混凝土密實(shí)度的雷達(dá)檢測(cè)方法

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1、混凝土密實(shí)度的雷達(dá)檢測(cè)方法摘要:混凝土的密實(shí)度是混凝土耐久性及抗?jié)B性的一個(gè)重要指標(biāo)。由于探地雷達(dá)檢測(cè)具有無(wú)損、檢測(cè)速度快、掃描面積大、效率高等優(yōu)點(diǎn),故作者嘗試用探地雷達(dá)對(duì)混凝土的密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)。針對(duì)三種不同外觀質(zhì)量的混凝土路面,對(duì)其密實(shí)度進(jìn)行了雷達(dá)掃描檢測(cè),發(fā)現(xiàn)雷達(dá)圖像有明顯差別。并利用滲水性檢測(cè)儀,對(duì)這些路面的抗?jié)B性作了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。結(jié)果表明,兩種方法的結(jié)論是一致的,這表明探地雷達(dá)對(duì)混凝土的密實(shí)度檢測(cè),是一種可行的方法。1．前言在工程建設(shè)中,混凝土的質(zhì)量對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量有著舉足輕重的影響。硬化后的混

2、凝土應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)以承擔(dān)荷載和抵抗外部環(huán)境的侵蝕。而判斷混凝土耐久性好壞的一個(gè)重要指標(biāo)就是混凝土的密實(shí)度?；炷恋拿軐?shí)度可通過(guò)對(duì)混凝土直接取芯進(jìn)行外觀判斷,也可以用超聲波進(jìn)行無(wú)損檢測(cè),或用滲水性測(cè)定儀器間接判定,但這些檢測(cè)方法都有速度慢、效率低的缺點(diǎn)。相比之下探地雷達(dá)方法具有無(wú)損、掃描面積大、檢測(cè)速度快、效率高、檢測(cè)表面無(wú)需進(jìn)行特殊處理、無(wú)需耦合劑而且結(jié)果可用圖像直觀顯示的優(yōu)點(diǎn)?；谏鲜稣J(rèn)識(shí),作者用探地雷達(dá)對(duì)三種不同外觀質(zhì)量的混凝土路面進(jìn)行了檢測(cè),發(fā)現(xiàn)雷達(dá)圖像有明顯差別。經(jīng)滲水性試

3、驗(yàn)驗(yàn)證后表明,探地雷達(dá)能較準(zhǔn)確地判斷出不同質(zhì)量的混凝土的密實(shí)度。2.探地雷達(dá)檢測(cè)混凝土密實(shí)度的基本原理探地雷達(dá)主要是利用不同的介質(zhì)在電磁特性上的差異會(huì)造成雷達(dá)反射回波在波幅、波長(zhǎng)及波形上有相應(yīng)的變化這一原理,由雷達(dá)的發(fā)射天線向被探測(cè)介質(zhì)的內(nèi)部發(fā)射高頻電磁波,在電磁特性有變化的地方雷達(dá)波一部分被反射回來(lái),部分則發(fā)生散射,剩下的繼續(xù)向內(nèi)透射,反射回波由接收天線接收,接收到的雷達(dá)信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)和雷達(dá)專(zhuān)用軟件處理后形成雷達(dá)圖像,以此對(duì)介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如介質(zhì)厚度,分界面,內(nèi)部埋藏物或缺陷的埋藏深度、大小、形

4、狀、走向等)進(jìn)行描述。由電磁學(xué)可知,對(duì)于非磁性介質(zhì)(如混凝土)有磁導(dǎo)率μ=μ0=1,當(dāng)天線頻率f很高而且被探測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)電率較小時(shí)雷達(dá)波的傳播速度[1]為ν≈ν0(1)式中v0=03m/ns為雷達(dá)波在空氣中的傳播速度,又因波長(zhǎng)!f,故當(dāng)使用某一固定頻率的天線進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)時(shí),被探測(cè)的混凝土的相對(duì)介電常數(shù)有任何變化都將使雷達(dá)波波速發(fā)生變化,而且在波形上可以看到波長(zhǎng)也有變化。r又電磁波在介質(zhì)中的傳播能量衰減系數(shù)為W=2?r,可見(jiàn),當(dāng)電磁波的頻率一定時(shí),介質(zhì)的相f對(duì)介電常數(shù)r和電導(dǎo)率都較大時(shí),雷達(dá)波能量會(huì)

