防開裂 找空洞 給混凝土做CT就是這么簡單
時間：2020-3-17 來源：企業(yè)公眾號 查看次數(shù)：6135
"
近年來，一種新型的無損檢測方法應(yīng)用越來越廣泛，這就是超聲波CT法。超聲波具有穿透能力強，檢測設(shè)備簡單，操作方便等優(yōu)點，特別適合于對混凝土的檢測，尤其適合對大體積混凝土如大壩、橋墩、承臺及混凝土灌注樁的檢測。常規(guī)的超聲波對測法及斜測法可檢測混凝土內(nèi)部的缺陷，但這需要操作人員具有一定的工作經(jīng)驗，且檢測精度也不夠高，僅能得到某些測線上而非全斷面的混凝土質(zhì)量信息。將計算機層析成像(Computerized Tomography,簡稱CT)技術(shù)用于混凝土超聲波檢測，即為混凝土超聲波層析成像檢測方法。該方法首先將待檢測混凝土斷面剖分為諸多矩形單元，然后從不同方向?qū)γ恳粋€單元進行多次超聲波射線掃描，即由來自不同方向的多條射線穿過一個單元，用所測超聲波走時數(shù)據(jù)進行計算成像，期成像結(jié)果可精確、直觀表示出整個測試斷面上混凝土的缺陷及質(zhì)量信息，使檢測精度大為提高。
通過超聲波測試混凝土內(nèi)部缺陷，會遇到以下挑戰(zhàn)
非均質(zhì)材料帶來強烈的結(jié)構(gòu)噪聲
檢測對象結(jié)構(gòu)的復雜性（內(nèi)部存在鋼筋、管道等）
被檢物體尺寸大
被檢測對象通常處于使用狀態(tài)中–只能提供有限的接觸面
很少有系統(tǒng)性/指導性文件
每個被測物體都有“唯一性”和“特殊性”
操作員的專業(yè)技能和經(jīng)驗有很大影響
但選擇超聲波檢測，又具有以下優(yōu)勢和局限性：
可獲得較深的穿透深度
內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可視化與結(jié)果解釋的簡易性
多種多樣的測量/分析方法（表面脈沖速度、體脈沖速度、脈沖回波、SAFT/DFA超聲層析成像）
檢測參數(shù)對被測物體屬性的可調(diào)性：工作頻率范圍20-150 kHz
聲衰減與頻率強烈相關(guān)
對緊密鋪設(shè)鋼筋的敏感性較低（與探地雷達相比）
檢測靈敏度和分辨率與波長（ l ?2 – 25 cm）相當
鋼筋會影響可探測性
那么遇到這些挑戰(zhàn)和局限性，我們該如何解決？今天，給大家介紹一款德國ACS-Solutions公司生產(chǎn)的超聲波三維層析成像儀—— A1040 MIRA。
（1） 功能和應(yīng)用
為評估建筑結(jié)構(gòu)完整性，可檢測厚度達2米的混凝土構(gòu)件
為評估建筑結(jié)構(gòu)完整性，可檢測厚度達80厘米的鋼筋混凝土構(gòu)件
尋找混凝土體、鋼筋混凝土或自然石塊中的外來包體、孔洞、空隙、分層、充填泄露、裂縫等
檢測厚度達2米的大理巖或花崗巖構(gòu)件
尋找鋼筋混凝土中，管徑大于10毫米的金屬和塑料管道
檢測直徑大于900毫米的碳棒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
檢測鋼筋混凝土橋梁上加固通道的情況
檢測灌注結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)、樁體、露頭部位的空隙和充填泄露
