评估基于无损检测的条件更换修复混凝土和Mahalanobis-Taguchi系统
渡边捷昭武
绚香Nouchi2,- 1土木与环境工程学系教师科技,德岛大学,日本德岛
- 2创建新业务规划部门业务部门,三井住友建设有限公司,有限公司,日本东京
在日本,很多基础设施建造在过去的50年里,这样的基础设施和维护是很重要的。修复和改造混凝土构件恶化已成为常见的地方。与此同时,re-deterioration修复混凝土已成为关注的成员。防止re-deterioration修复的具体成员,重要的是要评估的质量和维修条件,除了濒死经历的使用。因此,评估的条件更换修复混凝土标本,超声波测试,impact-echo测试和冲击试验机械阻抗测量应用。此外,数据的无损检测由Mahalanobis-Taguchi系统集成(MT系统)。太系统是一个信息处理系统模式识别所倡导的工程质量。从结果,阐明了太Mahalanobis距离计算的方法可以成功地评估更换修理标本的条件。
1介绍
目前,许多混凝土结构的维护是一个重要的社会问题在发达国家。在日本,混凝土结构的维修收入和结构修理或钢筋的数量一直在增加。欧洲混凝土修复标准EN 1504有资格,ACI562-16绳(BS EN 1504 1, 1504);(ACI代码- 562 - 16)。在实验室里,附着力的扯下测试,以评估修复材料广泛应用(在1542年,1542年)。
另一方面,非破坏性测试方法评估性能修复尚未建立了现场测试,目视检查和确认的主要方法。为了解决这些问题,TC 269 -我:损失评估考虑修复/ Retrofit-Recovery混凝土和砌体结构通过创新建立了无损检测在RILEM (RILEM TC 269,我2016),研究有效的非破坏性测试目前正在使用。的无损检测方法综述了混凝土结构和砌体结构评估(麦肯和福德,2001);(拉赫曼et al ., 2016),战略提出了使用无损检测(阿兰尼人et al ., 2014)。弹性波方法应用于评估债券条件的修复(林和Sansalone, 1996年);(林et al ., 1996);(桑托斯et al ., 2010);(Garbacz 2015);(Garbacz et al ., 2017)和修复裂缝评价(Aggelis Shiotani, 2007);(Zoidis et al ., 2013)。
有维修所需的各种技术,重要的是要评估这些使用多个非破坏性测试的结果来评估修复质量。因此,在这项研究中,我们关注的是太系统,这是一种模式识别方法。这太Genichi田口博士提出的系统方法和基本理论是田口和Jugulum(所示田口和Jugulum, 2000)。它已经表明,这种方法提供了一个高精度的歧视与少量的数据(香港et al ., 2007)。在土木工程领域,据报道是适用于钢筋腐蚀的判断(福山et al ., 2012),评价道路质量(王et al ., 2018),评估性能恶化的混凝土梁(哈比卜et al ., 2020)和鲁棒性监测桥梁(金正日et al ., 2013)。
在这项研究中,作者决定更换维修的质量评估方法,进行标本进行实验。完整性、表面密度和强度修理过的标本被impact-echo估计法,超声波法,分别和机械阻抗方法。然后使用MT方法,这是太系统的基本方法之一,修复效果评价由Mahalanobis距离,这是一个集成了多个项目的规模。应用MT方法的实用性评价修复效果研究。
2实验标本
2.1标本
11个类型的移动标本测量100毫米×100毫米×400毫米。切口宽度为100毫米,100毫米的长度和深度30 - 70毫米中心的试样。多孔混凝土打入切口模拟缺陷是由于施工缺陷。多孔混凝土的老化是3天后基础混凝土棱柱。图1展示了程序的标本。图2显示了一个样本表1显示了类型的标本和缺陷特征。图3显示了标本的照片。
