CN112147230A - 一种利用声波衰减系数检测混凝土结合面质量的方法 - Google Patents

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    • G01N2291/0232—Glass, ceramics, concrete or stone

Abstract

本发明提供了一种利用声波衰减系数检测混凝土结合面质量的方法，在有粘接界面的混凝土上确定在一条直线上等距的四个测试点，粘接界面的两侧各有两个测试点；第1测试点和第4测试点发射应力波，第2测试点和第3测试点接受应力波，获得四组声波信号；将最大振幅值代入ATC＝α1+α2，
Figure DDA0002598149030000011
得到有粘接界面的混凝土声波衰减系数综合值ATC1；计算无粘接界面的完整混凝土的声波衰减系数综合值ATC0，若ATC1>ATC0，则混凝土粘接界面质量不合格；若ATC1≤ATC0，则混凝土粘接界面质量合格。本发明通过测定声波衰减系数即可判断混凝土粘接界面的质量状况。

Description

一种利用声波衰减系数检测混凝土结合面质量的方法
技术领域
本发明涉及混凝土粘接界面质量检测技术领域，具体为一种利用声波衰减系数检测混凝土结合面质量的方法。
背景技术
混凝土的结合面或说粘接界面质量问题是装配式建筑工程领域里不可忽视的重要问题，装配式结构发生破坏时临界裂缝常沿混凝土相交界面开展，粘接界面作为装配式结构受力的薄弱环节，在施工过程当中着重对其进行检测是必要的，能有效避免经济损失和其它严重后果。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种利用声波衰减系数检测混凝土结合面质量的方法，通过测定声波衰减系数即可判断混凝土粘接界面的质量状况，克服了现有技术中除施工现场监理直观判断，无法量化混凝土粘接界面质量的问题，衰减不受发射强度的影响，结果稳定可靠，无损检测，不对建筑结构造成损害，且操作简便。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种利用声波衰减系数检测混凝土结合面质量的方法，包括：
步骤s1：获取待检测的有粘接界面的混凝土，确定检测面；
步骤s2：在步骤s1的检测面上确定在一条直线上的等距的四个测试点，分别为按顺序依次排列的第1测试点、第2测试点、第3测试点和第4测试点，混凝土粘接界面的两侧各有两个测试点；
步骤s3：第1测试点安装发射换能器后，将接受换能器分别安装在第2测试点和第3测试点，第4测试点安装发射换能器后，将接受换能器分别安装在第2测试点和第3测试点，获得四组声波信号；
步骤s4：对步骤s3得到的四组声波信号进行处理，得到四组声波信号的最大振幅值；
步骤s5：将步骤s4获得的四个最大振幅值代入公式：
ATC＝α1+α2
Figure BDA0002598149010000011
其中，ATC为声波衰减系数综合值，d为相邻两个测试点的距离，Aij为第i测试点安装发射换能器、第j测试点安装接受换能器获得的声波信号的最大振幅值，
步骤s6：根据步骤s5的公式得到有粘接界面的混凝土声波衰减系数综合值ATC1；
步骤s7：获取待检测的无粘接界面的完整混凝土，确定检测面；
步骤s8：重复步骤s2～s5，获得无粘接界面的完整混凝土的声波衰减系数综合值ATC0，
步骤s9：比较ATC1和ATC0，若ATC1>ATC0，则待检测的混凝土粘接界面质量不合格；若ATC1≤ATC0，则待检测的混凝土粘接界面质量合格。
作为上述技术方案的进一步改进：
步骤s1中，粘接界面和检测面相交，较佳的，粘接界面和检测面垂直。粘接界面两侧的混凝土理化特性相同。
步骤s6中无粘接界面的完整混凝土和步骤s1中的有粘接界面的混凝土的理化特性相同。
步骤s1包括：步骤b1：获取多个待检测的有粘接界面的混凝土测试区，每个测试区的混凝土粘接界面处的粗糙度不同，确定每个测试区的检测面。
步骤s2包括：步骤b2：在每个测试区的检测面上布置多组测试点，每组测试点包括在一条直线上的等距的四个测试点，分别为按顺序依次排列的第1”测试点、第2”测试点、第3”测试点和第4”测试点，混凝土粘接界面的两侧各有两个测试点。
步骤s3包括：步骤b3：在每组测试点的第1”测试点安装发射换能器后，将接受换能器分别安装在第2”测试点和第3”测试点，第4”测试点安装发射换能器后，将接受换能器分别安装在第2”测试点和第3”测试点，获得每组测试点的四组声波信号。
步骤s4包括：步骤b4：对步骤b3得到的每组测试点的四组声波信号进行处理，得到每组测试点的四组声波信号的最大振幅值。