尋找地鐵和鐵路隧道襯砌后方的孔洞和空隙
檢測玻璃鼓風爐的耐火墊
評估鋼筋的混凝土保護層厚度
在施工地點受限情況下，從單邊表面測試某對象的厚度
（2）技術(shù)參數(shù)
干點接觸剪切波換能器，帶陶瓷防磨帽
25～85 kHz中心頻率
換能器裝載有彈簧，保證在不平整表面順利工作
相控陣天線，帶48個換能器，呈4×12排列，尺寸365×115×125 mm，重量4.5 kg
測試深度：50～2000 mm
可充電電池，5小時工作時長
每測點數(shù)據(jù)采集處理時間：不大于3 s
Introview軟件用于3D成像
工作溫度 -10°C至50°C
（3）特點
單邊接觸結(jié)構(gòu)體，可以對結(jié)構(gòu)內(nèi)部進行成像
可探測的不連續(xù)體的尺寸：
圓柱體缺陷——直徑大于10毫米
球體缺陷——直徑大于25毫米
高效——每次點測僅耗時數(shù)秒鐘
易上手，使用簡單
輕便防震的塑料外殼
干點聲學接觸——檢測時無需使用耦合劑，不需要對測試表面進行特殊處理
天線陣列可適應(yīng)不平整表面
耐磨處理的換能器探頭
對不同的缺陷具有高度的測量準確度和儀器靈敏度
自動計算超聲剪切波在測試體中的傳播速度
系統(tǒng)自帶內(nèi)存以存儲數(shù)據(jù)，使用外部電腦可以B-、C-、D-Scans的切片方式對內(nèi)部結(jié)構(gòu)作3D成像
MIRA超聲波斷層掃描成像儀測試原理
MIRA基于超聲波脈沖回波方法，采用激發(fā)和接收換能器組成的收發(fā)對模式。一個換能器激發(fā)應(yīng)力波脈沖，另一個換能器則接收反射回來的脈沖。脈沖從激發(fā)到被接收的時間可以被測得。如果波速C已知，則反射界面的深度則可以被計算出來（假設(shè)兩個換能器相距很近）
MIRA A1040超聲波探頭由4×12個干點換能器陣列和一個控制單元組成，換能器為信號發(fā)射和接收裝置，可發(fā)射周期脈沖。探頭內(nèi)的控制單元激活一排換能器作為信號發(fā)射端，而其它排的換能器作為信號接收端。上圖表示第一排換能器發(fā)射信號，其它換能器接收信號。圖中顯示了信號傳播路徑。此后，下一排換能器發(fā)生信號，其右側(cè)的換能器接收信號。此過程循環(huán)重復，直至前11排換能器都已經(jīng)激發(fā)過信號為止。
下圖顯示每次測量時獲得的66條射線路徑。每點采集和處理數(shù)據(jù)的時間不超過3秒。測量的信號傳播時間會被計算機處理生成天線下方空間的2D圖像。重建的圖像可以顯示反射界面的位置，這些界面有可能是構(gòu)件的底面、鋼筋，以及最重要的內(nèi)部混凝土-空氣界面（比如空洞、裂縫和分層等）。
如果構(gòu)件內(nèi)部的混凝土-空氣界面（缺陷）足夠大，一部分激發(fā)的應(yīng)力脈沖會被該缺陷提前發(fā)射。如右圖所示，因為射線路徑更短，由缺陷反射的信號會早于構(gòu)件底面反射的信號到達接收端。信號處理軟件依據(jù)每排換能器接收到的反射脈沖的到達時間，來推斷構(gòu)件內(nèi)部缺陷的位置。注意圖中某些換能器不會接收到來自缺陷或者底面的反射信號，因為缺陷的存在阻擋了射線的傳播，這即是某些2D圖像中的盲區(qū)現(xiàn)象。
MIRA超聲波成像儀技術(shù)特點
