频均值，fa为旧混凝土测区主频均值，fb为新混凝土测区主频均值。优选地，所述步骤(6)中，通过结合面质量可靠系数z的大小判断混凝土结合面粘结质量。当z<0时，结合面粘结质量不合格；当0<z<0.25时，结合面粘结质量合格；当0.25<z<0.5时，结合面粘结质量良好；当z>0.5时，结合面粘结质量完好。值得一提的是，发明人在通过超声波检测不同粗糙度的混凝土结合面时，从声波信号频域图上对比分析发现了超声波透射不同粗糙度的混凝土结合面，主频峰值变化明显。界面粗糙度越高，超声波透射粘结界面区域内的主频值越高。国内外研究学者研究表明，在一定的粗糙度范围内，界面粗糙度越高，混凝土粘结界面粘结质量越好。由此可以推断主频值越高，混凝土结合面粘结质量越好。定义了质量可靠系数z的计算方法，通过将结合面测区主频均值与界面两侧的新、旧混凝土测区主频均值计算结合面质量可靠系数z，根据质量可靠系数z的大小对结合面质量进行分级，可以确定混凝土结合面的质量。与现有技术相比，本发明方法具有以下优势：1.定义了混凝土结合面质量可靠系数z的计算方法，分级评价混凝土结合面的粘结质量；2.本发明通过将测区内测点的主频值进行平均计算得到测区的主频均值fp,通过测区主频均值fp计算结合面质量可靠系数z来判断混凝土结合面的粘结质量，判断结果直观准确；3.克服了现有技术难以直接判断混凝土结合面质量的缺点，通过本发明方法计算混凝土结合面质量可靠系数可以判断混凝土结合面粘结质量；4.本发明方法适用于新、旧混凝土强度等级相同和不同情况下的混凝土结合面质量现场检测，适用范围广泛。附图说明图1为本发明方法的算法流程图。图2为旧混凝土试件制作示意图。图3为旧混凝土粘结界面粗糙处理示意图。图4为浇筑新混凝土示意图。图5为激发换能器测点布置图。图6为接收换能器测点布置图。图7为换能器测点平面布置图。图8为粗糙度为4mm结合面各对t-r测点的时域图。图9为粗糙度为4mm结合面各对t-r测点的频域图。图10为声波检测区域主频均值图。具体实施方式以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。实施例实验模型测试(1)本实验浇筑的新、旧混凝土的强度等级和材料配合比如表1所示：表1类别强度等级水（kg）水泥（kg）砂（kg）石头(kg)新混凝土c301854115591245旧混凝土c401854205721273(2)混凝土结合面模型试件的制作过程，分为三个步骤：旧混凝土试件制作；粘结界面粗糙度处理；浇筑新混凝土，见图2-4。如图2-4所示，旧混凝土试件、新混凝土试件的几何尺寸分别为700mm*300mm*600mm、300mm*300mm*600mm。取旧混凝土300mm*600mm平面作为粗糙处理界面，粗糙处理界面划分为3各相同的面积区域，采用人工凿毛对粘结界面进行粗糙处理，并使用灌沙法测得粘结界面的粗糙度。实验设计制作了界面粗糙度为4mm、8mm和12mm三种混凝土结合面；(3)采用超声斜测法对混凝土结合面模型进行声波检测。超声波换能器测点布置如图5-7所示，t为激发换能器，r为接收换能器，t1-r1为测试新混凝土测区的声波，t2-r2为测试粘结界面测区的声波，t3-r3为测试旧混凝土测区的声波。各测区选择三条测试截面分别为测区的上部、中部和下部区域。超声波测试仪器采用本课题组自主研发的th204型多功能参数测试仪；(4)对试件各测点进行声波检测，将得到的声波信号进行数据处理，提取测区各测点的主频峰值f，将各测点主频峰值f代入公式(1)计算测区主频均值fp。(1)其中，fp为测区各测点主频峰值的平均值，f1-f3为测区各测点的主频峰值；(5)取界面粗糙度为4mm混凝土结合面各对t-r声波数据为例。图8为粗糙度为4mm结合面各对t-r测点的时域图；(6)将步骤(5)得到的时域信号进行快速傅里叶变换得到声波频域信号，所得声波频域信号如图9所示。图9为粗糙度为4mm结合面各对t-r测点的频域图；本实例中，分别对混凝土粘结界面测区和界面两侧的新、旧混凝土测区的主频均值fp进行计算，计算数据及结果如表2所示：表2声波检测区域测点1（khz）测点2(khz)测点3(khz)主频均值(khz)4mm粗糙度界面83102.989.791.88mm粗糙度界面95.6106.3102.9101.612mm粗糙度界面106.3102.9102.9104.3新混凝土102.999.699.6100.7旧混凝土106.3109.6106.3107.4(7)将试件各测区主频均值绘制成柱状图，见图10。将各测区主频均值代入公式(2)计算混凝土结合面质量可靠系数z，根据质量可靠系数z对界面粘结质量进行分级，从而确定混凝土结合面的质量。(2)其中，fj为结合面测区主频均值，fa为旧混凝土测区主频均值，fb为新混凝土测区主频均值。当z<0时，结合面粘结质量不合格；当0<z<0.25时，结合面粘结质量合格；当0.25<z<0.5时，结合面粘结质量良好；当z>0.5时，结合面粘结质量完好；本实例中，分别对不同粗糙度的混凝土结合面进行质量可靠系数z计算，不同粗糙度界面的质量可靠系数如下表3所示：表3结合面类型z质量分级4mm粗糙度界面-1.33不合格(z<0)8mm粗糙度界面0.13合格(0<z<0.25）12mm粗糙度界面0.54完好(z>0.5)(8)由表3可知，界面粗糙度为4mm的结合面质量可靠系数z为-1.33，结合面粘结质量不合格；界面粗糙度为8mm的结合面质量可靠系数z为0.13，结合面粘结质量合格；界面粗糙度为12mm的结合面质量可靠系数z为0.54，结合面粘结质量完好。界面粗糙度不足会导致新旧混凝土粘结不密实，增加界面粗糙度能够增加粘结界面区域内的粘结面积，使得新旧混凝土之间粘结更加密实，粘结质量越高。由实施例声波检测可得，超声波透射不同粗糙度的混凝土结合面具有明显的频率变化，通过声波检测混凝土粘结界面测区和界面两侧的新、旧混凝土测区主频均值，将各测区主频均值计算结合面质量可靠系数z，根据质量可靠系数z对界面粘结质量进行分级，可以确定混凝土结合面的质量。上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非以限制本发明。因此，凡是未脱离本发明的技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均匀落在本发明技术方案的保护范围内。当前第1页1 2 3