粘結問題是一個很早就引起工程界關注的問題，材料間的良好粘結是保證不同材料共同受力與變形的基本前提．傳統檢測粘結性能的拉拔試驗會對構件造成一定損傷，有時甚至無法進行試驗．超聲波無損檢測 （ＮＤＴ）為檢測粘結性能帶來了方便，目前，對于數字化超聲波檢測粘結性能的研究已取得了一定的研究成果．文獻［１］采用超聲脈沖回波法對鋁合金材料的粘結性能進行了檢測；文獻［２－３］分別采用對側法討論了鋼筋混凝土結構中鋼筋和混凝土界面上由于腐蝕引起的粘結缺陷問題，并與腐蝕試驗進行了對比；文獻［４－５］考慮了碳纖維布的層數及與混凝土界面的粘結缺陷對碳纖維加固鋼筋混凝土結構受彎全過程進行了聲學參數分析；文獻［６］根據超聲波在鋼筋中聲學參數的變化對鋼筋與混凝土的脫粘缺陷進行了研究；文獻［７］對受拉作用下鋼筋與混凝土在粘結失效前界面處粘結裂縫的變化對超聲波振幅的影響進行了研究；文獻［８］利用超聲波多次衰減法研究并檢測了圓筒的筒體與底座粘結強度；文獻［９］對纖維－金屬層板粘接質量進行了非線性超聲評價研究；文獻［１０－１１］對金屬／ 非金多層粘結結構的粘接質量進行了檢測；文獻［１２－１３］利用超聲波的聲時、首波幅度、聲速、接收波形及頻率等聲學參量分別研究了混凝土板底面砂漿層的粘結缺陷和鋼管混凝土中混凝土與鋼管膠結不良等缺陷，還確定出了缺陷的大小范圍及嚴重程度；文獻［１４］利用首波聲時法和波形識別法檢測了預埋件錨板與混凝土的粘結質量，并建立了缺陷判別方法．ＨＴＣＭ砂漿是一種新型混凝土加固修復材料，與鋼筋之間的粘結缺陷研究相對較少，本文開展了超聲波評估鋼筋與 ＨＴＣＭ 砂漿粘結性能的研究．

１ 試驗概況

１.１ 試件設計與制作

為了考察不同鋼筋類型和粘結初始空洞缺陷對粘結性能的影響，根據混凝土結構試驗標準附錄中粘結性能試驗方法進行試件設計．本試驗分 Ａ，Ｂ 兩組，每組 ４ 個，共 ８ 個試件，其中 Ａ，Ｂ 分別代表圓鋼ＨＰＢ２３５ 和螺紋鋼 ＨＲＢ３３５．每組中設計 ４ 個試件，Ａ－１（Ｂ－１）代表無缺陷，Ａ－２ （Ｂ－２）代表缺陷長度為３５ ｍｍ，Ａ－３（Ｂ－３）代表缺陷長度為 ７０ ｍｍ，Ａ－４（Ｂ－４）代表缺陷長度為 １０５ ｍｍ．各試件均由 ＨＴＣＭ砂漿料制作，水灰比 １ ∶ ４，密度 ２ ０００ ｋｇ ／ ｍ３，自然養護 ２８ ｄ，抗壓強度 ６２ ＭＰａ．試件尺寸１５０ ｍｍ×１５０ ｍｍ×１４０ ｍｍ，所用鋼筋直徑均為１２ ｍｍ，長４００ ｍｍ．為了固定鋼筋，使鋼筋位于水泥基材料中心，做成帶孔木板，在澆筑前放進模具的底部，木板厚 １０ ｍｍ．鋼筋與水泥基材料粘結處的脫離模選用的是多孔軟泡沫，考慮到泡沫的壓縮性，厚度選為 １５ ｍｍ．制作時采用１５０ ｍｍ×１５０ ｍｍ×１５０ ｍｍ 模具．并對每個試件選擇１８ 個點進行測試，共 １４４ 個測點．各組試件通過人工干預使粘結性能有所不同．為了考察人工模擬缺陷對材料粘結性能影響，兩組中均保留了完全粘結的試件做對比．最后通過拉拔試驗檢測了試件的力學性能．試驗中所用到的具體試件見圖 １（Ａ、Ｂ 代表組號，１、２、３、４ 代表該組試件編號，ａ、ｂ 代表試件的兩個相鄰側面），試件參數見表１．

采用從上到下的方式，通過布爾運算得到所需的模型，對模型用 ＧＬＵＥ 命令進行粘結．為了使波傳播計算中，單元在每個步長計算時沿波傳播方向的長度小于波長，并考慮計算成本，將單元的大小劃分為 ５ ｍｍ． 為保證結果準確性，用掃掠（ＶＳＷＥＥＰ）生成六面體單元，刪除鋼筋周邊相應單元模擬粘結裂縫．模型 ２ 網格劃分見圖 ５（３ ／ ４模型）．為了使超聲波激勵在網格節點處并盡量與實際相符，模型中側面加載節點選取位置見圖 ６（共取 ９ 個節點）．在另一個側面同一位置節點處接收信號．

 

３. ２ 定義求解選項和施加荷載（脈沖信號）

采用完全法瞬態分析．發射波理論上應選擇單音頻信號，但嚴格的單音頻信號很難產生．為避免發 射 波 頻 散 現 象 帶 來 的 不 利 影 響， 選 用ＨＡＮＮＩＮＧ 窗調制單音頻的窄帶信號脈沖作為激勵信號．單音頻信號經漢寧窗調制后，其信號旁瓣互相抵消，高頻干擾和漏能消去，主瓣高，頻散現象降低，頻譜中能量主要集中于單音頻信號頻率附近．本文仿真分析中單音頻的周期數設定為 １０個，單音頻信號頻率選擇為 ０􀆰 ４５ ＭＨｚ，振幅選為１００ μｍ．加載的時間步長為 ０􀆰 ２５ μｓ， 總加載時間為 ５８ μｓ，通過讀取時間差測量出聲學參數．

 

3.３ 模擬結果分析

通過 ＰＯＳＴ１ 和 ＰＯＳＴ２６，可得到各模型超聲波傳播云圖及各接收信號處接收到的波形，模型１、２ 各接收信號處所檢測的具體聲學參數見表 ５．

 

將表中數據進行對比，說明當材料間粘結處有粘結裂縫時，超聲波傳播所需聲速要降低，超聲波檢測粘結缺陷是可行的

４ 結 論

１）材料間的粘結缺陷的具體位置可以通過超聲波檢測超聲波聲速的變化得知．

２）材料間的粘結性能與粘結缺陷是存在內在規律的，通過檢測材料間的粘結缺陷可以評價材料間的粘結強度等力學性能

參考文獻

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