[发明专利]一种基于冲击弹性波的混凝土强度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种基于冲击弹性波的混凝土强度检测方法。

背景技术

混凝土是水利、水电等基础设施建设中的重要材料，其质量的好坏往往关系着整个工程的安全。水工大体积混凝土结构，如大坝、船闸、泄洪建筑物、电站厂房等，体积大、结构形势复杂且运行条件比较恶劣，混凝土结构在服役过程中，由于受荷载的作用和外界环境因素的影响，可能会导致混凝土结构出现损伤和劣化，严重的甚至危及整座建筑物的安全。因此，在水工结构运行期应定期对混凝土质量进行检测，确保水工建筑物混凝土的质量满足设计要求，是非常有必要的。

混凝土强度是反映混凝土质量状况的重要指标之一，也是结构应力及稳定复核计算的重要参数。因此，对混凝土强度的检测和评价，对保证水工混凝土结构的安全运行具有非常重要的意义。目前，混凝土强度的检测方法主要有回弹法、钻芯法、超声综合回弹法等，虽然上述方法已广泛用于混凝土结构强度的检测，但是对于水工大体积混凝土强度检测均存在一定的问题：

(1)钻芯法。钻芯法检测混凝土强度具有直接、可靠、准确的优点，但会对混凝土结构造成局部损伤，大量取芯受到一定限制，只能做到点的检测，全面性不够；

(2)回弹法。回弹法是通过测试混凝土表面硬度来推定混凝土的抗压强度，操作简便，可开展大范围的检测，但只能反映混凝土表层强度状况，而且受到碳化、龄期等因素的影响较大，在长龄期建筑物的强度检测方面具有一定的局限性；

(3)超声回弹综合法。超声波法由于其激振能量低、频率高，因而穿透能力差、测试范围小，且容易受外界干扰影响，不太适合大体积混凝土的检测，而且底板、边墩、溢洪道等水工大体积混凝土往往只有一个可测面，不具备超声回弹综合法的检测条件。

冲击弹性波和超声波在本质上并无太大区别，都属于在媒介中传播的弹性波，仅在信号的激励及接收方式、频谱范围等方面有所不同。与传统的超声波相比，冲击弹性波主要具有以下特点：(1)冲击弹性波由冲击锤激发，能量大且集中，测试深度明显提高，能够穿透10m以上的混凝土。(2)冲击弹性波的卓越频率一般在几百到几千赫兹左右，波长较长，受混凝土骨料颗粒散射影响小，受外界杂散波影响小。(3)现场适用性强，操作方便，适合对大体积混凝土结构进行快速、全面检测。

需要强调的是，在假设混凝土为理想弹性体的条件下，弹性波(P波)速度与混凝土的动弹性模量之间存在直接的理论关系。由于混凝土的动弹性模量与强度有很好的相关关系，因此弹性波(P波)速度与强度之间也有较好的相关关系，弹性波速度可以用来评价检测断面内部混凝土质量分布情况。由于它具有能量大、测试距离远、适用于频谱分析以及与混凝土力学性能直接相关等优点，冲击弹性波在混凝土结构检测领域已得到广泛的应用。

目前工程界仍比较广泛地使用Leslie和Cheeseman于1949年提出的P波速度检测混凝土评价标准，见下表1。但是，该评价标准一般用来定性判断混凝土质量的优劣，因为不同混凝土的P波速度和强度之间的关系是不同的，影响因素包括骨料品种、级配、龄期、含水量等。

表1常用弹性波(P波)波速评定混凝土质量参考标准

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，提供一种操作简单、方便，可实现大面积快速检测的混凝土强度检测方法，本发明提供了一种基于冲击弹性波的混凝土强度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：计算待测混凝土不同深度范围内的R波波速V_R；

S2：根据待测混凝土的R波波速V_R计算待测混凝土的P波波速V_P，单位为m/s；

S3：根据待测混凝土的P波波速V_P计算待测混凝土的抗压强度f_c，单位为MPa。

其中，所述步骤S1中，R波波速V_R的测定方法包括：

S11：确定待测混凝土的测区中心点，在所述测区中心点两侧沿直线各布置一道加速度传感器；

S12：在每道所述加速度传感器一侧选择一激振点，用冲击锤敲击激振点，加速度传感器采集激振产生的R波信号，根据所述R波信号计算R波波速V_R及波长λ_R。

其中，所述R波波速V_R及波长λ_R的计算公式为：

V_R＝d₂/Δt；

λ_R＝V_RT；