本發(fā)明屬于混凝土質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于接觸式超聲波的混凝土隱裂紋檢測(cè)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

本發(fā)明所述的隱裂紋是指肉眼不可見的閉合裂紋或者裂紋寬度十分細(xì)小、超出了人眼分辨力的裂紋，而不是指覆蓋在完好混凝土里面的裂紋。隱裂紋是可見裂紋發(fā)展的前期，對(duì)于判斷混凝土結(jié)構(gòu)安全性具有重要意義。專利申請(qǐng)201010290303.3公開了一種利用超聲波選擇性激勵(lì)發(fā)現(xiàn)混凝土隱裂紋的方法和系統(tǒng)，但該方法和系統(tǒng)并未充分考慮被檢測(cè)對(duì)象混凝土介質(zhì)的特點(diǎn)，導(dǎo)致聲能量進(jìn)入混凝土中的效率低，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度不夠好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能有效提高聲能量進(jìn)入混凝土中的效率的混凝土隱裂紋檢測(cè)方法和系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于接觸式超聲波的混凝土隱裂紋檢測(cè)方法，包括如下步驟：

1)采用接觸式超聲激勵(lì)，在超聲激勵(lì)頭和待測(cè)混凝土構(gòu)件表面間輔以紫銅片作為耦合，將超聲波輸入待測(cè)混凝土構(gòu)件，對(duì)其進(jìn)行激勵(lì)；

2)利用紅外熱像儀獲取被測(cè)混凝土構(gòu)件熱圖像；

3)根據(jù)混凝土構(gòu)件熱圖像中的局部高溫位置確定混凝土構(gòu)件中裂紋的位置，所述裂紋包括裂紋和隱裂紋，其中，肉眼可見的為裂紋，肉眼不可見的即為隱裂紋。

優(yōu)選的，上述步驟1)中，紫銅片厚度為0.5～1mm；可以直接將紫銅片設(shè)置在激勵(lì)頭和待測(cè)混凝土之間進(jìn)行點(diǎn)接觸，或以紫銅片包覆激勵(lì)頭，與激勵(lì)頭形成一體結(jié)構(gòu)。由于紫銅片作為耦合材料，要始終處于激勵(lì)頭和待測(cè)混凝土構(gòu)件接觸面之間，以紫銅片包覆激勵(lì)頭，與激勵(lì)頭形成一體結(jié)構(gòu)，便于切換檢測(cè)點(diǎn)。紫銅片過厚或過薄都會(huì)影響激勵(lì)的效果，紫銅片過厚還會(huì)增加裝置的成本，0.5～1mm為優(yōu)選的激勵(lì)效果最佳的厚度范圍。

上述步驟1)中，超聲激勵(lì)頭上垂直施加500-3500n的荷載；激勵(lì)頭在激振混凝土的過程中，需要施加一定大小荷載于激勵(lì)頭上，所施加荷載的大小對(duì)超聲能量的輸入至關(guān)重要，只有合適大小(既不能太大又不能太小)的荷載才可以提高超聲波發(fā)生裝置的聲能量輸出值，有助于提高聲能量輸入混凝土中的總量，500-3500n為能檢測(cè)出隱裂紋的荷載范圍，優(yōu)選1000～2000n。

上述步驟1)中，所述超聲激勵(lì)頻率為20～40khz，相同的超聲功率激勵(lì)下，相對(duì)于通常使用的20khz的超聲激勵(lì)頻率，40khz更容易在隱裂紋附近激勵(lì)出顯著溫升區(qū)，是混凝土隱裂紋的敏感頻率；優(yōu)選40khz。

