CN112763575B - 一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法，利用超声波对大型混凝土构件进行超声检测得到检测区域的声速值和接收到的超声波信号能量，并通过比较现场混凝土结构测得的声速值和超声波信号能量与同类混凝土受破坏后的声速值和超声波信号能量之间的差异，以及测量完好混凝土试块的声速和超声波信号能量与受破坏后的声速值和超声波信号能量之间的差异进行差异归一化，得出混凝土质量的归一化指标，该指标能表示混凝土质量损伤程度，通过对该指标进行等级划分以及颜色标定，最终绘出混凝土基础设施的颜色等高线图。得到的颜色等高线图清晰的反映了大型混凝土构件整体质量损伤情况，是一种具有广阔推广前景的评估方法。

Description

一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法
技术领域
本发明涉及一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法。
背景技术
混凝土当前被广泛应用于建筑、桥梁、隧道等各类大型基础设施建造中。混凝土的质量状况直接关系到这些大型基础设施的结构安全性。一旦混凝土整体质量退化，则极有可能导致混凝土结构不能满足设计承载力和使用寿命，甚至对人民群众的生命财产安全造成严重损害。特别是混凝土结构的低损伤区域，提早发现将有利于及时开展有效的修复工作防止其随着时间的推移对混凝土结构造成更大的危害。为了保证大型混凝土混凝土在使用期内不发生严重的性能退化，有必要采用无损检测技术对混凝土材料进行定期检测，为研究和判断混凝土结构的健康状况提供参考信息。
通常很难估计大型基础设施中混凝土的总体质量情况，采用钻芯法、拔出法等是对混凝土进行局部抽样破坏性试验，对结构够本身会造成一定程度的损害并且检测结果无法客观反映出建筑结构混凝土的整体质量。因此本发明提出了一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法，此方法通过比较现场混凝土结构测得的声速值和超声波信号能量与同类混凝土受破坏后的声速值和超声波信号能量之间的差异，以及测量完好混凝土试块的声速和超声波信号能量与受破坏后的声速值和超声波信号能量之间的差异进行差异归一化，得出混凝土质量的归一化指标，该指标能表示混凝土质量损伤程度，通过对该指标进行等级划分以及颜色标定，最终绘出混凝土基础设施的颜色等高线图。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综合、准确、无损的大型混凝土质量评估方法，并根据得到的颜色等高线图判断大型混凝土基础设施目前质量情况，并对部分明显受损区域给出修复建议。
一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法，其特征是：具体包括以下步骤：
(1)根据测试混凝土构件大小在混凝土构件表面确定测试区域，对测试区域画分等间距的测试网格，编号确定对应的测点位置，并采用对测法使超声波信号覆盖整个被测试区域；
(2)利用非金属超声波检测仪对测试混凝土构件发射点及接收点进行检测，记录每个编号位置的声速值Va并将检测数据存储；
(3)利用非金属超声波检测仪对同种型号的完整混凝土进行检测，记录完整混凝土的声速值Vb并将检测数据存储；
(4)利用压力试验机对完整混凝土试块进行压力试验，对经过压力破坏后的混凝土进行超声检测，测得破坏后混凝土的声速值Vdam并将检测数据存储；
(5)将超声检测数据导入计算机得到上述三种混凝土的超声波接收信号Xt，通过公式计算测试混凝土构件的超声波接收信号能量Ea，完整混凝土试块测得的超声波接收信号能量Eb和压力破坏后测得的超声波信号能量Edam；
(6)根据得到的声速值和超声波信号能量按照提出的公式分别计算出声速-混凝土质量评定指标Qv、超声波信号能量混凝土质量评定指标Qe；
Figure GDA0003871231570000021
Figure GDA0003871231570000022
(7)通过德尔菲法对混凝土质量评定指标Qv和Qe进行等级划分，若Qv或Qe≤10，则为六级；若10<Qv或Qe≤20，则为五级；若20<Qv或Qe≤50，则为四级；若50<Qv或Qe≤70，则为三级；若70<Qv或Qe≤100，则为二级；若Qv或Qe≥100，则为一级，进一步，对划分的等级进行颜色标定，六级为黑色，五级为灰色，四级为红色，三级为黄色，二级为青色，一级为绿色，建立混凝土质量损伤程度矩阵——即CQE矩阵；
(8)将测试混凝土构件得到的Qv和Qe值对照混凝土质量损伤程度CQE矩阵得出该测点的颜色等级并记录，按照记录的所有测点颜色等级绘制出测试混凝土构件的等高线图；
(9)通过等高线图判断大型混凝土基础设施目前质量情况，并对部分明显受损区域给出修复建议。