图1。程序的标本。
图2。标本的形象。
表1。类型的标本和修复的性质。
图3。的照片的一个移动标本与多孔音乐会在切口和修复后的PCM。
基础混凝土和多孔混凝土用混凝土缺陷都是使用相同的收集。多孔混凝土基础混凝土是由湿法筛分。澄清的差异响应完整的混凝土部分,设计多孔混凝土的孔隙度将约为20%。试样的固化方法是水治愈20°C,和基础混凝土治愈一个14天的时代,在一个房间,然后用空气处理20°C。混凝土的混合比例所示表2所示,使用的材料的物理性质表3。
表2。混凝土的混合比例。
表3。物理性能的材料。
2.2样本的修复方法
的修复有缺陷的部分,贴和更换修复方法被采用。横截面的修复材料,水泥的不缩水的迫击炮和聚合物水泥砂浆(PCM)。不收缩的砂浆包含膨胀剂和减代理治愈时,不缩水。聚合物水泥砂浆是一种砂浆混合制成的水泥、细骨料与聚合物分散或乳化粉状树脂。
所示的材料说明表3。当使用PCM修复时,引物的情况下治疗和pre-wetting被检查的情况。
三种修复方法如下:情况只有表面修复不排除有缺陷的部分,如果有缺陷的部分刮掉,内部和表面修复,并没有修复的情况。表面修复了25毫米宽比有缺陷的部分。修复后,试样被潮湿的密封治愈。
2.3抗压强度试验和弯曲试验
2.3.1基础混凝土抗压测试
抗压强度测试是按照JIS 1108使用圆柱试样φ100毫米×200毫米。试样的制备基础混凝土放置时,和养护方法是一样的棱镜的标本。进行了压缩试验三次使用标本相同的混凝土混合物。第一个测试之前进行了修复。第二个和第三个是后3日和28日维修材料已经准备和治愈。
2.3.2维修材料抗压试验
抗压强度测试是按照JIS 1171使用一个移动测试块40×40×160毫米。试样的制备时修复部分有缺陷的试样。养护方法是密封固化在湿状态。进行了强度试验后3日和28日维修材料已经准备和治愈。
3非破坏性试验的评价修复效果
3.1 Impact-echo方法
impact-echo方法是由多个反射法评估内部的填充标本。影响点网格的交点所示每隔25毫米图4一,9分左右完整的零件和缺陷修复部分。一个钢球直径8毫米用于激发的弹性波。很小的加速度计(测量的频率范围:4 Hz-20千赫)被用来获取产生的响应信号的影响。测量的采样时间是20μ秒,采样的数量是4096,五支安打和历史的时间响应都会被记录在个人电脑。历史记录时间响应波形是FFT变换,以及频谱收购。弹性波速度进行了计算
图4。测量分无损检测。
在这里,Vp弹性波速度(米/秒),f0是占主导地位的频率(赫兹),l标本高度(米)。
3.2超声波测试方法
为了评估修复表面的完整性,超声波速度是衡量使用手持式超声波测量仪。这个设备不需要接触媒介将发射机/接收机测量期间密切接触,不需要外部电源。因此,超声波速度可以轻松地测量。
表4显示了测量设备的规格。传输和接收探头之间的距离是150毫米,和测量超声波纵向波传播。超声波速度测量线所示图4 b。完整的部分,有缺陷的部分,和修复部分进行测试。测量了三种调查行考虑的超声波速度的变化由于试样的表面纹理,和三行调查的平均值作为测量值。
表4。超声测量的规范。
3.3机械阻抗方法
机械阻抗法是一种测试方法,锤附带一个加速度计来袭的机械阻抗混凝土表面和措施得到波形。机械阻抗的测量是标准化的日本社会的非破坏性检验的NDIS 3434 - 3 (非破坏性检查标准的日本社会的NDIS 3434 - 3, 2017)。机械阻抗是一个指数表现出混凝土的弹性性质。在这项研究中,一个商业上可用的测量仪器被用来估计强度和完整性的工具。这个设备有一个校准公式得到的机械阻抗和混凝土抗压强度之间的关系,可以预测混凝土的抗压强度。强度指数值(STR价值)和表面恶化指数(INDX值)计算使用突击部队波形。STR值是抗压强度(N /毫米2)估计从索引中单位面积上的弹簧常数的混凝土表面。INDX值的值代表了初始速度的比率,当锤接触混凝土和初速度时击退。如果它是一个完全弹性的身体,变成一个索引值,如果表面恶化,INDX值将是巨大的。锤击点是一样的多次反射法弹性波法的影响。测试每一个点进行一次。测量值的平均值的9分左右健康有缺陷的部件和9分,修复部分。