步骤s5包括：步骤b5：将步骤b4获得的每组测试点的四个最大振幅值代入公式：
ATC＝α1+α2,
Figure BDA0002598149010000021
其中，ATC为声波衰减系数综合值，d为相邻两个测试点的距离，Aij为第i”测试点安装发射换能器、第j”测试点安装接受换能器获得的声波信号的最大振幅值。
步骤s6包括：
步骤b6：根据步骤b5计算得到每组测试点的混凝土粘接界面质量的声波衰减系数综合值ATC1；
步骤b7：将每个测试区的多组混凝土粘接界面质量的声波衰减系数综合值取平均值，得到每个测试区的混凝土粘接界面质量的声波衰减系数综合值ATC′1。
步骤s1包括：步骤a1：在仿真软件中分别建立至少一个无粘接界面的完整混凝土和至少一个有粘接界面的混凝土的有限元模型，确定每个有限元模型的检测面。
步骤s2包括：步骤a2：在有粘接界面的混凝土的有限元模型的检测面上确定在一条直线上的等距的四个测试点，分别为按顺序依次排列的第1’测试点、第2’测试点、第3’测试点和第4’测试点，混凝土粘接界面的两侧各有两个测试点；
步骤s3包括：步骤a3：在第1’测试点激发应力波，分别在第2’测试点和第3’测试点接收应力波信号，在第4’测试点激发应力波，分别在第2’测试点和第3’测试点接收应力波信号，获得每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的四组声波信号。
步骤s4包括：步骤a4：对步骤a3得到的多组声波信号进行处理，得到每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的四组声波信号的最大振幅值；
步骤s5包括：步骤a5：将步骤a4获得的每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的四个最大振幅值代入公式：ATC＝α1+α2，
Figure BDA0002598149010000031
其中，ATC为声波衰减系数综合值，d为相邻两个测试点的距离，Aij为第i'测试点激发应力波、第j'测试点接受应力波获得的声波信号的最大振幅值；
步骤s6包括：步骤a6：根据步骤a5计算得到每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的声波衰减系数综合值ATC1。
本发明的有益效果是：
(1)通过测定声波衰减系数即可判断混凝土粘接界面的质量状况，克服了现有技术中除施工现场监理直观判断，无法量化混凝土粘接界面质量的问题；
(2)使用同一发射测量两个幅度值，衰减测量只取决于幅度比，衰减不受发射强度的影响，结果稳定可靠；
(3)所得结果消除了接收器灵敏度的影响，发射器和接收器的排列同时补偿了套管表面不平和套管内壁有残留水泥的影响。
(4)所述方法是无损检测，不对建筑结构造成损害，且操作简便。
附图说明
图1为本发明实施例一的混凝土模型示意图；
图2为本发明实施例一的第三测试区的混凝土粘接界面声波信号示意图；
图3为本发明实施例二的无粘接界面的完整混凝土的有限元模型示意图；
图4为本发明实施例二的有粘接界面的混凝土的有限元模型示意图；
图5为本发明实施例二的有粘接界面的混凝土的有限元模型的测试点布置示意图；
图6为本发明实施例二的每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的声波信号图。
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。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
实施例一：
步骤b1：获取多个待检测的有粘接界面Z1的混凝土测试区，每个测试区的混凝土粘接界面Z1处的粗糙度不同，确定每个测试区的检测面。
本实施例中，浇筑实体的混凝土模型，在混凝土模型的粘接界面Z1处的三处凿毛，形成三个不同的粗糙度，即，形成三个不同的测试区第一测试区A、第二测试区B和第三测试区C：如图1所示，第一测试区A的粗糙度为12mm，第二测试区B的粗糙度为8mm，第三测试区C的粗糙度为4mm。
步骤b2：在每个测试区的检测面上布置多组测试点，每组测试点包括在一条直线上的等距的四个测试点，分别为按顺序依次排列的第1”测试点、第2”测试点、第3”测试点和第4”测试点，混凝土粘接界面Z1的两侧各有两个测试点。
本实施例中，每个测试区布置三组测试点。每组测试点所在的直线和粘接界面Z1垂直。每组测试点的相邻两个测试点的距离为10cm，相邻两组测试点所在的直线的距离为5cm。
