冲击回波质量检测论文

2022-07-03

摘要:针对质量检测技术在道路工程施工中应用问题,采取实例分析的方法,展开具体的论述,提出质量检测的策略,共享给相关人员参考借鉴。经道路工程实践检验,面向生产新形势和新挑战,积极引入现代化质量检测技术手段,做好每个环节和工序的质量把控,对保障整个工程建造的效益目标实现,起到积极的促进作用。下面小编整理了一些《冲击回波质量检测论文(精选3篇)》,供大家参考借鉴,希望可以帮助到有需要的朋友。

冲击回波质量检测论文 篇1:

冲击回波法在预应力管道压浆质量无损检测中的运用

摘 要:在预应力混凝土梁的制作中,混凝土结构的安全性和可靠性取决于孔道压浆的质量,本文列举了五种常用的检测方法:钻芯取样、超声波、探地雷达、X光和弹性波冲击回波法。论述弹性波冲击回波法的定性检测和定位测试,并给出注浆密实性的评价标准,据此认为基于冲击弹性波的一系列技术是可行和有发展前途的方法。

关键词:预应力管道;检测方法;注浆饱满度;全长哀减法;全长波速法;传递函数法;定位测试

0 引言

后张法预应力混凝土结构跨越能力大、极限承载能力高,广泛应用于桥梁建设。但是如果压浆方法不当、管道堵塞、水泥浆质量不佳等,会导致管道压浆不密实、管道内钢绞线锈蚀,威胁结构的安全性和耐久性。因此在土木工程领域中预应力管道压浆质量检测是一个极其重要的研究课题。

国内外工程中频频出现的由于压浆不密实的情况而致使的悲剧让我们深刻认识到孔道压浆密实的重要性。就像英国Ynys GWA大桥和美国康涅狄格州的 Bissell大桥:前者修建于一九五三年,在一九八五年十二月突然坍塌,这座桥梁仅仅使用了三十二年,后来据运输与道路研究实验室(TRRL)的调查发现预应力波纹管内的灌浆明显不密实,从而导致预应力钢筋被氯化物和水和氧气等腐蚀,钢筋束面积减小到不能承受外荷载使得桥梁就发生倒塌;后者建于一九五七年,在一九九二年的常规质量检查中发现部分预应力钢绞线已经发生严重锈蚀,孔道灌浆不密实所引起的桥梁的安全程度下降。

预应力管道灌浆是桥梁施工过程中的“生命线”工序。虽然预应力管道灌浆的施工规则控制着管道灌浆质量,但是实际操作过程中发现严格按照施工规则也并不能保证管道能被水泥浆完全灌充密实。因此需要采用先进的检测技术对预应力结构的管道整体灌浆质量进行检测,据此客观评价结构的质量。

1 弹性波以外的检测方法

对预应力管道内压浆的质量进行检测评估是很困难的,预应力系统设计上没有设置检查孔,预应力管道压浆成了一项隐蔽工程。国内外所采用的检测方法主要是冲击回波、钻芯取样、超声波、x光Γ射线、探地雷达这些方法。详情如下。

1.1 钻芯检测法

钻芯检测是通过空心薄壁钻头机械抽检从混凝土结构中钻取芯样,以一定比例检测混凝土内部缺陷的方法。这种方法会造成一定的结构损伤,工作量大的同时效率低,费用还较高。所以,钻芯检测法一般只在用后面几种无损检测法发现异常后,做进一步的判断使用。

1.2 超声波法

超声波检测法是常用的无损检测法,发射器连续发射超声波脉冲在混凝土中传播,换能器接收信号,超声波信号转化为电信号,经超声仪将电信号放大显示在示波屏上的方法。超声波检测预应力混凝土管道壓浆质量的基本原理和检测混凝土内部普通缺陷的基本原理是一样的,但是导致超声波法在预应力管道压浆质量检测领域的发展受到限制是因为超声波法容易受到钢筋、波纹管以及测试面等方面影响。

1.3 x光、Γ射线法

Γ射线、x光都具有较强的穿透性和直线性。当x光或Γ射线照射密度越高物体时,射线的强度越弱。分别通过发送和接收梁端和板端的信号拍片来测试灌浆密度,照片的光照水平可以测试出孔道的灌浆密度。这两种方法的检测设备比较大,检测成本高,存在一定的风险(放射性)。一般采用x射线法作为验证方法,根据预应力管道各部位灌浆的实际情况,对灌浆进行验证和判断。构件厚度要求不大于80 cm,并有两个相对的检测面。

