Cscan声波散射成像技术：大体积混凝土结构质量无损检测有新招！
时间：2022-09-05 阅读：1060
大体积混凝土结构是桥梁工程、建筑工程、水利工程等现代土木工程中的重要结构，其体积大、施工难度高、水泥水化热难以控制、内部受力复杂，内部经常出现施工冷缝、不密实甚至空鼓等缺陷，需要采取适当的检测方法对其进行检测。
大体积混凝土体积大，常规混凝土无损检测方法如超声回弹法、冲击回波法、雷达法等对其不适用，而钻芯法等有损检测方法难以对大体积混凝土构件进行整体评价。声波CT法在交通和水利行业已得到相对成熟的应用，但声波CT法需要至少两个可测面，才能整体评价大体积混凝土的质量。
Cscan技术的基本原理及特点
Cscan现场采集
Cscan混凝土检测设备如图2所示
图2 Cscan混凝土检测设备
Cscan数据处理
滤波是散射数据处理中最为重要的环节之一，行之有效的是以下3种二维滤波技术：F-K、T-P与双曲Radon变换。其相互之间的关系如图4所示（τ为斜率；p为截距；ω为角频率；v为波速）。
前两种技术是线性滤波技术，功能类似，都是根据视速度差异滤除直达波、面波等具有线性走时特征的信号干扰。双曲Radon滤波技术功能更加强大，除了能滤除线性走时的干扰波，还可以滤除多次波，是常用的滤波方法。利用双曲Radon变换，将时间-空间域原始信号转变成时间-波速域数据，再根据混凝土波速确定滤波参数（一般大于2000 m/s），最后进行双曲滤波。现场采集混凝土内反射波/散射波的原始信号及双曲滤波后的信号如图5和图6所示。
图7 混凝土构件的二维波速扫描结果界面
工程解释要点
Cscan技术得到的结果是空间域的偏移图像与波速图像。偏移图像是对混凝土构件内部不均匀性界面的弹性波阻抗差异大小的成像。偏移图像的工程解释遵循如下原则：
1
偏移图像内的红蓝条纹表示混凝土内存在波阻抗差异界面。条纹数量少，表示结构均匀，条纹多表示结构均匀性差。条纹的位置就是混凝土内界面的位置，条纹颜色越深，表示波阻抗差异越大。
2
红色条纹表示正反射，说明相比于界面上部介质，下部介质的波阻抗高，波速大，密实性好，弹性模量高，刚性强。
3
蓝色条纹表示负反射，说明对应界面下部介质相比于上部介质，其波阻抗低，波速低，密实性差，弹性模量低，刚性弱。
4
组合的蓝红条纹表示条纹部位混凝土不均匀、欠密实。
现场应用及验证
储罐基坑混凝土测线偏移图像如图9所示，分析图9可得到以下结论：
1
出现在水平距离为0~7米与89~96米，深度为3.8米附近和水平距离为7~89米，深度为4.3米附近的黄色条纹是基坑混凝土结构的底部界面。
2
混凝土底部界面清楚，中部厚约4.3米，两侧减薄，厚度与设计值基本一致。
3
水平距离为0~28米，深度为2.5~4.0米处存在断续的红、蓝条纹，表明混凝不均匀，存在结构差异较大的界面。推断或为骨料粒度过大、或为振捣不足所致。
储罐基坑混凝土剖面波速图像如图10所示。分析图10可得到以下结论：
1
剖面内混凝土波速为1900~3700 m/s，均匀性较差；现场分几个位置进行浇筑，浇筑的位置波速高，上下均匀，浇筑位置间的混凝土波速较低（1900 m/s），以深蓝色表示。
2
水平距离为45~55米的中心范围内，从上到下混凝土波速偏高，达2800~3700 m/s。
3
水平距离为0~28 m处，波速差异大，表示混凝土欠均匀，离散度较大，与偏移图像得到的结论一致。
为验证检测结果，在水平距离为3米处钻取芯样，芯样长度为2.9米，如图11所示。该芯样整体质量较好，但芯样在距表面2.53米处断为两截，且在2.53~2.90米深度范围内存在小气孔和垂直状裂缝，与Cscan检测的结果基本一致。
结语