步骤b3：在每组测试点的第1”测试点安装发射换能器后，将接受换能器分别安装在第2”测试点和第3”测试点，第4”测试点安装发射换能器后，将接受换能器分别安装在第2”测试点和第3”测试点，获得每组测试点的四组声波信号。即第1”测试点和第4”测试点为应力波发射点，第2”测试点和第3”测试点为应力波接受点。为了消除测试误差，可针对每组应力波发射点和应力波接受点测试三次，选取其中信噪比良好，无限幅，无明显异常数据的，波形稳定的数据代表该组测点的计算数据。
本实施例中，根据测试点的位置安装发射换能器、接受换能器和声波测试仪器，使用TH204声波测试仪进行数据采集，通过压电换能器TH-P型压电纵波换能器激发和接受应力波。
步骤b4：对步骤b3得到的每组测试点的四组声波信号进行处理，得到每组测试点的四组声波信号的最大振幅值。
本实施例中，对声波信号进行降噪(滤波)处理,提高脉冲信号的信噪比，将带通滤波器设置的低截止频率为10KHz，高截止频率为100KHz，得到脉冲传播信号，其中第三测试区C的混凝土粘接界面Z1声波信号如图2所示。
步骤b5：将步骤b4获得的每组测试点的四个最大振幅值代入公式：
ATC＝α1+α2， (1)
Figure BDA0002598149010000051
Figure BDA0002598149010000052
其中，ATC为声波衰减系数综合值，
d为相邻两个测试点的距离，
Aij为第i”测试点安装发射换能器、第j”测试点安装接受换能器获得的声波信号的最大振幅值；
α1为第1”测试点为应力波发射点、第2”测试点和第3”测试点为应力波接受点时的声波衰减率；
α2为第4”测试点为应力波发射点、第2”测试点和第3”测试点为应力波接受点时的声波衰减率。
需要说明的是，公式(1)将两次测量的声波衰减率组合在一起，所得结果消除了接收器灵敏度的影响。用公式(1)、(2)和(3)计算声波衰减率的技术方案为现有技术，在此不再赘述。
步骤b6：根据步骤b5计算得到每组测试点的混凝土粘接界面Z1质量的声波衰减系数综合值ATC1。
步骤b7：将每个测试区的多组混凝土粘接界面Z1质量的声波衰减系数综合值取平均值，得到每个测试区的混凝土粘接界面Z1质量的声波衰减系数综合值ATC′1。如表1所示。
表1：三个测试区混凝土粘接界面Z1质量的声波衰减系数综合值
测试区 ATC′<sub>1</sub>
第一测试区A 0.76372
第二测试区B 1.21273
第三测试区C 1.66320
步骤b8：获取待检测的无粘接界面Z1的完整混凝土测试区，确定检测面；
步骤b9：重复步骤b2～b5，获得无粘接界面Z1的完整混凝土的声波衰减系数综合值ATC0，为0.79378。
步骤b9中，在测试区布置三组测试点。每组测试点的相邻两个测试点的距离为10cm，相邻两组测试点所在的直线的距离为5cm。
步骤b10：比较ATC′1和ATC0，第二测试区B和第三测试区C有粘接界面Z1混凝土ATC′1的大于无粘接界面Z1的完整混凝土的声波衰减系数综合值ATC0值，质量不合格。第一测试区A有粘接界面Z1混凝土的ATC′1小于无粘接界面Z1的完整混凝土的声波衰减系数综合值ATC0值，质量合格。
本实施例中，无粘接界面Z1的完整混凝土测试区在浇筑实体的混凝土模型上，如图1中的D所示，显然，无粘接界面Z1的完整混凝土测试区上的测试点的声波信号没有经过粘接界面Z1。
实施例二
与实施例一不同的是，实施例二是通过仿真软件模拟实现的。
步骤a1：在仿真软件中分别建立至少一个无粘接界面的完整混凝土和至少一个有粘接界面的混凝土的有限元模型。如图3所示和图4所示。
步骤a1中，在COMSOL Multiphysics仿真软件中建立有限元模型。
步骤a1中，选取材料模型，根据装配式建筑建设工程中实际情况设置材料的弹性模量、密度和泊松比。
本实施例中，设定材料参数的基准值：弹性模量E＝25Gpa，密度ρ＝2300kg/m3，泊松比v＝0.2。
建立三个无粘接界面的完整混凝土的有限元模型，它们的材料参数以基准值为参考，如表2所示。
表2：三个无粘接界面的完整混凝土的有限元模型的材料参数
无粘接界面混凝土模型 弹性模量 密度 泊松比
1号 0.95E ρ v
2号 E ρ v
3号 1.05E ρ v
建立九个有粘接界面的混凝土的有限元模型，它们的材料参数以基准值为参考，如表3所示。
表3：九个有粘接界面的混凝土的有限元模型的材料参数
有粘接界面的混凝土 弹性模量 密度 泊松比
4号 0.6E ρ v
5号 0.8E ρ v
6号 1.2E ρ v
7号 E 0.6ρ v
