角回波法检测混凝土裂缝 | 混凝土超声断层扫描仪应用 | SAFT成像技术

1 引言

      关于混凝土裂缝深度测定的无损检测方法的各种研究方法很多。虽然微裂缝或表面开口较小的裂缝很常见，并且根据标准被归类为可接受的裂缝，但较大的裂缝可能会加速气体和液体物质的侵蚀，从而诱发钢筋的腐蚀，从而危及结构的稳定性。传统的、众所周知的测定混凝土裂缝深度的超声波方法是基于飞行时间（TOF）的测量，飞行时间技术也被应用于冲击产生的应力波的裂缝深度测量。TOF方法评估波的首次到达，这取决于裂缝深度。对人工预制缺陷或完全开放的裂缝效果很好，然而在有接触面的真实裂缝中，TOF往往不能提供一个准确的结果。

      研究使用表面波传输来检测裂缝深度或非相干超声波能量的扩散，但部分封闭的垂直裂缝会传输能量，如裂缝中填塞泥浆、砂砾等物质，用这种方法很难定性。用于混凝土的超声波干点接触（DPC）换能器阵列通过快速采集多个A扫描和用SAFT对数据进行后处理，提供被检测构件的断层扫描图，例如用A1040 MIRA 3D混凝土超声断层扫描仪成功地对构件后墙、钢筋和水平分层进行了成像，用A1040 MIRA 3D混凝土超声断层扫描仪成功地成像了缺口裂缝的深度，设备本身也内置了裂缝深度测量的功能，此次检测并未用此功能，采用面积扫描模式进行检测研究。

2 角部回波法

      提出的角部回波法可用于确定表面的裂缝是否为贯穿性裂缝。我们所说的 "贯穿 "裂缝是指裂缝深度等于板厚的全深度裂缝。该方法也可用于寻找从板块背面的垂直裂缝，而这些裂缝从可用于测量的表面上是看不到的。

      测量和评估程序是用尺寸为1.5米×0.6米×0.25米（长×宽×厚）的混凝土试样，试样上有缺口，裂缝是在受控条件下产生的。使用A1040 MIRA 3D混凝土超声断层扫描仪在试块的顶部表面进行线状扫描和区域面积扫描，扫描方向垂直于裂缝线。在测量过程中，原始超声波数据以地图模式存储，随后传输到软件系统进行进一步评估。xy平面（扫描面）的坐标系统如图1所示。Z方向是指向组件的厚度。坐标系统的零点在部件表面的左上角。

图1：使用A1040 MIRA 3D混凝土超声断层扫描仪程序扫描和图像采集

（a）垂直于裂缝的线扫描，（b）区域面积扫描。

所有缺陷缺口和不同深度的垂直裂缝，都是在构件的上表面开放的。首先对一个试样的上表面进行了完整无缺陷的测量。为了确认裂纹完全穿透了试样，将其转向检查背面，在其全尺寸上都可以看到裂纹。在穿透裂纹形成并通过光学检查确认后，再次从顶部表面扫描试样。仪器中实现的算法提供的B-和c -扫描和层析SAFT图像表明在正确的位置存在裂纹或缺口。从标准SAFT处理得到的图像中无法估计垂直裂纹或缺口的深度，也不能确定该裂纹是否为分离裂纹。这意味着，需要一个合适的测量和后处理程序，以便直观地看到分离裂纹向背面的开口。 为了验证裂缝是否为贯穿性裂缝，我们可以利用垂直裂缝和部件的后壁形成直角角的事实。 这样一个角的功能是对来自任何方向的声波进行反射。 角部回声在检测和确定金属裂纹的大小方面受到了许多研究，对于通常用于金属检测的垂直剪切（SV）波，在入射波的37°-53°角下获得*强反射。使用由A1040 MIRA 3D混凝土超声断层扫描仪产生的剪切水平（SH）波，通过仪器相对于角落的适当位置和/或通过明显限制重建的角度，可以看到角落的回声。

图2：无缺陷（a）和有分离裂纹（b）的试样上的一条扫描线（y=450mm）的SAFT-B-扫描。 SAFT重建的角被限制在±[40°-70°]。

图3:无缺陷(a)和分离裂纹(b)试样的SAFT-C-Scan，重构角度±[40°-70°]。c扫描间隔深度设置为240 mm至270 mm。

图2和图3显示了没有缺陷（图2(a)和3(a)）和有分离裂缝（图2(b)和3(b)）的部件的SAFT B-和C-扫描。左边和右边的指示是混凝土试样的左壁和右壁的角反射。它们出现在x=0毫米和x=1500毫米，深度为250毫米（即构件厚度）。虽然没有缺陷的试样除了来自其侧壁的反射外没有显示任何其他高强度的指示，但有分离裂缝的部件的图像在裂缝的X位置和相当于试样厚度的Z位置上有一个额外的指示。这些图像是由用MATLAB（MathWorks）编写的程序获得的。角回波的指示可用于判断裂纹是否为分离裂纹。它还可以用于检测开到后墙表面的裂缝。对不同厚度和不同裂纹深度的试件分别进行层析成像，验证了该方法的适用性。

产品链接：A1040 MIRA 3D混凝土超声断层扫描仪