1.4 探地雷达法

探地雷达法的工作原理是利用发射器向混凝土定向发射1 GHz 以上的高频脉冲电磁波,电磁波经存在相对介电常数差异的目标体或界面反射后返回后由天线接收。分析返回波信号判断目标的形态和结构。

2 基于弹性波的方法

2.1 冲击弹性波定性检测法

2.1.1 工作原理

通过不同尺寸的振动锤激发,产生冲击弹性波,作为一种应力波,能量大而集中,可以穿透10 m左右的混凝土。利用外露的预应力钢束两端分别进行激振和接收信号,通过分析信号传播过程中能量、波速和频率等参数的变化,定性判定预应力孔道整体注浆饱满度的方法,检测前需先测定梁体混凝土的波速等特征。冲击弹性波的定性检测方法有全长衰减法、全长波速法和传递函数法。

(1)全长衰减法。全长衰减法(FLEA)是利用能量传播过程中的衰减特性来评判预应力孔道灌浆、锚杆灌浆、锚索灌浆质量的方法。灌浆越密实能量衰减就越大,同时振幅比就越小。灌浆密度越低能量衰减就越小,同时振幅比就越大。因此,通过精密地测试能量的衰减判断出灌浆质量。

(2)全长波速法。全长波速法(FLPV)是利用波的传播特性,计算冲击弹性波波动信号穿过整个预应力灌浆孔道的平均波速值,判断出灌浆饱满度的一种方法。整体孔道灌浆密度越高,波速传播的平均波速值就接近混凝土波速;孔道整体灌浆密度越低,传播过程中的波速值就接近股线波速,检测结果用全长波速法的局部灌浆指数IPV定量表示。

(3)传递函数法。冲击弹性波在传播过程中的频率变化判断出预应力孔道端部注浆密度。采用传递函数法和分项灌浆指数ITF对试验结果进行了定量表达。

(4)冲击弹性波。定性检测结果以综合注浆指数If来量化表达:

If :综合注浆的数值;

IEA:全长衰减法分项注浆的数值;

IPV:全长波速法分项注浆的数值;

ITF:传递函数法分项注浆的数值。

2.2 冲击回波定位检测法

2.2.1 工作原理

对于预应力管道内部压浆质量的检测,冲击回波定位检测法既原理简单,又检测方便。自上世纪八十年代提出冲击回波定位检测技术以来,已经经历了二十多年的研究和实践,验证出冲击回波技术是一种全方位的检测技术。

冲击回波定位检测法是利用小钢球或者小锤轻敲混凝土表面产生的低频应力波在导入到混凝土结构内部之后,低频应力波就会被缺陷或构件的界面反射回来。 应力波就会在由构件和内部缺陷所构成的多重界面之间来回反射,引起结构的瞬态共振状态,这个共振频率能在频谱图中被明显辨别出来,可以很明确的确定混凝土内部缺陷的深度和混凝土构件的厚度,判断出内部压浆的质量。

在一九八四年的国际现场混凝土无损检测会议中,加拿大学者马尔霍查把冲击回波定位检测发法列为“最有发展前途的现场检测方法之一”,那是因为冲击回波定位检测法只需单面检测,测试过程非常简单快捷,又克服了超声波法两面布设传感器的弱点,同时冲击回波法的检测结果又能准确反映出测点处混凝土内部的质量情况。

如图所示,冲击回波检测法预应力预留孔压浆质量的一般原理。

在无预应力管混凝土板和灌浆混凝土板以及未灌满浆混凝土板的三种状态下冲击回波信号所表现出不同的特征。

(1)无预应力管道部分。这与采用冲击回波法测试混凝土的板厚原理完全一样,如图1(a)所示。共振频率FT是一与混凝土应力波波速(Vp)和板厚T有关的量:FT=as·Vp/(2T), as是截面形状系数。

(2)孔道灌浆完满、填充密实。如图1(b)所示,当孔道内灌浆密实的时候,一部分应力波通过管道到达底板后反射回来,应力波的传播路程是两倍板厚;另一部分应力波就在水泥浆/预应力筋界面被反射回测试面, 此时的应力波反射就需要按照混凝土/钢界面来考虑。板的厚度响应与无预应力管道的厚度响应相同,但由于后张预应力筋的存在,板的频率幅值较大,公式:F钢=as·Vp/(4d)。

(3)孔道灌浆填充不密实。如图1(c)所示,孔道内部分灌浆的时候,管道上部有空洞的存在,此时的冲击回波响应与未灌浆孔道的响应类似。管道反射频率和板厚频率的变化会随着管道内空洞位置的变化而变化。管道未灌浆情况下的板厚度频率部分灌浆情况下的板厚频率小。波纹管反射峰的频率约为波纹管的两倍:F钢移=as·Vp/(2d)。