陣列式系統(tǒng)：MIRA的控制器是一個陣列式的控制器，由12個模塊組成，每一個模塊包含4個橫波傳感器。當超聲波信號發(fā)出后，接受到信號的會被控制器進行處理，然后轉(zhuǎn)移到電腦用合適的軟件進行處理。
合成孔徑聚焦超聲成像：通過將陣列小探頭接收的超聲信號合成處理而得到與較大孔徑探頭等效的聲學圖像，對接收到的信號作適當?shù)穆晻r延遲或相位延遲后再合成得到的被成像物體的逐點聚焦的聲學圖像，其特點是可以獲得較好的橫向分辨率。
干耦合換能器：傳統(tǒng)的換能器需要使用耦合劑才能與混凝土表面緊密接觸。干耦合即不使用耦合劑，通過彈簧彈力實現(xiàn)與被測表面的耦合。使用干耦合換能器加快了檢測速度，并消除了耦合劑涂抹不均勻?qū)y量結(jié)果的影響。
成像顯示：數(shù)據(jù)采集得到的實時二維圖像。用不同的顏色表示不同強度的反射。也可以使用idealViwer 3D軟件將在多個位置測量的結(jié)果整合，在計算機中上生成三維圖像，更加直觀。
橫波檢測：固體中的聲波有縱波、橫波和表面波三種類型。傳統(tǒng)方法只利用縱波，橫波和表面波攜帶的信息被忽略。改用橫波檢測有以下好處：
①信噪比提高：超聲橫波在混凝土中的散射比縱波弱，因而橫波檢測的噪聲更低;
②分辨能力有所增強：識別越小的細節(jié)需要的波長越短，而混凝土中橫波的波長大約是同頻率縱波波長的60%;
③缺陷的反映更明顯：因流體中的聲波只有縱波，橫波遇到欠密實、縫隙和空洞等缺陷后幾乎全被反射，其反射系數(shù)大于縱波。
該儀器有三種操作模式
400毫米的厚板，其中貫通2個直徑100毫米的金屬管道，覆蓋層100毫米。其中一個管道中空，另外一個充填無收縮水泥漿。此外，預制板淺部布有鋼筋，且方向與管道平行。右圖所示為從預制板頂面采集的3D掃描結(jié)果。為使孔道看得更清楚，深部包含預制板底面的數(shù)據(jù)被截斷。中空孔道顯示為紅色，反映空氣界面的強烈反射。灌漿管道則顯示為黃綠色，反映鋼絞線的較弱反射。兩孔之間和灌漿孔右側(cè)的鋼筋顯示為淺藍色。可以看出，灌漿孔道遠端顯示為紅色，表現(xiàn)為空洞特征的強烈反射。為驗證灌漿不完全，對灌漿孔的兩處進行了開挖：(1)遠端150毫米處，即空洞反射所在位置；（2）在大概中央位置，即沒有空洞反射顯示的位置。
下圖所示為開挖位置1的B-scan圖像和對應(yīng)的照片。B-scan顯示灌漿孔道此處的反射與中空孔道類似，清楚得指示出此處可能未被灌填完全。開挖后的照片顯示，一些鋼絞繩沒有嵌入灌漿中。至此，灌漿孔中的不密實孔洞被證實。
下圖為位置（2）的結(jié)果。B-scan圖像顯示灌漿孔道此位置的反射比中空孔道振幅更弱。這些弱振幅反射源于孔道中的10根鋼絞繩。灌漿-鋼界面的反射系數(shù)小于空氣界面，所以灌漿密實位置的反射信號不顯示為紅色。開挖結(jié)果顯示鋼絞繩都被包裹在灌漿中。開挖時移除金屬管壁的過程中不慎壓裂了灌漿，所以有些鋼筋暴露在外。
瑞科（廣州）儀器科技有限公司是德國ACS-Solutions公司在中國的指定代理商，全面負責該產(chǎn)品在中國的推廣、銷售和服務(wù)，公司擁有樣機，可演示。歡迎垂詢！
聯(lián)系電話：13600054403 高先生
簡歷投遞：[email protected]
公司網(wǎng)址：ymlab.cn
公司地址：廣東省廣州市海珠區(qū)疊景路249號合生廣場E棟1808室
下期，我們再會！