8号 E 0.8ρ v
9号 E 1.2ρ v
10号 E ρ 0.8v
11号 E ρ 1.2v
12号 E ρ 1.4v
步骤a2：在有粘接界面的混凝土的有限元模型的检测面上确定在一条直线上的等距的四个测试点，分别为按顺序依次排列的第1’测试点、第2’测试点、第3’测试点和第4’测试点，混凝土粘接界面的两侧各有两个测试点；如图5所示。
步骤a2中相邻的测试点之间的距离为10cm。
步骤a3：在第1’测试点激发应力波，分别在第2’测试点和第3’测试点接收应力波信号，在第4’测试点激发应力波，分别在第2’测试点和第3’测试点接收应力波信号，获得每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的四组声波信号。如图6所示，图6的ij表示第i'测试点激发应力波、第j'测试点接受应力获得的声波信号。
图6为表3中4号～12号有限元模型的在第1’测试点激发应力波，分别在第2’测试点和第3’测试点接收到的应力波信号的声波信号图。因为有限元模型的建模为镜像对称，所以在第1’测试点激发应力波、在第2’测试点接收到的应力波信号和在第4’测试点激发应力波、在第3’测试点接收到的应力波信号相同；在第1’测试点激发应力波、在第3’测试点接收到的应力波信号和在第4’测试点激发应力波、在第2’测试点接收到的应力波信号相同。
步骤a3中，激发的应力波频率为100KHz。
在无粘接界面的完整混凝土的有限元模型的检测面上确定在一条直线上的等距的四个测试点，分别为按顺序依次排列的第1’测试点、第2’测试点、第3’测试点和第4’测试点，；
步骤a4：对步骤a3得到的多组声波信号进行处理，得到每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的四组声波信号的最大振幅值；
步骤a5：将步骤a4获得的每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的四个最大振幅值代入公式：
ATC＝α1+α2，
Figure BDA0002598149010000081
其中，ATC为声波衰减系数综合值，
d为相邻两个测试点的距离，
Aij为第i'测试点激发应力波、第j'测试点接受应力波获得的声波信号的最大振幅值。
步骤a6：根据步骤a5计算得到每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的声波衰减系数综合值ATC1。得到的九个有粘接界面的混凝土的有限元模型的混凝土粘接界面质量的声波衰减系数综合值ATC1如表4所示；
表4：九个有粘接界面的混凝土的有限元模型的ATC1值
Figure BDA0002598149010000082
Figure BDA0002598149010000091
步骤a7：重复步骤a2～a5，获得每个无粘接界面的完整混凝土的声波衰减系数综合值ATC0；三个无粘接界面的完整混凝土的声波衰减系数综合值ATC0相等，为0.26357。
步骤a6：比较ATC1和ATC0，4号、5号、7号和12号有粘接界面混凝土的ATC1大于三个无粘接界面的完整混凝土的声波衰减系数综合值ATC0值，质量不合格。6号、8号、9号、10号、11号有粘接界面混凝土的ATC1小于三个无粘接界面的完整混凝土的声波衰减系数综合值ATC0值，质量合格。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用声波衰减系数检测混凝土结合面质量的方法，其特征在于，包括：
步骤s1：获取待检测的有粘接界面的混凝土，确定检测面；
步骤s2：在步骤s1的检测面上确定在一条直线上的等距的四个测试点，分别为按顺序依次排列的第1测试点、第2测试点、第3测试点和第4测试点，混凝土粘接界面的两侧各有两个测试点；
步骤s3：第1测试点安装发射换能器后，将接受换能器分别安装在第2测试点和第3测试点，第4测试点安装发射换能器后，将接受换能器分别安装在第2测试点和第3测试点，获得四组声波信号；
步骤s4：对步骤s3得到的四组声波信号进行处理，得到四组声波信号的最大振幅值；
步骤s5：将步骤s4获得的四个最大振幅值代入公式：
ATC＝α1+α2
Figure FDA0002598147000000011
其中，ATC为声波衰减系数综合值，d为相邻两个测试点的距离，Aij为第i测试点安装发射换能器、第j测试点安装接受换能器获得的声波信号的最大振幅值，
步骤s6：根据步骤s5的公式得到有粘接界面的混凝土声波衰减系数综合值ATC1；
步骤s7：获取待检测的无粘接界面的完整混凝土，确定检测面；
