介绍
混凝土分层和钢筋脱粘是钢筋混凝土结构中*常见的缺陷类型，形成这些缺陷的主要原因是由于可溶性氯化物的存在导致钢筋腐蚀或者是结构的超载。钢筋的腐蚀首先会在钢筋周围形成一层锈层,这将导致钢筋和混凝土之间失去粘合力 (脱粘)。之后这种锈层的体积膨胀会引发内部裂缝,然后发展并与相邻钢筋的裂缝相连,形成所谓的混凝土分层。关于超载一旦钢/混凝土界面处的剪应力大于剪切强度,混凝土和钢筋之间就会发生相对滑动。
无论形成原因如何,分层和钢筋脱粘*终都会降低钢筋混凝士结构的完整性并影响其承受外加载荷的能力。由于以下原因,这些类型的缺陷已得到深入研究。如果存在任何缺陷,他们通常希望知道结构中的所有类型的缺陷。其次,从经济的角度来看,及与发现结构中的缺陷将有助于业主确定*具成本效益的维护措施。例如虽然特定桥面板内的活动钢筋腐蚀并不表示即将发生桥梁倒塌,但了解其存在将有助于相应的维保单位确定对该桥面板*合适的维修行动/计划。
各种无损检测(NDT)方法已被开发并用于检测钢筋混凝结构中的分层和钢筋剥离。它们包括探地雷达(GPR)、冲击回波(IE)或超声波阵列技术。这些技术中的每一种都有优点和局限性。
（一）关于探地雷达
由于近距离反射信号的破坏性干扰,探地雷达难以检测到薄的充气分层;或者由于密集钢筋和后墙边界之间的信号衰减和混合波形,它很难检测到深层分层。
（二）关于冲击回波（IE）方法
虽然它可以提供混凝土分层的指示,但无法在 2D 或 3D 空间中准确地可视化此类缺陷，也无法区分钢筋/混凝士剥离的情况。
（三）关于超声波阵列成像方法
常用的设备是内置基于合成孔径聚焦技术(SAFT)的A1040 MIRA 超声波断层成像仪设备。此设备可以提供混凝士分层的清晰可视化,但也较难准确检测钢筋与混凝士剥离，只有在程度较大的情况下可视。
SH-FWI与SAFT技术的成像对比
使用完整记录的全波形反演 (FWI)是一种很有前途的高分辨率混凝士结构缺陷检测方法。FWI算法也已应用于从毫米到分米的更小尺度的 NDT以及混凝桥台和梁板的成像。
二维SH-FWI方法应用于超声波场以检测混凝士结构中的分层和钢筋脱粘，超声波数据是使用混凝土三维超声波成像仪(A1040 MIRA)收集的，该设备使用干点接触(DPC)传感器。选择这种便携式设备是因为它操作方便，并且收集到的波形数据中含有丰富的超声信息。该方法的能力在预制混凝土板上进行了检验,其中包括各种严重程度的钢筋、人工分层和钢筋剥离，SH-FWI结果也与传统的合成孔径聚焦技术(SAFT)进行了比较。
与SAFT成像技术相比SH-FW方法的主要优势在于SH-FWI可以提供毫米分辨率的材料持性(密度和 Vs) ,用于结构完整性、损坏和耐久性的综合评估。知道密度和 Vs 后，可以计算剪切模量以用于后续工程分析 (混凝士强度、应力-应变、载荷-变形)。更重要的是SH-FWI可以表征高速和低速异常以评估恶化程度。SAFT成像技术只能提供反射图像，无法区分高速和低速物体。值得注意的是SAFT合成孔径技术方法需要的计算时间要少得多。因此它仍然是实时检测的有效且稳健的方法。
二维SH-FWI成像算法是用 MATLAB 编写的，该方法包括使用二维弹性 SH 波方程的正演建模和使用带有 Tikhonov 正则化的伴随状态方法的模型更新。通过迭代模型更新,在测试域中提取材料属性 Vs 和质量密度。
图 1 混凝土板模型、成品板、用于数据采样的俯视图及侧视图
下图为SH-FWI成像算法与SAFT成像算法的比较：
图2 三维视图对比：密度波速反演
图 3 平面图对比：密度波速反演
图 4 A1040 MIRA 超声波断层成像仪成像视图
总结：
该方法在具有人工分层区域和钢筋脱粘的预制混凝士板上进行了评估，超声波SH波数据集由A1040 MIRA超声波断层成像仪收集并分析以构建 2D 横截面,然后将其组合成 3D 表示该方法可以表征所有四种分层，具有准确的深度 (65和130毫米)和尺寸 (100X150和 250X150毫米)以及钢筋剥离与基于A1040 MIRA超声波断层成像仪的软件无法识别钢筋剥离相比，SH-FWI可以清楚地区分钢筋剥离部分和常规钢筋部分。这是因为脱粘钢筋和普通钢筋的反射通常具有相似的**幅度（振幅）但不同的相位(或幅度符号)。与 SAFT 在构建图像时使用**量级不同,SH-FWI分别匹配正负量级,因此能够区分普通钢筋和脱胶钢筋。虽然SH-FWI方法需要更多的计算机时间来处理数据,但它是对混凝士结构进行有针对性的深入检查的有效工具。该方法可以提供高分辨率的材料特性 (密度和 Vs) ，用于结构完整性、损伤和耐久性的综合评估,以及后续的工程分析,如混凝土强度(模量)、应力-应变和荷载-变形行为。
产品链接：A1040 MIRA超声波断层成像仪
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