粘结问题是一个很早就引起工程界关注的问题，材料间的良好粘结是保证不同材料共同受力与变形的基本前提．传统检测粘结性能的拉拔试验会对构件造成一定损伤，有时甚至无法进行试验．超声波无损检测 （ＮＤＴ）为检测粘结性能带来了方便，目前，对于数字化超声波检测粘结性能的研究已取得了一定的研究成果．文献［１］采用超声脉冲回波法对铝合金材料的粘结性能进行了检测；文献［２－３］分别采用对侧法讨论了钢筋混凝土结构中钢筋和混凝土界面上由于腐蚀引起的粘结缺陷问题，并与腐蚀试验进行了对比；文献［４－５］考虑了碳纤维布的层数及与混凝土界面的粘结缺陷对碳纤维加固钢筋混凝土结构受弯全过程进行了声学参数分析；文献［６］根据超声波在钢筋中声学参数的变化对钢筋与混凝土的脱粘缺陷进行了研究；文献［７］对受拉作用下钢筋与混凝土在粘结失效前界面处粘结裂缝的变化对超声波振幅的影响进行了研究；文献［８］利用超声波多次衰减法研究并检测了圆筒的筒体与底座粘结强度；文献［９］对纤维－金属层板粘接质量进行了非线性超声评价研究；文献［１０－１１］对金属／ 非金多层粘结结构的粘接质量进行了检测；文献［１２－１３］利用超声波的声时、首波幅度、声速、接收波形及频率等声学参量分别研究了混凝土板底面砂浆层的粘结缺陷和钢管混凝土中混凝土与钢管胶结不良等缺陷，还确定出了缺陷的大小范围及严重程度；文献［１４］利用首波声时法和波形识别法检测了预埋件锚板与混凝土的粘结质量，并建立了缺陷判别方法．ＨＴＣＭ砂浆是一种新型混凝土加固修复材料，与钢筋之间的粘结缺陷研究相对较少，本文开展了超声波评估钢筋与 ＨＴＣＭ 砂浆粘结性能的研究．

１ 试验概况

１.１ 试件设计与制作

为了考察不同钢筋类型和粘结初始空洞缺陷对粘结性能的影响，根据混凝土结构试验标准附录中粘结性能试验方法进行试件设计．本试验分 Ａ，Ｂ 两组，每组 ４ 个，共 ８ 个试件，其中 Ａ，Ｂ 分别代表圆钢ＨＰＢ２３５ 和螺纹钢 ＨＲＢ３３５．每组中设计 ４ 个试件，Ａ－１（Ｂ－１）代表无缺陷，Ａ－２ （Ｂ－２）代表缺陷长度为３５ ｍｍ，Ａ－３（Ｂ－３）代表缺陷长度为 ７０ ｍｍ，Ａ－４（Ｂ－４）代表缺陷长度为 １０５ ｍｍ．各试件均由 ＨＴＣＭ砂浆料制作，水灰比 １ ∶ ４，密度 ２ ０００ ｋｇ ／ ｍ３，自然养护 ２８ ｄ，抗压强度 ６２ ＭＰａ．试件尺寸１５０ ｍｍ×１５０ ｍｍ×１４０ ｍｍ，所用钢筋直径均为１２ ｍｍ，长４００ ｍｍ．为了固定钢筋，使钢筋位于水泥基材料中心，做成带孔木板，在浇筑前放进模具的底部，木板厚 １０ ｍｍ．钢筋与水泥基材料粘结处的脱离模选用的是多孔软泡沫，考虑到泡沫的压缩性，厚度选为 １５ ｍｍ．制作时采用１５０ ｍｍ×１５０ ｍｍ×１５０ ｍｍ 模具．并对每个试件选择１８ 个点进行测试，共 １４４ 个测点．各组试件通过人工干预使粘结性能有所不同．为了考察人工模拟缺陷对材料粘结性能影响，两组中均保留了完全粘结的试件做对比．最后通过拉拔试验检测了试件的力学性能．试验中所用到的具体试件见图 １（Ａ、Ｂ 代表组号，１、２、３、４ 代表该组试件编号，ａ、ｂ 代表试件的两个相邻侧面），试件参数见表１．

采用从上到下的方式，通过布尔运算得到所需的模型，对模型用 ＧＬＵＥ 命令进行粘结．为了使波传播计算中，单元在每个步长计算时沿波传播方向的长度小于波长，并考虑计算成本，将单元的大小划分为 ５ ｍｍ． 为保证结果准确性，用扫掠（ＶＳＷＥＥＰ）生成六面体单元，删除钢筋周边相应单元模拟粘结裂缝．模型 ２ 网格划分见图 ５（３ ／ ４模型）．为了使超声波激励在网格节点处并尽量与实际相符，模型中侧面加载节点选取位置见图 ６（共取 ９ 个节点）．在另一个侧面同一位置节点处接收信号．

 

