混凝土缺陷探测：冲击回波法

冲击回波法是通过冲击方式产生瞬态冲击弹性波并接收冲击弹性波信号,通过分析冲击弹性波及回波的速度、波形和主频频率等参数变化,判断混凝土结构的厚度或内部缺陷的方法。 冲击回波法可采用单点式、扫描式对混凝土缺陷进行检测,但不宜在有机械振动和高振幅电噪声干扰环境下采用,环境温度宜为0 ~40 ℃。

1)仪器设备

①冲击回波仪应符合下列要求:

a.冲击器应根据检测构件的厚度配备产生不同冲击频率的钢球型冲击器或电磁激振的圆柱形冲击器。

b.冲击回波仪应根据不同的测试对象选择适当的冲击方式。

c.接收传感器应为能测量表面振动的高性能宽频带接收传感器,可为位移传感器或加速度传感器,工作频率带宽宜为800 Hz~100 kHz。

d.数据采集仪应具备信号放大功能,采集通道增益应可调;宜配有双通道或更多通道数据采集卡,采集卡电压范围和电压分辨率应该与传感器、放大器的输出相匹配。 采集仪参数应符合表11.8 要求。

表11.8　采集仪技术参数要求

e.采集及分析软件应可实时显示每次冲击时传感器的输出信号,包括相对应的时间和电压的读数,且具有时间域窗口选择、数字滤波、时域分析、频率幅值谱(FFT)分析功能,宜具有三维图形等分析功能。

f.连接电缆和接头应紧密,电缆应具有屏蔽层。

②其他:毛刷或扫帚等。

2)准备工作

①调查、收集检测项目的相关资料。

②制订检测方案,包括具体测试方法、步骤、数量、位置及进度,测区划分、测线布置,安全、文明及环保措施。

③检测前对仪器设备进行状态核查。

3)测试步骤

①根据检测对象调试数据采集系统,正确设置采集系统参数。

②冲击回波测试结构或构件缺陷前,各测区混凝土表观波速测试。

③采用单点式冲击回波检测系统检测时,按下列要求进行:

a.测区选择:对于尺寸较小的结构或构件,不宜少于3 个测区;对于尺寸较大的结构构件,可按高程等将构件的某个区域作为一个测区,不宜少于6 个测区,且测区应具有代表性,覆盖怀疑存在内部缺陷的区域。(www.xing528.com)

b.测点布置:每一测区测点布置可选取等间距方式布置测点,一般布置10 个测点,不应少于6 个测点。

c.标明构件的测点和测区编号和位置。

d.使传感器与混凝土面间耦合,接收传感器应置于测点上。 当冲击装置冲击混凝土表面时,冲击点位置与传感器的间距、测点或测区中的测线距构件边缘间距小于设计厚度的40%;传感器和冲击器应位于沟槽或表面裂缝同侧。

④采用扫描式冲击回波检测系统检测时,按下列进行:

a.测区的布置:要求与单点式相同。

b.测线的位置和测线网格的疏密:考虑预估缺陷的位置、大小等因素,对于预应力混凝土构件,还应考虑预应力管道的走向,对于隧道衬砌背后注浆缺陷,宜沿隧道纵向与环向分别布置测线进行检测。 测线的布置应位于沟槽或表面裂缝的同侧。 测区中的测线距构件边缘间距不小于所测构件实际厚度的30%。

c.移动扫描器:紧贴混凝土表面匀速滚动,移动速度不大于0.1 m/s。

⑤观察时域曲线和振幅谱图的波形变动情况,保存有效波段和振幅谱,必要时应进行复测。

4)数据处理与判断

①确定与构件厚度对应的频域曲线主频率峰值f(Hz):构件测试区域平面内选取3 个部位,每个部位应测试3 个以上测点。 在波形有效的情况下,分析出各有效主频峰值,各有效主频峰值与平均值的差小于规定值。 振幅谱图中构件厚度对应的主频峰值f 为各测点有效主频峰值的平均值。

②分析有效波段的振幅谱图,从振幅谱图中找出实测主频峰值,与计算主频峰值进行比较。 对于主频峰之外的频率峰应结合检测结构构件形状、钢筋直径、保护层厚度、管线布设情况、预埋件位置等情况综合分析判断,确定出内部缺陷位置。

③若测试系统具备三维图、厚度-距离图分析功能,可结合测试系统的三维图、厚度-距离图分析振幅谱图中的典型频率峰。

a.当振幅谱图中只有单峰形态且主频率峰值与f 接近时,若厚度-距离图显示构件厚度值随测试的距离无明显变化,则可判定混凝土密实。

b.当振幅谱图中主频峰数值与f 相差较大、振幅谱中频率峰呈不对称双峰或多峰形态、且设计构件厚度对应的峰值的特征频率值向低频移动时,可判定混凝土内部有缺陷。

c.若实测波形信号复杂,波动衰减极其缓慢,无法对其进行准确分析与评价,宜结合其他检测方法进行综合测试,对于判别困难的区域,可采取成孔或钻芯进行核实。

d.内部缺陷位置估算值按下式进行计算:

式中　T——厚度计算值,m,精确至0.001 m;

vp——混凝土表观波速,m/s,精确至1 m/s;

f——振幅谱图中缺陷波峰对应的频率值,Hz,精确至0.1 Hz。