所述步骤(2)中，在测试区域对每个测试网格涂抹耦合剂，进行超声检测，记录声速值Va并将超声检测数据存储。
所述步骤(3)中，随机选取完整混凝土试块对立的两个面作为测试面，并涂抹耦合剂，进行超声检测，记录声速值Vb并将超声检测数据存储。
所述步骤(4)中，利用压力试验机对完整混凝土进行单轴压力试验，当压力机数值由最大值开始回落时，对压力破坏后的混凝土试块进行超声检测，记录破坏后混凝土的声速值Vdam并将超声检测数据存储。
所述步骤(5)中，将超声检测数据导入计算机得到测试混凝土构件的超声波接收信号Xt1——每个测点的信号此处统一用Xt1表示，完整试块的超声波接收信号Xt2，压力破坏后混凝土试块的超声波接收信号Xt3，通过公式
Figure GDA0003871231570000031
计算测试混凝土构件每一个测点接收到的超声波信号能量Ea，完整混凝土试块测得的超声波接收信号能量Eb和压力破坏后测得的超声波信号能量Edam。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提出了一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法，可实现对大型混凝土的质量损伤程度无损、有效评估。相对传统的钻芯法、拔出法而言，避免对混凝土基础设施造成破坏，且客观全面反映了混凝土基础设施的整体质量。
(2)该发明，操作简单，使用方便，且相较于目前已有的方法，引入了超声波信号能量参数加入到计算中，极大提高了评估结果的可靠性。
(3)该发明最后得出颜色等高线图可以直观的看出大型混凝土基础设施的质量状况，便于给出合理有效的修复建议。
附图说明
图1是本评估方法超声测试大型混凝土构件示意图；
图2是本评估方法超声测试完好试块示意图；
图3是评估方法利用压力试验机对完好混凝土试块进行压力试验图；
图4是本评估方法超声测试破坏后混凝土示意图；
图5是本评估方法颜色等等高线实施例示意图。
其中，1为超声发射探头，2为超声接收探头，3为超声检测仪，4为实际被检测混凝土构件，5为同型号完整混凝土试块，6为压力试验机控制端，7为压力破坏后的混凝土试块，8为测试大型混凝土构件颜色等高线图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
步骤1，如图1所示，本发明基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法，首先根据测试混凝土构件大小以及超声探头尺寸在混凝土构件表面确定测试区域，对测试区域画分等间距的测试网格(图1中混凝土构件画分了32个网格)，对测试网格进行编号，并采用对测法使超声波信覆盖整个被测试区域。
步骤2，在测试区域对每个测试网格涂抹耦合剂，利用非金属超声波检测仪对发射点及接收点进行检测，记录每个编号位置的声速值Va并将超声检测数据存。
步骤3，如图2所示，随机选取同种型号完整混凝土试块对立的两个面作为测试面，并涂抹耦合剂，利用非金属超声波检测仪对同种型号的完整混凝土进行检测，记录完整混凝土的声速值Vb并将超声检测数据存。
步骤4，如图3所示，利用压力试验机对完整混凝土试块进行单轴压力试验，当压力机数值由最大值开始回落时，对压力破坏后的混凝土试块进行超声检测(如图4所示)，记录破坏后混凝土的声速值Vdam并将超声检测数据存。
步骤5，将超声检测数据导入计算机得到测试混凝土构件每一个测点的超声波接收信号Xt1(每个测点的信号此处统一用Xt1表示)，完整试块的超声波接收信号Xt2，压力破坏后混凝土试块的超声波接收信号Xt3，通过公式
Figure GDA0003871231570000041
式中：X(t)超声检测过程中存储的时域信号。
计算测试混凝土构件每一个测点接收到的超声波信号能量Ea，完整混凝土试块测得的超声波接收信号能量Eb和压力破坏后测得的超声波信号能量Edam。
步骤6，根据得到的声速值和超声波信号能量分别通过公式
Figure GDA0003871231570000042
Figure GDA0003871231570000043
计算出声速-混凝土质量评定指标Qv和超声波信号能量-混凝土质量评定指标Qe并记录。
步骤7，通过德尔菲法对混凝土质量评定指标Qv和Qe进行等级划分，如表1所示，若Qv或Qe≤10，则为六级；若10<Qv或Qe≤20，则为五级；若20<Qv或Qe≤50，则为四级；若50<Qv或Qe≤70，则为三级；若70<Qv或Qe≤100，则为二级；若Qv或Qe≥100，则为一级；
表1声速、超声波信号能量混凝土质量评定指标Qv、Qe等级划分表
Figure GDA0003871231570000044
Figure GDA0003871231570000051
步骤8，对照表1确定计算得到的Qv和Qe的等级并记录。