3 结束语

(1)在各种预应力管道灌浆质量检测方法中,都有各自的优势与劣势,需要结合实际情况综合考虑。而基于冲击弹性波的方法检测预应力管道灌浆质量具有广阔的应用前景。

(2)在非均勻的混凝土介质中,冲击回波检测法与传统的超声波检测法相比的时候,最大的特点是冲击产生的应力波是低频波,有较长的波长可以保证穿透力强传播而不会发生较大散射。

参考文献:

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[2]陈合德.桥梁预应力孔道压浆密实度检测现状分析及对策技术研究[J].浙江交通职业技术,2019,20(3):6-10.

[3]谭少海,刘德坤.预应力管道压浆质量无损检测方法对比研究[J].中外公路,2018,38(6):157-161.

[4]徐磊,渠广镇.冲击回波法在预应力小箱梁管道灌浆质量检测中的应用[J].公路交通科技(应用技术版),2018,14

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[5]罗字涛,崔艳军.预应力管道压浆质量检测方法研究[J].中国标准化,2017(4):69-70.

[6]王华,李斌,谢勇,等.基于冲击回波法的预应力管道压浆质量现场检测及验证[J].公路与汽运,2016(4):234-237.

[7]邹春江,陈征宙,董平,等.冲击回波主频对箱梁预应力孔道注浆饱满度的响应及应用[J].公路交通科技,2010,

27(1):72-77.

作者:钟杰 魏冠华

冲击回波质量检测论文 篇2:

关于质量检测技术在道路工程施工中的应用

摘 要:针对质量检测技术在道路工程施工中应用问题,采取实例分析的方法,展开具体的论述,提出质量检测的策略,共享给相关人员参考借鉴。经道路工程实践检验,面向生产新形势和新挑战,积极引入现代化质量检测技术手段,做好每个环节和工序的质量把控,对保障整个工程建造的效益目标实现,起到积极的促进作用。

关键词:质量检测技术;道路工程;新技术

现阶段,道路网密度不断增加,为人们的出行和生活提供了很大的便利。在道路建设环节做好质量的检验检测与控制,打造高品质的道路网,保障出行安全与舒适,实现道路运行的社会效益目标。基于此,深度分析此课题,提出有效的控制措施,有着重要的意义。

1 案例概述

以某道路工程为例,全长大约为9.3公里。整个工程施工内容包括老旧面层铣刨补强加铺作业、调整公交站点以及小区出入口优化等。工程施工全过程,通过采取原材料检测技术与其他质量检测技术等,实现对整个工程的质量控制。现结合质量检测技术的具体应用,进行相应的分析。

2 质量检测技术在道路工程施工管理的具体应用

(1)持续开展工程检测。基于保障道路工程质量的目的,整个作业期间认真开展全覆盖式检测,对沥青原材料开展出厂质量监测,保障针入度和软化点以及延度等能够达到设计要求。同时对人行道施工使用的砂石灰材料等进行抽检,检测结果为合格。当主线开通之前,开展路面结构的取芯试验,芯样厚度与压实度等均可以达到合格的要求。对交安标线逆反射系数和厚度等技术指标开展检测,全部达到了设计的要求。

(2)充分利用检测结果。根据道路工程以往的建设经验总结,材料质量与技术应用等问题比较常见,为有效防范,需要高度重视质量检验检测工作,要充分利用检测结果。根据原材料检测结果和钻芯取样检测结果,制定问题整改方案,消除潜在的隐患与问题,切实保障道路工程质量目标得以实现,以免影响整个工程作业的质量与效益。

