【word】 影响地质雷达法检测结构混凝土厚度主要因素的试验研究

【word】 影响地质雷达法检测结构混凝土厚度主要因素的试验研究 影响地质雷达法检测结构混凝土厚度主要 因素的试验研究 科学论坛 ?- 影响地质雷达法检测结构混凝土厚度主要因素的试验研究 路景海吴文静 (中铁四局集团工程质量检测中心230023) [摘要]本文主要分析地质雷达法测试误差以及影响地质雷达法检测结构混凝土的主要素,得出不同强度的混凝土的相对介电常数大致范围. 中图分类号:U454文献标识码:A文章编号:1009914X(2011)1卜0061—02 地质雷达作为一种检测混凝土检测方法已经得到』..泛应用,但地质雷达法 自身也存在误差,地质雷达的误差来自于两个方面,即’个是客观的,’个是主 观的.客观误差主要体现为仪器的信燥比的高低;主观误差主要来源待测对 象相对介电常数s的选定及界面反射的判识,以及测量过程可能造成的误差, 本文主要对混凝土相对介电常数e影响因素进行试验研究. 1地质雷达测试的误差 根据MAXWELL(麦克斯韦)波动理论电磁波在介质中传播其波速v和介质 的相对介电常数e存在如关系: V=c/,,(i) 式中C=0.3m/ns(光速) 地质雷达主机记录电磁波从发射到地下反射界面的时间差?T,其中?T 是电磁波从发射到接收的双程旅时,可根据式(2)计算出反射面的深度H: H=V?AT/2(2) 对公式(2)两边取微分可得: dH=dVXAT/2+V×d?T/2 两边再除以公式(2)得: dH/H=dV/V4-d?T/?T(3) 由(3)可以看出地质雷达探测精度的误差由速度误差和时间误差两部分组 成.对此我们从理论上分别对两种误差分析: 时间误差由仪器采样及波至时问引起,根据波动理论,采样误差不大于 个采样间隔.由于实际工作中每道采样点数高达512,lO24个,而且 发射的 波频率高,故由该项因素所引起的误差相当小:波至时间拾取洪差则与仪器信 噪比及拾去方法有关,对于信噪比高的仪器采用计算机自动拾去误差很小,而 手工法拾去只要对波动理论理解深刻,有一定经验误差也很小. 速度的误差与获取速度的方式有关,即与求得相对介电常数的方式有关. 目前获取速度的方法主要有,一是钻孔标定法,二是反射系数递推法,三利用已 知埋深的预埋物标定.从理论上讲反射系数递推法可以给出每一点的自身的 速度但实际工作中客观存在表面散射,界面起伏等因素,该方法所得的速度 有位存在 着施工工艺和质量控制的差异,比如:搅拌均匀程度,分层压实不均匀以及混 凝土水灰比的控制等都会造成一定的差异,因此,检测前要对不同施工单位施 r的混凝士相对介电常数进行标定是非常必要的. 2影响介电常数E的主要因素分析 相对介电常数e是表征介质物性差异的物理量,介质的物性差异是 客观存 在的.对同一单位施工的同一标号工程,其混凝土质量相对是稳定的,因此, 呵把这些被测对象的介电常数看作相对固定的,在混凝土质量检测中,混凝土 图1自制混凝土模型图2:数据采集 表l模型混凝土设计强度等级 强度,密实程度,含水量等足影响其相对介电常数的重要因素,其中以混凝 土强度对其影响为最.一般来说,混凝土越密实,其强度就高,相对介电常数 就越小.而影响混凝土强度的主要因素有:水灰比,骨料性质,砂率,含 气量,龄期及外加剂等 为了找出影响相对介电常数的因素,采用自制模型,先在其中预设不同缺 陷,反复检测对比,找出规律. 2,1试验研究 (1)模型制作 为了测试对比,设计了多个尺统一的雷达检测模型,形状为长方体,长为 2m,宽为0.5m,高为0.5m,在每一块模型上设计了大小不同的缺陷.按照混凝 土强度(C10,c35)的不同,考虑水灰比及砂率,含气量,龄期,外加剂等 因素共制作了l6个模型,具体情况见表1,表2: 表2测试模型的配合比设计情况 嚣= 缡蟊融疆骨#罐糍爱I;蟾刑 ?.黾一,琶寻 《04it々0i叠f ?00i7.400青鼋{ 04?n0#80.01盛 B0I4533ii《0:.d00:濂 托乳##:?j:05llj藏 一50 06;l400:l (,6554l5--t蕊 06{一i0{if6000l箍 g5’405021蝴”l麓 j47q穗 .0g《l乱0i00;引 $74038越j ,:f,5608;街i韶5?,砖船 ,30.