青藏高原环境下混凝土结构密实性超声无损检测研究

陈正; 陈犇; 逄子超; 吴昌杰

doi:10.6052/j.issn.1000-4750.2022.08.ST07

青藏高原环境下混凝土结构密实性超声无损检测研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.08.ST07

陈正^{1, 2, ,},
陈犇^{1, 2,},
逄子超^{1, 2,},
吴昌杰^{1, 2,}

1.
广西大学土木建筑工程学院工程防灾与结构安全教育部重点实验室，广西，南宁 530004
2.
广西防灾减灾与工程安全重点实验室，广西，南宁 530004

基金项目: 广西杰出青年科学基金项目(2022GXNSFFA035035)；广西重点研发计划项目(GKAB22036007)

详细信息

作者简介:
陈　犇 (1997−)，男，浙江金华人，博士生，主要从事高性能混凝土研究 (E-mail: benchen@st.gxu.edu.cn)

逄子超 (1997−)，男，山东青岛人，硕士生，主要从事混凝土无损检测研究 (E-mail: zichaop@st.gxu.edu.cn)

吴昌杰 (1996−)，男，湖南娄底人，博士生，主要从事混凝土体积稳定性研究 (E-mail: wucj@st.gxu.edu.cn)

通讯作者:
陈　正 (1982−)，男，湖南祁东人，教授，博士，博导，主要从事混凝土性能设计与调控研究(E-mail: chenzheng@gxu.edu.cn)

中图分类号: TU317+.8
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出版历程
- 收稿日期: 2022-08-20
- 修回日期: 2022-11-23
- 网络出版日期: 2022-12-07
- 刊出日期: 2023-06-25

ULTRASONIC NON-DESTRUCTIVE TESTING OF CONCRETE STRUCTURES COMPACTNESS UNDER CIRCUMSTANCES OF QINGHAI-TIBET PLATEAU

CHEN Zheng^{1, 2
, ,},
CHEN Ben^{1, 2
,},
PANG Zi-chao^{1, 2
,},
WU Chang-jie^{1, 2
,}

1.
Key Laboratory of Disaster Prevention and Structural Safety of Ministry of Education, College of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China
2.
Key Laboratory of Disaster Prevention and Structural Safety of Guangxi Province, Nanning, Guangxi 530004, China

摘要

摘要: 青藏高原的环境条件限制常导致混凝土出现密实性缺陷问题，如何对混凝土的密实性缺陷进行精确的无损检测，是保障结构承载力及耐久性的关键。该文结合此前在西藏雅鲁藏布江藏木大桥与广西南宁实地开展的混凝土超声试验结果，基于不同气压下混凝土实体的超声波速计算模型，建立了以气压、水胶比为参数的混凝土实体部分超声波速计算模型；进一步对混凝土在不同孔隙率、缺陷条件、骨料分布情况条件下的超声波速进行了计算分析。揭示了孔隙率及缺陷条件对混凝土超声波速的影响规律及机理。研究了骨料分布占比对混凝土超声检测结果的影响规律，建立了混凝土整体超声波速的多因素计算模型，并提出了基于超声波速的混凝土密实性统计分析方法，可以为实际工程中混凝土结构密实性的超声无损检测结果分析提供理论依据。
- 青藏高原 /
- 超声波速 /
- 无损检测 /
- 混凝土结构 /
- 密实性 /
- 计算方法
Abstract: The environmental conditions of Qinghai-Tibet Plateau lead to the problem of compactness defects in concrete. Accurate non-destructive testing of concrete compactness defects is the key to ensuring the bearing capacity and durability of the structure. In this study, one ultrasonic pulse velocity (UPV) calculation model was established for the concrete entity part with air pressure and water-cement ratio as calculation parameters upon the UPV calculation model of concrete entities under different air pressures and combined with the results of the previous concrete ultrasonic tests carried out on Zangmu Bridge of Yarlung Zangbo River in Tibet and Nanning of Guangxi; and further calculated and analysed the UPV of concrete under the conditions of different porosity, of defects, and of aggregate distribution to reveal the influence regularity and mechanism of porosity and defects on UPV of concrete, to study the influence rule of aggregate distribution proportion on ultrasonic test results of concrete, to establish a multi-factor calculation model for overall UPV of concrete, and to propose a statistical analysis method of concrete compactness based on UPV. It is hoped that this study can provide a theoretical basis for the analysis of ultrasonic non-destructive testing results of concrete structure compactness in practical engineering.
- Qinghai-Tibet Plateau /
- ultrasonic pulse velocity /
- non-destructive testing /
- concrete structures /
- compactness /
- calculation method

