基于稳态表面波法的水工混凝土无损检测技术应用进展

覃万双

【摘要】与一般混凝土构件的质量检测常用措施不同，表面波法可以用于检测低强度及存在缺陷的混凝土。本文笔者主要围绕基于稳态表面波法的水工混凝土无损检测技术瑞雷波法应用展开探究，首先对无损检测技术进行概述，再分析表面波法用于混凝土无损检测的优势与缺陷。

【关键词】稳态表面波法；水工混凝土；无损检测技术

前言

混凝土是目前建筑工程施工中应用最广泛的材料之一，其质量情况会对建筑工程的安全性与实用性产生直接影响。因而强化结构混凝土的质量监测与控制，保证结构的安全性，已成为目前当今建筑工程施工与研究人员关注的重点课题。为此，对混凝土进行检测有着重要的意义，本文对基于稳态表面波法的水工混凝土无损检测技术应用进展展开探究。

1、表面波分析法

表面波（也称为瑞雷波）是一种沿着介质表层进行传播的弹性波。表面波混凝土检测仪的构成成份主要有：信号采集、激振器、传感器、分析显示系统。对混凝土检测时把传感器与激振器一同在混凝土表面安装。利用设定频率使激振器向结构物垂直激振的时候，产生的表面波在材料中依照一定的深度进行传播，由传感器进行振动信号接收，应用有关检测器接收信号和参考信号之间的时间差检测，如果信号接收传感器和激振器间的距离为L，调整参考信号初始相位，并同步于激振器，可以计算出表面波在L距离的范围之内的传播速度。表面波传播速度与材料的剪切模量、弹性模量间存在一定的等式关系，通过试验还可对表面波速度与材料抗压强度、干密度的相关性进行确定。所以可利用它来检验水工建筑混凝土材料的存在的缺陷及力学性能。表面波分析法适用于低强度与存在缺陷的混凝土。

2、瑞雷波应用于无损检测中存在的问题

近年来，瑞雷波在混凝土无损检测应用广泛。瑞雷面波法对混凝土的强度进行检测得到了很好的效果，但在该技术上仍有许多方面的问题还有待进一步地研究。下面对无损檢测中存在的问题进行了分析。

2.1 瑞雷波检测方法本身的不足

在以往的研究中，瑞雷波法检测作为工程质量控制的辅助手段，存在一定的缺陷。从检测方法上来说，稳态瑞雷波勘探法已经比较成熟。但是对于瞬态瑞雷波勘探法，虽然国内外学者已经做了大量工作，并取得了丰硕成果，但是瑞雷波法尚未成熟。对于瑞雷波检测方法，从理论上说，存在以下缺陷：

2.1.1 瑞雷波正演方面

现存的正演计算多是基于均匀层状介质的，但实际中难以满足这一条件。为了使正演结果尽可能的接近实际情况，应对复杂介质中瑞雷波的传播规律进行研究。特别是裂缝介质中瑞雷波传播特性的理论正演研究，例如：混凝土表面裂缝延伸深度探测，目前还没有很好的探测方法来解决此问题。

2.1.2 雷面波的提纯问题

瑞雷波频散曲线的提取方法虽然很多，例如表面波谱法、互相关法、τ-p变换法、Prony法、极化滤波法和f-k域分析法。这些方法都有它们各自的优缺点。但如果考虑到高模式瑞雷面波的提取，则需要对上述方法做一些完善和补充。具体表现在：

（1）取实测频散曲线相位差计算中2nπ导致的多解问题；

（2）速度。深度剖面“之”字型曲线的形成及其解释并不完美。

2.1.3 反演问题

核心问题是如何利用反演问题，雷波瑞频散曲线从介质的力学参数。但这个问题没有得到很好的解决，虽然有很多方法s，但不是很令人满意。从根本上说，瑞利波反射瑞利波穿透介质性质的深度范围内，所以芮磊博的速度是平均速度通过h中深度范围的表征。因此，瑞利波速度并不能反映介质的真实性质，而是多层叠加的综合体现。

从实际的角度来看，虽然有许多成功的案例，但也有生产科研单位的软件对同一记录有不同的解释，并常给大差频频散曲线，瑞雷波勘探成果与大中型实际出发。在同一时间，现有的工具不做可怕CT结果的现场，也没有在媒体分层和内部实际质量。

2.2 瑞雷面波法检测混凝土质量存在的缺陷

2.2.1 瑞雷波速与混凝土构件介质并非逐点对应

从根本上说，瑞利波法是瑞士雷波产中等深度的反映，所以雷波瑞虚拟现实表征速度穿透深度的平均速度中程。因此，瑞利波速度并不能反映介质的真实性质，而是多层叠加的综合体现。

因此，利用虚拟现实来确定介质内一点的特点是扭曲的，如果这个速度来确定在混凝土缺陷的具体位置的空间变化网，它可能是不准确的结果。

解决的办法是采用瑞士雷波相速度（VR）中剪切波（VS）反演，体波介质速度剪切波速度分布，可用于建立正确的相应的中介点。掌握波速度及水工混凝土抗剪强度之间的关系，对水工混凝土构件的剪切波速度分布的分布论水工混凝土构件的强度。

2.2.2 对混凝土试件的横波波速测试精度达不到要求

混凝土横波波速与强度之间的对应关系需要通过对具有不同强度的混凝土试块的力学试验和横波波速测试取得。在测试混凝土试块的横波波速的过程中，目前在横波震相的识别及到时判读的过程中还存在困难。这使得混凝土横波波速及强度间存在不确定的对应关系。

目前还没有解决以上缺陷的措施，因而需要进行实验室横波测试相关技术的持续改进与研究。

3、总结语

总之，表面波法对比于常规的检测方法具备一定的优势。但是，我国在水工混凝土中应用表面波法的历程并不长，因而其自身存在很多问题并未得到有效的解决。相关施工与研究人员要进行不断的总结、创新与研究，才能有效地将表面波法应用于水工混凝土的无损检测中，确保水利工程的质量。

参考文献：

[1]朱永涛， 徐阳. 混凝土强度无损检测技术[J]. 南水北调与水利科技，2012，90（23）：37-39.

[2]庞超明， 秦鸿根. 试验设计与混凝土无损检测技术[M]. 北京.中国建材工业出版社， 2011，10（09）：40-50.