5、很快衰減。因?yàn)榭諝獾膔比混凝土的r要小得多,而且密實(shí)度差的混凝土內(nèi)部小孔洞較多,因此,其相對(duì)介電常數(shù)r會(huì)比密實(shí)度好的混凝土要小;而且由于混凝土內(nèi)各個(gè)部分的小孔洞分布不均勻,使r在各處的大小也會(huì)有變化。因此,結(jié)合上述分析及能量衰減公式可知,雷達(dá)波在密實(shí)度差的混凝土中衰減較慢,而且在有孔洞的地方波幅衰減減緩,甚至?xí)胁ǚ惓Ｔ龃蟮默F(xiàn)象。而密實(shí)度好的混凝土由于r,在混凝土內(nèi)各處都較一致,所以,波幅衰減會(huì)比較有規(guī)律。3．混凝土路面密實(shí)度檢測(cè)實(shí)例本次試驗(yàn)使用加拿大SSI公司的EKKO1000型探地雷達(dá),并

6、選用頻率為1200MHz的天線對(duì)。探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)通過(guò)筆記本電腦在現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)采集和存儲(chǔ)。采用反射法對(duì)汕頭大學(xué)校內(nèi)三段不同外觀質(zhì)量的混凝土路面進(jìn)行了檢測(cè)。采集到的雷達(dá)數(shù)據(jù)經(jīng)濾波、增益等各種后期數(shù)字處理及參數(shù)調(diào)整后,分別生成灰度剖面圖、波形剖面圖以及單個(gè)波的波形圖。下面,圖2~4對(duì)應(yīng)的混凝土路面密實(shí)度依次為差、較好、好。圖中橫坐標(biāo)為水平位置,單位是cm,縱坐標(biāo)是深度,單位是m。每幅灰度圖中2根水平白線之間部分即為路面的混凝土層。從各圖左邊深度坐標(biāo)可知,圖2的混凝土路面厚度約為126cm,圖3的混凝土路面

7、厚度約為127cm,圖4的混凝土路面厚度約為119cm。將圖2~4的灰度及波形雷達(dá)剖面圖進(jìn)行對(duì)比分析后可以看出,混凝土密實(shí)度較差的路面的雷達(dá)圖像擾動(dòng)很多,同相軸較雜亂,各道波的波形之間變化較大,而波長(zhǎng)也有變化,這可能是因?yàn)槠鋬?nèi)部混凝土骨料和水泥砂漿分布不均勻,之間結(jié)合不夠緊密,存在較多的小孔洞和微裂縫,致使內(nèi)部各處混凝土的r不一致,進(jìn)而使雷達(dá)反射波的波形和波長(zhǎng)都發(fā)生變化;混凝土密實(shí)度較好的路面的雷達(dá)圖像擾動(dòng)減少,同相軸的連續(xù)性較好,波形、波長(zhǎng)較為一致;混凝土密實(shí)度最好的路面的雷達(dá)圖像同相軸連續(xù)性

8、和一致性都很好,波形和波長(zhǎng)都很穩(wěn)定一致,特別是面層的首波幾乎沒(méi)有擾動(dòng),這反映了內(nèi)部混凝土的較一致,密實(shí)度好。另外,作者也對(duì)每個(gè)剖面的所有單個(gè)波形進(jìn)行了分析,在這里各拿出每個(gè)剖面的其中一道波形圖,如圖5~7所示。圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間坐標(biāo),單位是ns,縱坐標(biāo)是幅值(反射能量)。其中橫坐標(biāo)的3~45ns間為混凝土層的反射波。經(jīng)分析比較發(fā)現(xiàn),三段混凝土路面的混凝土層的雷達(dá)反射能量都差不多,首波最大幅值都在15000~18000之間。密實(shí)度差的路面的雷達(dá)反射波在同一時(shí)段內(nèi)的各道波形相差很大,這反映出混凝土內(nèi)沿