步骤9，对划分的等级进行颜色标定，六级为黑色，五级为灰色，四级为红色，三级为黄色，二级为青色，一级为绿色，建立混凝土质量损伤程度CQE矩阵，如表2所示。
表2混凝土质量损伤程度CQE矩阵
Figure GDA0003871231570000052
步骤10，对照Qv和Qe的等级和混凝土质量损伤程度CQE矩阵得出每一个测点的颜色等级并记录。
步骤11，如图5所示，按照记录的所有测点颜色等级绘制出测试混凝土构件的等高线图(考虑纸张打印效果，图5未使用实际颜色填充)。
步骤12，通过等高线图判断测试混凝土构件目前质量情况，并对部分明显受损区域给出修复建议。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体方法或特性等常识在此未作过多的描述。应当指出，对于本技术领域人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以进行若干改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以权力要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法，其特征是：具体包括以下步骤：
(1)根据测试混凝土构件大小在混凝土构件表面确定测试区域，对测试区域画分等间距的测试网格，编号确定对应的测点位置，并采用对测法使超声波信号覆盖整个被测试区域；
(2)利用非金属超声波检测仪对发射点及接收点进行检测，记录每个编号位置的声速值Va并将检测数据存储；
(3)利用非金属超声波检测仪对同种型号的完整混凝土进行检测，记录完整混凝土的声速值Vb并将检测数据存储；
(4)利用压力试验机对完整混凝土试块进行压力试验，对经过压力破坏后的混凝土进行超声检测，测得破坏后混凝土的声速值Vdam并将检测数据存储；
(5)将超声检测数据导入计算机得到上述三种混凝土的超声波接收信号Xt，通过公式计算测试试块的超声波接收信号能量Ea，完整混凝土试块测得的超声波接收信号能量Eb和压力破坏后测得的超声波信号能量Edam；
(6)根据得到的声速值和超声波信号能量按照提出的公式分别计算出声速-混凝土质量评定指标Qv、超声波信号能量混凝土质量评定指标Qe；
Figure FDA0003904557010000011
Figure FDA0003904557010000012
(7)通过德尔菲法对混凝土质量评定指标Qv和Qe进行等级划分，若Qv或Qe≤10，则为一级；若10<Qv或Qe≤20，则为二级；若20<Qv或Qe≤50，则为三级；若50<Qv或Qe≤70，则为四级；若70<Qv或Qe≤100，则为五级；若Qv或Qe＞100，则为六级，进一步，对划分的等级进行颜色标定，建立混凝土质量损伤程度矩阵——即CQE矩阵,如表1所示：
表1混凝土质量损伤程度CQE矩阵
Figure FDA0003904557010000021
(8)将测试混凝土构件得到的Qv和Qe值对照混凝土质量损伤程度CQE矩阵得出该测点的颜色等级并记录，按照记录的所有测点颜色等级绘制出测试混凝土构件的等高线图；
(9)通过等高线图判断大型混凝土基础设施目前质量情况，并对部分明显受损区域给出修复建议。
2.如权利要求1所述的一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法，其特征是：所述步骤(1)中，根据超声探头大小以及实际测试混凝土区域大小，画分等间距测试网格。
3.如权利要求2所述的一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法，其特征是：所述步骤(2)中，在测试区域对每个测试网格涂抹耦合剂，进行超声检测，记录声速值Va并将超声检测数据存储。
4.如权利要求2所述的一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法，其特征是：所述步骤(3)中，随机选取完整混凝土试块对立的两个面作为测试面，并涂抹耦合剂，进行超声检测，记录声速值Vb并将超声检测数据存储。
5.如权利要求2所述的一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法，其特征是：所述步骤(4)中，利用压力试验机对完整混凝土进行单轴压力试验，当压力机数值由最大值开始回落时，对压力破坏后的混凝土试块进行超声检测，记录破坏后混凝土的声速值Vdam并将超声检测数据存储。
6.如权利要求2所述的一种基于超声波的大型混凝土质量损伤程度评估方法，其特征是：所述步骤(5)中，将超声检测数据导入计算机得到测试试块的超声波接收信号Xt1——每个测点的信号此处统一用Xt1表示，完整试块的超声波接收信号Xt2，压力破坏后混凝土试块的超声波接收信号Xt3，通过公式
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