步骤s8：重复步骤s2～s5，获得无粘接界面的完整混凝土的声波衰减系数综合值ATC0，
步骤s9：比较ATC1和ATC0，若ATC1>ATC0，则待检测的混凝土粘接界面质量不合格；若ATC1≤ATC0，则待检测的混凝土粘接界面质量合格。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s1包括：步骤b1：获取多个待检测的有粘接界面的混凝土测试区，每个测试区的混凝土粘接界面处的粗糙度不同，确定每个测试区的检测面。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤s2包括：步骤b2：在每个测试区的检测面上布置多组测试点，每组测试点包括在一条直线上的等距的四个测试点，分别为按顺序依次排列的第1”测试点、第2”测试点、第3”测试点和第4”测试点，混凝土粘接界面的两侧各有两个测试点。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤s3包括：步骤b3：在每组测试点的第1”测试点安装发射换能器后，将接受换能器分别安装在第2”测试点和第3”测试点，第4”测试点安装发射换能器后，将接受换能器分别安装在第2”测试点和第3”测试点，获得每组测试点的四组声波信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤s4包括：步骤b4：对步骤b3得到的每组测试点的四组声波信号进行处理，得到每组测试点的四组声波信号的最大振幅值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤s5包括：步骤b5：将步骤b4获得的每组测试点的四个最大振幅值代入公式：
ATC＝α1+α2，
Figure FDA0002598147000000021
其中，ATC为声波衰减系数综合值，d为相邻两个测试点的距离，Aij为第i”测试点安装发射换能器、第j”测试点安装接受换能器获得的声波信号的最大振幅值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤s6包括：
步骤b6：根据步骤b5计算得到每组测试点的混凝土粘接界面质量的声波衰减系数综合值ATC1；
步骤b7：将每个测试区的多组混凝土粘接界面质量的声波衰减系数综合值取平均值，得到每个测试区的混凝土粘接界面质量的声波衰减系数综合值ATC′1。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s1包括：步骤a1：在仿真软件中分别建立至少一个无粘接界面的完整混凝土和至少一个有粘接界面的混凝土的有限元模型，确定每个有限元模型的检测面。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤s2包括：步骤a2：在有粘接界面的混凝土的有限元模型的检测面上确定在一条直线上的等距的四个测试点，分别为按顺序依次排列的第1’测试点、第2’测试点、第3’测试点和第4’测试点，混凝土粘接界面的两侧各有两个测试点；
步骤s3包括：步骤a3：在第1’测试点激发应力波，分别在第2’测试点和第3’测试点接收应力波信号，在第4’测试点激发应力波，分别在第2’测试点和第3’测试点接收应力波信号，获得每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的四组声波信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤s4包括：步骤a4：对步骤a3得到的多组声波信号进行处理，得到每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的四组声波信号的最大振幅值；
步骤s5包括：步骤a5：将步骤a4获得的每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的四个最大振幅值代入公式：ATC＝α1+α2，
Figure FDA0002598147000000022
其中，ATC为声波衰减系数综合值，d为相邻两个测试点的距离，Aij为第i'测试点激发应力波、第j'测试点接受应力波获得的声波信号的最大振幅值；
步骤s6包括：步骤a6：根据步骤a5计算得到每个有粘接界面的混凝土的有限元模型的声波衰减系数综合值ATC1。
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