羹L0,耨2.鼹3孺剐 E0,?’000j 注:引一引气剂减一高效减水剂 (2)测试 为了大量采集可比性强的数据,制订详细的测试计划,测试 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 如下: a每个试件模型3天,7天,14天,大于28天分别测一次. b记录模型的设计参数,记录环境及天气情况,测试时间等,调试雷达 仪 设定合适的时窗参数及各种滤波,增益等: 表3模型A—E?28天抗压强度 摸型编号穗升奄常魏礁裂编晕#憎0:赍嗯常数《 盘j27,马29093 A2285002笔j180 A3:000 Bj24.2li210,0 L }豫00579D0l450 f:0008D0l4.0 { }尊25nE3l{0,9 } 舅03065蹦?0 科技博览 科学论坛 I?? c采用连续测量整体测几遍,并注意比较,记录文件名及各种参数 d记录文件名及各种参数. 22数据分析 (1)强度 为了找出强度与相对介电常数的关系,根据对应预留的抗压试块,测试模 型混凝土28天后的强度值,各模型相对介电常数和强度对照见表4. 从上表可以看出,随着实验模型实际强度的增加,相对介电常数e逐渐变 小,我们知道电磁波在混凝土中的速度与相对介电常数e成反比,也就是说随 着模块强度的增加,电磁波的速度也加快 (2)龄期 电磁波在水中的速度最慢,水的相对介电常数为81,因为水能吸收大量的 电磁波,考虑到龄期的大小和混凝土的含水量有密切的关系,再加上龄期和强 度也有密切的联系,所以可以预见龄期对混凝土的影响将会很明显,我们以E 组为例,表4列出E1,Etq个龄期段对应的相对介电常数. 由表4和图3所可以伯出,龄期对介电常数影响主要表现在前期,随 着龄 期的逐渐增大,含水量迅速降低,故其对介电常数的影响越来越小.当龄期达 到7天以后,曲线基本趋于水平,图3中的a,b图在7天以前时间对介电常数 的影响比C,d图明显,是因为E1,E2的水灰比比较小,设计强度很高,龄 ab 图3E组t一,关系图 表4E1,E4各龄期对应相对介电常数表 3置黔为京包线上一座长大隧道,围岩破碎,施工难度大,为检验 其施工质量,我们采用地质雷达法对其衬砌进行检测,图4为I?级围岩加强段 边墙雷达图形,该段没计含有拱架,设计强度等级C30,二衬厚度0.55m,利用已 知预埋件(拱架)对该隧道混凝土的相对介电常数进行标定,过程如下: ?利用波动理论和地质雷达图像可以得出雷达波双程旅时为:t=9.64NS ?拱架预埋深度h为0.55m ?由公式,=(C×t12XH) : (0.3X9.64/2X0.55)-6.9 式中C=0.3m/ns(光速) (2)图5是宁杭线东庐山隧道进口段仰拱检测雷达图形,仰拱设计强度等 级C20,图中显示该处为过轨钢管,利用此处对相对介电常数进行标定,从雷达 图形上可以读出过轨钢管顶面雷达波双程旅时t=7.82ns,埋深为h为0.40m, 由公式可计算出仰拱混凝土相对介电常数. e=(CXt12Xh) = (0.3X7.82/X0.4)2-8.6 式中c=0.3m/ns(光速) 图5过轨钢管检测图 结语 通过上述比对试验,采用地质雷达检测混凝土质量时,应充分考虑混凝土 强度,龄期,含水量等因素对测试结果的影响. (1)一般干燥混凝土的相对介电常数6,11之间,对于强度等级在C20以 下的混凝土其相对介电常数e在8,ll之间,对于强度等级在C20及以上的混 凝土其相对介电常数e在6,9之间: (2)影响介电常数的因素很多,但主要是强度和混凝土内自由水,自由水对 电磁波的吸收很大,所以龄期的不同,介电常数差别很大: (3)龄期对混凝土相对介电常数的影响主要表现在初期,随着龄期的增大, 混凝土中的含水量迅速减小,龄期的影响也迅速减小.一般混凝土在7天后 龄期的影响影响变小,所以地质雷达法检测结构混凝土质量应在龄期7天以 ‘匕.l 参考文献 [1]铁路隧道衬砌质量无损检测规程(TB10223—2004). [2]廖振鹏:工程波动理论.