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图 1 混凝土内部结构超声传递简图

Figure 1. Schematic diagram of ultrasonic transmission in concrete

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图 2 数值模拟模型示意图　/mm

Figure 2. Schematic diagram of the numerical simulation model

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图 3 $ {v_{\rm s}} $与水胶比相关关系

Figure 3. Correlation between $ {v_{\rm s}}$ and W/B

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图 4 模型及激发快照

Figure 4. Model and snapshots

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图 5 不同孔隙率条件下波形图

Figure 5. Waveforms under different porosity conditions

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图 6 超声波速与孔隙率相关关系

Figure 6. Correlation between UPV and porosity

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图 7 不同缺陷条件下激发快照　/mm

Figure 7. Snapshots under different defect conditions

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图 8 不同骨料占比条件下激发快照

Figure 8. Snapshots under different aggregate proportions

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图 9 超声波速与骨料占比相关关系

Figure 9. Correlation between UPV and aggregate proportion

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表 1 有限元仿真参数列表

Table 1. Parameters used in FE model

参数	值
材料	水泥砂浆
纵波速度/(m·s⁻¹)	3950
密度/(kg·m⁻³)	2050
材料	石灰石
纵波速度/(m·s⁻¹)	4400
密度/(kg·m⁻³)	2610
单元尺寸/mm	1
时间步长/s	0.1×10⁻⁶

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表 2 混凝土配合比^[11]

Table 2. Mix of concrete^[11]

序号	水胶比	水/(kg/m³)	水泥/(kg/m³)	砂/(kg/m³)	碎石(5 mm~20 mm)/(kg/m³)	减水剂/(%)
1	0.30	168	560	712	980	7.5
2	0.33	176	533	712	980	6.0
3	0.36	184	511	712	980	4.5
4	0.39	191	490	712	980	3.5
5	0.42	197	469	712	980	2.5
6	0.45	203	451	712	980	0.0
7	0.48	208	433	712	980	0.0
8	0.51	213	418	712	980	0.0

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表 3 试验结果^[11]

Table 3. Test results^[11]

序号	高原环境			平原环境
序号	孔隙率P/(%)	混凝土整体超声波速UPV/(m·s⁻¹)	绝对密实条件下的固相超声波速$ {v_{\rm s}}$/(m·s⁻¹)	孔隙率P/(%)	混凝土整体超声波速UPV/(m·s⁻¹)	绝对密实条件下的固相超声波速$ {v_{\rm s} } $/(m·s⁻¹)
1	9.96	4935	5342	13.2	4925	5171
2	10.30	4839	5229	18.9	4848	5086
3	13.20	4808	5193	18.9	4789	5022
4	9.84	4768	5146	15.4	4811	5046
5	−	4790	5171	−	4847	5085
6	−	4592	4939	−	4793	5026
7	−	4650	5007	−	4630	4847
8	−	4277	4569	−	4772	5003

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参考文献(12)

