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如何使用探地雷达扫描混凝土?

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在本文中,介绍了该方法的基本原理和优点探地雷达(GPR)将介绍混凝土扫描技术及其与其他混凝土扫描NDT技术的比较。这项技术对建筑行业的承包商和工程师非常有益。

什么是探地雷达?

探地雷达(GPR)技术自20世纪70年代初就已问世。它是一种具有成本效益的、无损的测试,用于从表面扫描和定位嵌入物体。它是混凝土扫描中识别地下缺陷(如空隙和腐蚀)的有用工具。探地雷达有三个主要组成部分。其中两个是必不可少的,即控制台,它是系统的大脑,发起信号并记录响应,天线是产生电磁波信号的地方。第三个是带有轮子的编码器,用于定位精度,它有一个发射器和一个由控制台控制的接收器。

什么是探地雷达

探地雷达在混凝土扫描中的工作原理?

电磁波被送入混凝土表面。这种波会传播到地下,直到由于物理性质的变化而衰减或反弹回来。收集并分析其反射成分。这将生成与其他信号相结合的一维视图,以创建配置文件或3D图像。生成的图像取决于反射回来的能量(也称为反射,R),这取决于声波(波速)和两种重叠材料的磁性之间的差异。它影响下面的材料如何被看到或被上面的材料挡住。这种材料的性质被称为介电常数或它的电磁化率。一般来说,具有高波速的材料具有低介电常数。穿过它们的信号消散得较慢,比如混凝土。相比之下,低波速的材料具有较高的介电常数,通过它们的信号消散得更快。 Air has a dielectric constant of 1, which is lower than concrete. On the other hand, steel has a very high dielectric constant. This is why concrete and air have partial signal reflection while concrete and steel have a total signal reflection, which creates high amplitudes.

探地雷达的优缺点

1.优势

  1. 单个钢筋在扫描中被非常清晰地识别出来。
  2. 空气层或缝隙很容易看到。
  3. 非金属表面涂层对结果无影响。

2.弱点

  1. 在密集的钢筋混凝土或超过钢板的情况下,很难提供良好的结果
  2. 在一个具体的元素中很难识别小的描述或变化。
  3. 穿透新浇筑混凝土的能力有限。

探地雷达在混凝土扫描中的应用

在测试过程中,探地雷达在混凝土单元中产生锥形波,从而产生不同的扫描结果。

a(Amplitude vs. Time)是由于圆锥波在不同位置/时间测量到达时间的图。

B -扫描(振幅vs.时间&路径距离)是黑白颜色为正和负来创建图像的图。这两个扫描是使用Hilbert Transform(振幅的绝对值)等算法迁移的原始视图。这种迁移使双曲线变成球体,在每个深度上都创建现实的部分,这些部分被称为切片。在水平和垂直方向上插入这些切片可以创建一个体(3D图像)。等值面视图可以给出真实的图像。将这些切片图像与原始数据进行比较,以确认和验证物体。

混凝土成像和扫描-探地雷达- 640x480

我们能用探地雷达探测腐蚀吗?

信号反射的质量是腐蚀的一个很好的指示。由于速度快而产生的强反射/高振幅通常表明钢筋有声音或没有问题,但由于波速慢而产生的弱反射/低振幅则表明钢筋有问题,通常是由于腐蚀。这是因为由于腐蚀的影响,混凝土的介电特性增加了(锈/腐蚀的介电常数比混凝土高),从而减缓了削弱反射的波速,降低了振幅。现在更容易在扫描中识别腐蚀的钢筋。计算机辅助的探地雷达剖面的虚拟解释可以帮助创建混凝土元素的腐蚀图。

什么时候应该使用探地雷达?

在进行质量控制或调查时,探地雷达的使用并不总是最佳选择。在使用探地雷达之前需要考虑许多因素,这将有助于确定该方法的成功应用。其中之一是位置、后勤问题和现场条件,这些都可能阻碍GPR的使用。其次是项目的目标;项目目标应该真正由探地雷达的能力来实现。最后,应充分考虑目标的大小、深度、几何形状和方向。侦测水平目标比侦测垂直目标容易。小目标的探测和与地下其他不一致性的区分可能具有挑战性。相比之下,深层目标可能远远超出探地雷达的深度能力。

天线应该是什么类型的?

选择合适天线的最佳实践是使用天线频率来提供最佳分辨率。这意味着它取决于你所使用的应用领域。必须知道的是,更小的天线在更高的频率(800 - 2600 MHz)产生更短的波长和脉冲持续时间,这意味着它只能在浅深度提供更好的分辨率;较大的天线在较低的频率(12.5 - 200 MHz)有较长的波长和脉冲持续时间,这意味着它在更深的深度提供较粗的分辨率。这是什么意思?如果你想用一个大天线来研究一个20厘米厚的混凝土,那么你会对结果感到困惑,因为它不能清楚地定义薄沥青层的变化,这是由于粗糙的分辨率。特别是在混凝土扫描中,最好使用较小的频率较高的天线。

探地雷达扫描

我们如何改进数据收集?

许多因素都可能影响您想要实现的数据收集策略,例如时间、项目站点障碍、所需的可交付成果和实时项目目标。改进数据收集的一种方法是使用网格系统地收集数据。这是为项目创建3D效果图或图像的最佳方式。另一件事是控制你能控制的因素,比如考虑到天气条件(潮湿的表面会迅速减弱信号),选择进行GPR调查的最佳时间,关闭可能干扰GPR无线电频率的手机。

其他的混凝土成像无损检测技术有哪些?

放射学是最早使用穿透辐射获得固体阴影图像的NDT技术之一。它通常用于医疗领域。x射线是一种基于x射线照相技术的NDT技术,能够产生精确的混凝土内部二维图像,具有无与伦比的高分辨率图像。尽管如此,由于其高昂的初始成本、低速度、笨重而昂贵的设备、安全预防措施、高技能人员的要求以及进入结构两侧的需要,其使用受到了限制。它也不能提供深度或厚度估计。

声学成像是另一种类型的混凝土成像,包括使用超声波脉冲回波断层扫描。
超声脉冲回波指的是超声波的使用,它是一种人耳无法察觉的高音调声音。超声脉冲回波是通过将超声波发射到地面,通过层析成像算法记录和解释,重建图像。它可以确定缺陷的位置、高度和大小。此外,它不受增强剂和水分的影响,但对最大骨料尺寸高度敏感,由于表面耦合要求,在大面积内进行耗时。超声脉冲回波技术已与探地雷达一起应用,以解决其在混凝土质量控制中的局限性。(阅读更多关于超声脉冲回波断层扫描

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关于“如何使用探地雷达扫描混凝土?”

  1. 我不知道水平的物体比垂直的物体更容易找到。我认为探地雷达是一项很酷的技术,我很想了解更多关于它的知识。如果能找到一家当地公司在日常实践中使用它,那就很有趣了。

  2. 当你提到很难知道具体细节或小范围的变化时,它有所帮助。我叔叔昨晚向我提到他的朋友正在为他即将到来的项目寻找可靠的公用事业定位服务,并问我是否知道最好的选择是什么。多亏了这篇信息丰富的文章,我一定会告诉他,如果他们咨询一个值得信赖的公用事业定位服务公司,会更好,因为他们可以回答他所有的问题。

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