本發(fā)明還提供了一種基于接觸式超聲波的混凝土隱裂紋檢測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能有效提高聲能量進(jìn)入混凝土中的效率，提高聲能量輸入率。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于接觸式超聲波的混凝土隱裂紋檢測(cè)系統(tǒng)，包括超聲波源、超聲激勵(lì)頭和紅外熱像儀，所述超聲波源通過電纜與超聲激勵(lì)頭連接，所述超聲激勵(lì)頭與待測(cè)混凝土構(gòu)件接觸，對(duì)其進(jìn)行超聲激勵(lì)，所述紅外熱像儀用于監(jiān)測(cè)被測(cè)混凝土構(gòu)件熱圖像，所述超聲激勵(lì)頭和待測(cè)混凝土構(gòu)件接觸面處設(shè)有紫銅片作為耦合。

優(yōu)選的，紫銅片厚度為0.5～1mm；以紫銅片包覆激勵(lì)頭，與激勵(lì)頭形成一體結(jié)構(gòu)。

所述超聲激勵(lì)頭上垂直施加500-3500n的荷載；優(yōu)選1000～2000n。

所述超聲激勵(lì)頻率為20～40khz，優(yōu)選40khz。

所述超聲激勵(lì)頭選用超聲波點(diǎn)焊槍或清洗用超聲波振子。

本發(fā)明的方法和系統(tǒng)充分考慮被檢測(cè)對(duì)象混凝土介質(zhì)的特點(diǎn)：體積較大(一般40000cm³以上)、各向異性、非均質(zhì)(尤其混摻粗骨料)；為在隱裂紋處激勵(lì)出顯著溫升，需要輸入混凝土中的超聲能量遠(yuǎn)大于被激勵(lì)對(duì)象為均質(zhì)的材料。為有效提高聲能量進(jìn)入混凝土中的效率，本發(fā)明基于超聲激勵(lì)紅外熱像檢測(cè)法，進(jìn)行了一系列改進(jìn)。

本發(fā)明的方法和系統(tǒng)采用接觸式超聲激勵(lì)方式，并輔助以紫銅片作為耦合。紫銅片相對(duì)于常規(guī)超聲檢測(cè)中采用的凡士林、黃油等膠體耦合劑，能夠更好地實(shí)現(xiàn)超聲激勵(lì)頭與被激勵(lì)對(duì)象(混凝土)間的聲阻抗匹配，有助于提高聲能量輸入率。

附圖說明

圖1是為本發(fā)明系統(tǒng)的裝置及其連接關(guān)系圖。

圖2是實(shí)施例1所用混凝土構(gòu)件示意圖。

圖3是與激勵(lì)頭尺寸匹配的紫銅片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是不同垂直荷載下混凝土構(gòu)件熱圖像。

圖5是實(shí)施例1所用混凝土構(gòu)件示意圖。

圖6是圖4所示混凝土構(gòu)件在不同激勵(lì)頻率激勵(lì)下的熱圖像，圖中數(shù)字為顯著溫升區(qū)。

圖7是圖2所示混凝土構(gòu)件在不同激勵(lì)頻率激勵(lì)下的熱圖像。

圖8是紫銅片包覆激勵(lì)頭的一體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)附圖說明和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1

本實(shí)施例具體說明本法明的方法的實(shí)施方式，具體包括如下步驟：

1)采用接觸式超聲激勵(lì)，在超聲激勵(lì)頭和待測(cè)混凝土構(gòu)件表面間輔以紫銅片作為耦合，將超聲波輸入待測(cè)混凝土構(gòu)件，對(duì)其進(jìn)行激勵(lì)；其中，紫銅片厚度為0.5～1mm；紫銅片作為墊片置于混凝土構(gòu)件和超聲激勵(lì)頭接觸面間(紫銅片結(jié)構(gòu)如圖3所示)，或以紫銅片包覆激勵(lì)頭(如圖8所示)，與激勵(lì)頭形成一體結(jié)構(gòu)；

2)利用紅外熱像儀獲取被測(cè)混凝土構(gòu)件熱圖像；

3)根據(jù)混凝土構(gòu)件熱圖像中的局部高溫位置確定混凝土構(gòu)件中裂紋的位置，所述裂紋中，肉眼可見的為裂紋，肉眼不可見的即為隱裂紋。

在超聲激勵(lì)頭垂直施加500-3500n的荷載，超聲激勵(lì)頻率為40khz、功率50w，紫銅片厚度為0.5mm。被激勵(lì)對(duì)象400mm×200mm×430mm混凝土裂紋標(biāo)準(zhǔn)體，如圖2。該標(biāo)準(zhǔn)體中部有一條預(yù)制裂縫，經(jīng)劈拉后出現(xiàn)一條貫穿微裂紋；該裂縫大部處于閉合狀態(tài)，寬度小于1mm。