3.4混凝土含水率测量方法
混凝土的水分在混凝土弹性波传播的影响。因此,表面含水率测量使用高频电容式混凝土/砂浆湿度计。完好无损的测量进行了部分和修复部分考虑到材料的差异,和两个测量的平均值作为测量值。
4结果与讨论
4.1抗压强度的结果
每个材料的压缩试验结果所示图5。这是确认强度会随着年龄的增加。
图5。抗压强度测试的结果。
4.2结果impact-echo
弹性波速度的缺陷和修复部分所示图6。图中还显示了弹性波速度的平均值时28天的完整部分。专注于弹性波速度修复前后的变化,很明显的弹性波速度修复修复标本的一部分增加修复标本。关注修复方法和缺陷深度的差异,这是证实标本修复的缺陷往往有更高的整体弹性波速度比没有移除的标本修复缺陷。
图6。impact-echo弹性波速测量的方法。
在测试块修复没有消除缺陷,修复后恢复的弹性波速度较小的试样与缺陷深度的70毫米比试样的缺陷深度30毫米。这是因为,在多次反射方法的情况下,它显示了平均速度弹性波的传播方向。因此,可以说,70毫米的试样的缺陷深度影响剩下的缺陷。
4.3超声波测试的结果
图7显示了超声波速度修复的横截面(缺陷)。图中还显示了超声波速度的平均值完整的一部分。聚焦超声速度之前和之后的修复,修复后的超声波速度增加修复标本。证实,所有修理标本的超声波速度恢复到水平高于健康部分年龄28天的修复材料。另一方面,在修复的试样没有消除缺陷,速度差异不能被证实,与弹性波法弹性波速度的影响。很难确认内部缺陷的超声波速度的影响。这是由于超声波法测量混凝土表面附近的纵波速度。
图7。结果超声测量的速度。
4.4机械阻抗方法的结果
图8显示了STR修复部分的价值。左轴和条形图显示了STR价值,和正确的轴和图形式显示每个材料的抗压强度。图中还显示了平均修复材料的抗压强度和STR价值的完整部分。证实,STR值,这是一个强度指数,增加修复试样,随着年龄的增长,它倾向于进一步增加。比较STR价值和修复材料的抗压强度,可以说,修复材料修复时的强度估计没有消除缺陷的部分时3天。
图8。STR值由机械阻抗方法之间的关系和力量。
5 Mahalanobis-Taguchi条件和修复质量的评价方法
5.1 Mahalanobis-Taguchi系统和方法
Mahalanobis-Taguchi (MT)系统是一种模式识别的方法和预测由博士Genichi Taguch。太系统,正常状态设置作为参考,并从这个引用是模式的差异量化Mahalanobis距离(田口和Jugulum, 2000)。太系统的主要目的是开发和优化诊断系统和测量尺度分类多元数据(Mota-GutierrezGuadalupe et al ., 2018)。太系统,我们只需要一组观测称为“正常”或“健康”集团获得相关结构和定义的参考点测量量表(田口和Jugulum, 2000)。
太系统之间的关系和评价修复条件所示图9。在图9歧视的,左边的图是一个图像使用Mahalanobis距离太系统,和正确的数字图像修复效果评价的研究。修复的目的是修复退化和恢复良好的性能。因此,在这里,从获得的数据创建一个正常组的声音部分成员,和缺陷的状态评估的距离。随后,修复部分评估时,认为它返回到健康状态的修复。在这项研究中,我们假设复苏可能评估的程度的距离。
图9。关系太系统和评价修复条件。
基于Mahalanobis距离,多维数据转换和单向的评价。在这里,一个正常状态数据组组成的样本,其结果是稳定的被称为“单元空间”,和一个未知的数据组计算Mahalanobis距离及其估计被称为“目标数据”。