３. ２ 定义求解选项和施加荷载（脉冲信号）

采用完全法瞬态分析．发射波理论上应选择单音频信号，但严格的单音频信号很难产生．为避免发 射 波 频 散 现 象 带 来 的 不 利 影 响， 选 用ＨＡＮＮＩＮＧ 窗调制单音频的窄带信号脉冲作为激励信号．单音频信号经汉宁窗调制后，其信号旁瓣互相抵消，高频干扰和漏能消去，主瓣高，频散现象降低，频谱中能量主要集中于单音频信号频率附近．本文仿真分析中单音频的周期数设定为 １０个，单音频信号频率选择为 ０􀆰 ４５ ＭＨｚ，振幅选为１００ μｍ．加载的时间步长为 ０􀆰 ２５ μｓ， 总加载时间为 ５８ μｓ，通过读取时间差测量出声学参数．

 

3.３ 模拟结果分析

通过 ＰＯＳＴ１ 和 ＰＯＳＴ２６，可得到各模型超声波传播云图及各接收信号处接收到的波形，模型１、２ 各接收信号处所检测的具体声学参数见表 ５．

 

将表中数据进行对比，说明当材料间粘结处有粘结裂缝时，超声波传播所需声速要降低，超声波检测粘结缺陷是可行的

４ 结 论

１）材料间的粘结缺陷的具体位置可以通过超声波检测超声波声速的变化得知．

２）材料间的粘结性能与粘结缺陷是存在内在规律的，通过检测材料间的粘结缺陷可以评价材料间的粘结强度等力学性能

参考文献

［１］ ＴＡＴＴＥＲＳＡＬＬ Ｈ Ｇ． Ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｐｕｌｓｅ⁃ｅｃｈｏ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｓａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，１９７３，６（７）： ８１９－８３２．

［２］ ＹＥＩＨ Ｗ， ＨＵＡＮ Ｒ． Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｄａｍａｇｅ ｉｎｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｅｍｂｅｒｓ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ ［ Ｊ ］．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９８，２８（７）：１０７１－１０８３．

［３］ ＬＩ Ｄｏｎｇｓｈｅｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｓｈｕａｉｆａｎｇ， ＹＡＮＧ Ｗｅｉ， ｅｔ ａｌ．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｇｕｉｄｅｄ ｗａｖｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓ，２０１４，２０１４： １－９．

［４］ ＹＵＮ Ｈ Ｄ， ＣＨＯＩ Ｗ Ｃ， ＳＥＯ Ｓ Ｙ． Ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｄａｍａｇｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｗｉｔｈ ＣＦＲＰ ｓｈｅｅｔｓ ［ Ｊ ］． ＮＤＴ＆ＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２０１０，４３ （７）：６１５－６２８．

［ ５ ］ ＬＥＥ Ｊ Ｋ， ＬＥＥ Ｊ Ｈ． Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎｄａｍａｇｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｓｈｅｅｔ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ［ Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，２００２，５８：１３９－１４７．

［６］ ＬＩ Ｄｏｎｇｓｈｅｎｇ， ＲＵＡＮ Ｔａｏ， ＹＵＡＮ Ｊｕｎｈｕｉ． Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｇｕｉｄｅｄ ｗａｖｅ ｎｏｎ⁃ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［ Ｊ ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｈｉｎａ⁃Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｉｅｎｃｅｓ， ２０１２， ５５（１０）： ２８９３－２９０１．

［７］ ＲＵＣＫＡ Ｍ， ＷＩＬＤＥ Ｋ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ［ Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｅｖａｌｕｔｉｏｎ，２０１３， ３２：３７２－３８３．

［８］ 张路根．粘结强度超声波检测技术研究［ Ｊ］． 无损探伤，２０１０，３４（２）：１３－１７．

［９］ 陆铭慧，祝婧．纤维－金属层板粘接质量的非线性超声评价研究［Ｊ］．粘接，２０１３（１１）：３８－４２．

［１０］徐猛，李宇涛，徐彦霖，等．粘接层厚度对粘接质量超声检测的影响分析［Ｊ］． 兵器材料科学与工程，２００８，３１（３）：６２－６５．

［１１］ 李明轩． 粘接质量超声检测研究［ Ｊ］． 应用声学，２００２， ２１（１）：７－１２．

［１２］童寿兴．混凝土板底面砂浆粘结质量超声波检测技术［Ｊ］．建筑材料学报，１９９９，２（１）：６９－７２．

［１３］林维正，秦效启，陈之毅，等．方形钢管混凝土超声波检测技术［Ｊ］． 建筑材料学报，２００３，６（２）：１９０－１９４．

［１４］伋雨林，李宗成，王林今．超声波法检测预埋件锚板与混凝土的粘结质量［Ｊ］． 建筑技术，２００４，３５（４）：２４８－２５０．

［１５］ＣＥＣＳ２１：２０００ 超声波检测混凝土缺陷技术规程［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０００：１－２０．