激勵(lì)效果如表1所示。(激勵(lì)效果優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：所用換能器功率小、激勵(lì)時(shí)間短，而被激勵(lì)對(duì)象的溫升區(qū)數(shù)目多、溫升區(qū)相對(duì)環(huán)境溫度的溫升高，此為激勵(lì)效果好。)

表1荷載大小對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

通過表1可知，垂直施加1000～2000n的荷載，具有更好的技術(shù)效果。受超聲波發(fā)生器功率、換能器功率以及換能器輸出頻率的影響，施加在不同型號(hào)超聲波換能器上的最佳壓力值不盡相同；但隨施加于換能器上壓力的增加，不同型號(hào)超聲波換能器的激勵(lì)效果均存在由劣到優(yōu)再到劣的情況；對(duì)于常見的超聲波發(fā)生裝置，壓力的優(yōu)選區(qū)間仍是所述區(qū)間。

選取100mm×100mm×400mm的含微裂紋混凝土試塊、400mm×200mm×430mm的混凝土裂紋標(biāo)準(zhǔn)體作被激勵(lì)對(duì)象，其中100mm×100mm×400mm的試塊表面有一道橫向預(yù)制裂縫，內(nèi)部有不定數(shù)量的裂縫，如圖5所示。超聲激勵(lì)頻率分別為20khz、28khz、40khz。其中，頻率為20khz的超聲波換能器功率為1800w；其余頻率的超聲波換能器功率均為50w。各激勵(lì)頻率在各自的最佳壓力作用下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，紫銅片厚度為0.5mm。

激勵(lì)效果如表2、3所示。

表2100mm×100mm×400mm含微裂紋的混凝土試塊在不同頻率作用下的激勵(lì)效果

注：圖中顯著溫升區(qū)集中在裂紋閉合的尖角處。

表3400mm×200mm×430mm混凝土裂紋標(biāo)準(zhǔn)體在不同頻率作用下的激勵(lì)效果

從表2、3中可以看出：40khz超聲頻率激勵(lì)效果最好。

上述方法中，紅外熱像儀最小可測(cè)溫差為0.06℃，測(cè)溫范圍為-20—100℃。調(diào)整紅外熱像儀的位置，使之與混凝土被測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體在1.4—1.6m范圍進(jìn)行檢測(cè)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例具體說明本法明的系統(tǒng)的實(shí)施方式，具體如下：

如圖1所示，一種基于接觸式超聲波的混凝土隱裂紋檢測(cè)系統(tǒng)，包括超聲波源1、超聲激勵(lì)頭2和紅外熱像儀3，所述超聲波源1通過電纜11與超聲激勵(lì)頭2連接，所述超聲激勵(lì)頭2與待測(cè)混凝土構(gòu)件4接觸，對(duì)其進(jìn)行超聲激勵(lì)，所述紅外熱像儀3用于監(jiān)測(cè)被測(cè)混凝土構(gòu)件4的熱圖像，所述超聲激勵(lì)頭1和待測(cè)混凝土構(gòu)件4接觸面處設(shè)有紫銅片5作為耦合。

超聲激勵(lì)的優(yōu)選參數(shù)設(shè)置參照實(shí)施例1。

所述超聲激勵(lì)頭選用超聲波點(diǎn)焊槍或清洗用超聲波振子。

紫銅片可設(shè)置為包覆激勵(lì)頭，并與之成為一體結(jié)構(gòu)，這樣可避免更換激勵(lì)點(diǎn)時(shí)分別移動(dòng)紫銅片和換能器，方便實(shí)際操作。具體如圖8所示。