MD MT方法计算情商。使用相关系数的逆矩阵。
在这里,DMahalanobis距离(MD),;k是物品的数量,x每一项的值,米是每一项的平均值,σ每一项的标准差,一个ij是一个组件的相关矩阵的逆矩阵。医学博士是一个测量,可以表达是多么相似的构成单元的正常状态空间通过考虑欧几里得距离测量项目之间的相关性。
每个项目对评价的影响程度由MT方法判断获得的创造因素效应图,检查两个层面,在使用和不使用项目使用正交数组。这里,收获时获得的一个值减去SN比不使用每一项的SN比使用每个项目时,如果增益高,可以说,项目对判断很重要。
5.2 MT方法用于评估项目
JUSE-Stat / V5用于评估工作距离根据MT方法。JUSE-Stat作品在日本开发的研究所为了(日本联盟的科学家和工程师)。特征项用于评估以下八项:1)基础混凝土年龄(天),2)表面含水量(%),3)弹性波速度(米/秒),4)振幅峰值频率(mV), 5)振幅区域,6)超声速度(米/秒),7)STR价值,8)INDX价值。在这项研究中,全面评估修复方法的效果,平均价值获得完整的部分和缺陷(修理)部分被用于2)8)。单位空间创建所有49数据的完整零件修复前后的试样。目标数据,30个数据值的修复和缺陷修复前后部分。
5.3 MT方法评价的结果
评价结果的MT方法所示图10。图中传奇的人物,例如,“70 _no-repair_28”意味着缺陷部门,年龄在无损检测测试修复方法和材料。
图10。结果的距离。
专注于医学博士之前的大小没有修理,发现医学是非常大的,明显不同于单元空间的正常状态。此外,MDs排列根据缺陷的深度。这是暗示MDs逐渐不同取决于试样的性质。
接下来,关注的MD修复修复后一部分,70年_pcm-p试样修复没有消除缺陷的MD的试样相比,已经修好了。从这,认识到修复是不够的。修复的MD标本约为5 - 20,和MD明显小于之前修复。这表明修复部分已接近一个健康状态。关于数据的完整的一部分,所有MD值小于4。这些结果表明,医学是一种有效的表达方法修复的效果。
图11显示每一项的影响程度的评价太方法。本研究的范围内,获得弹性波速度是最大的。在更换修复方法中,完整性和填充深度的影响方向是大型和弹性波收购的多次反射方法impact-echo方法。据推测,impact-echo的波速计算方法能够捕获在深度方向上的影响。假设的应用MT方法其他缺陷和修复方法,有用的参数可能会改变的趋势。在未来,由无损检测计划学习更多的有用的东西,如何创建一个单元空间与实际结构的评价。
图11。每一项的影响程度评价的MT方法。
6结论
这一研究获得的结果总结如下。
1)确认,之前和之后的相对评价修复效果IE修复是可行的,但是,和机械阻抗法。
2)从应用测试数据通过各种非破坏性测试MT方法,替代修复的修复效果方法可以表示为正常状态的距离。可以评估质量的修复效果不同的修复方法。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料;进一步询问可以针对相应的作者。
作者的贡献
TW,一个和SN构思的概念研究。TW和开发计划并进行了实验和分析。SN和CH导致的解释结果。TW和起草了原稿。所有作者回顾了手稿和修订草案批判性知识内容。所有作者批准了最终版本的手稿出版。
的利益冲突
一个被三井住友恩波利建设有限公司有限公司
其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
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收到:2022年5月30日;接受:2022年10月27日;
发表:2023年1月05。
编辑:
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