[1]	王可怡, 范雁. 无损检测监测技术在广东科学中心的应用[J]. 工程力学, 2010, 27(增刊 1): 286 − 289. WANG Keyi, FAN Yan. Application of undamage detection and monitoring technology in Guangdong science center [J]. Engineering Mechanics, 2010, 27(Suppl 1): 286 − 289. (in Chinese)
[2]	谢文高, 张怡孝, 刘爱荣, 等. 基于水下机器人与数字图像技术的混凝土结构表面裂缝检测方法[J]. 工程力学, 2022, 39(增刊 1): 64 − 70. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S010 XIE Wengao, ZHANG Yixiao, LIU Airong, et al. Method for concrete surface cracking detection based on ROV and digital image technology [J]. Engineering Mechanics, 2022, 39(Suppl 1): 64 − 70. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S010
[3]	ANUGONDA P, WIEHN J S, TURNER J A. Diffusion of ultrasound in concrete [J]. Ultrasonics, 2001, 39(6): 429 − 435. doi: 10.1016/S0041-624X(01)00077-4
[4]	杨娜, 张翀, 李天昊. 基于无人机与计算机视觉的中国古建筑木结构裂缝监测系统设计[J]. 工程力学, 2021, 38(3): 27 − 39. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0263 YANG Na, ZHANG Chong, LI Tianhao. Design of crack monitoring system for Chinese ancient wooden buildings based on UAV and CV [J]. Engineering Mechanics, 2021, 38(3): 27 − 39. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0263
[5]	郑阳, 何存富, 周进节, 等. 超声Lamb波在缺陷处的二维散射特性研究[J]. 工程力学, 2013, 30(8): 236 − 243. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.0181 ZHENG Yang, HE Cunfu, ZHOU Jinjie, et al. 2D scattering characteristics of Lamb wave at defects [J]. Engineering Mechanics, 2013, 30(8): 236 − 243. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.0181
[6]	陈劲, 陈晓东, 赵辉, 等. 基于红外热成像法和超声波法的钢管混凝土无损检测技术的试验研究与应用[J]. 建筑结构学报, 2021, 42(增刊 2): 444 − 453. doi: 10.14006/j.jzjgxb.2021.S2.0052 CHEN Jin, CHEN Xiaodong, ZHAO Hui, et al. Experimental research and application of non-destructive detecting techniques for concrete-filled steel tubes based on infrared thermal imaging and ultrasonic method [J]. Journal of Building Structures, 2021, 42(Suppl 2): 444 − 453. (in Chinese) doi: 10.14006/j.jzjgxb.2021.S2.0052
[7]	陈猛, 贾益铭, 陈耕野, 等. 轴压荷载下钢管钢筋混凝土损伤状态超声检测研究[J]. 工程力学, 2019, 36(10): 172 − 179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0576 CHEN Meng, JIA Yiming, CHEN Gengye, et al. Research on the damage condition of reinforced concrete filled steel tubes under axial load using ultrasonic testing [J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(10): 172 − 179. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0576
[8]	焦敬品, 钟茜, 王炯耿, 等. 窄板中超声导波传播特性试验研究[J]. 工程力学, 2013, 30(7): 255 − 261, 275. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0076 JIAO Jingpin, ZHONG Xi, WANG Jionggeng, et al. On propagation characteristics of guided waves in narrowband [J]. Engineering Mechanics, 2013, 30(7): 255 − 261, 275. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0076
[9]	MALHOTRA V M, CARINO N J. Handbook on nondestructive testing of concrete [M]. 2nd ed. Boca Raton: CRC Press, 2003: 189 − 207.
[10]	YAMAN I O, AKTAN H M, HEARN N. Active and non-active porosity in concrete Part II: Evaluation of existing models [J]. Materials and Structures, 2002, 35(2): 110 − 116. doi: 10.1007/BF02482110
[11]	陈正, 陈犇, 郑皆连, 等. 青藏高原低气压环境下钢管混凝土的核心混凝土密实性评估方法研究[J]. 土木工程学报, 2021, 54(8): 1 − 13. doi: 10.15951/j.tmgcxb.2021.08.002 CHEN Zheng, CHEN Ben, ZHENG Jielian, et al. Methodology on evaluating the compactness of core concrete in CFST serving under low atmospheric pressure over the Qinghai-Tibet Plateau [J]. China Civil Engineering Journal, 2021, 54(8): 1 − 13. (in Chinese) doi: 10.15951/j.tmgcxb.2021.08.002
[12]	LAFHAJ Z, GOUEYGOU M, DJERBI A, et al. Correlation between porosity, permeability and ultrasonic parameters of mortar with variable water/cement ratio and water content [J]. Cement and Concrete Research, 2006, 36(4): 625 − 633. doi: 10.1016/j.cemconres.2005.11.009

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