3 质量检测技术在道路工程施工管理的应用策略

(1)积极引入检测新技术。道路工程质量检测实践中可使用的新技术很多,主要技术如下:1)雷达检测技术。道路工程质量检测工作的开展,使用探地雷达检测技术手段,利用电磁波,在道路结构内部持续传输,在不同介质返回不同波段的电磁波,经过数据分析,能够判断道路内部结构是否存在质量问题,进而采取处理措施。当反馈电磁波异常信息,能够精准锁定异常位置,实现快速准确的道路质量检测。2)冲击回波检测技术。桥梁结构质量检测实践中使用冲击回波检测技术,通过给桥梁结构施加冲击力,使得应力波可在桥梁结构表面传输,再配置传感器来接收此应力波,进而判断桥梁结构是否存在质量隐患,应力波可以快速反馈到传感器,生成模型并且反映出检测到的质量隐患,例如位置与深度等。3)红外热像检测技术。道路工程检测实践时,利用热成像原理,进行结构质量检测分析,可掌握质量问题情况。道路工程质量檢验检测中,需要结合检测的内容和实际情况,做好检测技术的选择,根据检测的质量要求和目标,做好技术应用的分析,制定完善的技术方案与标准,为整个道路检验工作的开展提供支持与保障,保障整个工程作业的效果。在进行检测时,必须要严格按照检测技术方案和流程,选择适宜的设备,做好全面的控制,保证整个操作的规范性和有效性,切实保障整个作业的数据精准,检测结果准确有效,为打造高质量的公路工程提供支持。

(2)做好道路结构的质量检查。从道路质量检测的角度来说,需要围绕每一个环节做好全面严格的把控,在路基工程施工作业时,必须要做好现场施工的质量检查,围绕填料质量和分层厚度以及碾压质量等做好全面严格的检验检测,保证施工作业的质量达标,同时还需要抽查质量控制资料,例如压实度和路基检测报告。积极发挥道路工程施工质量检测的优势和作用,实现对路基工程的有效控制,保证各分部、分项工程的质量达到标准。进行基层施工作业时,则需要做好现场材料和分层,厚度以及碾压质量等的技术指标检查,并且要抽查基层材料出厂合格证以及检验报告和进场验收报告等,根据报告的数据信息以及实际测量的数据信息,实现对基层部分的质量控制,切实保障整个部分的质量[1]。在进行面层施工作业时,也需要进行相应的检查,主要围绕面层材料质量和厚度以及碾压的质量。贯彻全面化质量检验检测的理念和制度,围绕每一个细节和要点做好相应的检测,对于使用的材料,则必须要作为重点检测的对象,围绕采购使用以及存储、加工等多个方面进行相应的检查,全面排查潜在的隐患与问题,保证工程施工作业的质量达标[2]。

(3)引入检测新技术。目前来说,道路工程施工作业中可以采用的检验检测技术有很多,在实践中通过积极引入检验新技术手段,能够为检验工作的高质量开展与落实提供强有力的技术支持与保证。例如,道路摊铺作业时使用的机械设备,可以为其配置相应的传感器和数据采集信息装置,实现对整个工程作业期间机械设备运行情况的动态化、实时化采集,进而对整个操作的准确性进行分析,掌握施工技术参数的应用情况,保障整个作业的质量与效益。对于使用的压路机和摊铺机等,全部可以利用现代化检测装置,实现对数据信息的有效掌握,为整个工程施工作业的质量控制提供支持与保障。道路工程管理工作中,需要结合具体的情况进行全面的分析动态化,掌握整个工程的材料质量情况和工艺应用情况,全面排查存在的问题与隐患,保证整个工程施工作业的质量,达到预期的效果。如果使用了新的检验技术手段和方法,需要对参与此项工作的人员进行培训时,并且要能够熟练掌握新技术和新装置的应用流程和要点,切实保障每一个检测任务都能够高质量的开展与落实[3]。

(4)做好检测队伍的建设。道路工程管理实践中采用质量检测技术手段,要做好检测队伍的建设,保障检测技术的应用效果。根据检测工作任务和内容,做好检测队伍的培训,交代给检测人员,使其能够掌握技术和办法,保障每个细节的控制效果[4]。质量检测技术人员,必须要围绕道路工程全过程认真履行技术标准与制度,做好全面严格控制。根据检测任务,细化分解质量检测技术任务,明确检验检测工作人员的职责和任务,使其能够严格规范的落实原材料检验,检测和施工作业细节的检验工作,保证整个工程的质量和效益目标得以实现,在实践中要充分的发挥检测队伍的作用,围绕每个细节都做好全面的控制,保障整个工程施工作业的质量达标[5]。

4 结语

综上所述,道路工程质量管理实践中采用质量检测技术手段,对原材料与工程施工质量等进行检查,全面排查工程质量问题,保障工程管理工作落实到位,促使道路工程质量隐患与问题得到有效消除。文中结合工程实践,对道路工程检测技术的应用进行了分析,提出积极引入检测新技术、做好道路结构的质量检查、做好检测队伍的建设等建议,共享给相关人员参考借鉴。

参考文献:

[1]张树峥,张洪卫.桥梁工程试验检测对工程质量控制的重要性[J].江西建材,2021(3):46-47.

[2]邓晓安.桥梁工程质量控制中无损检测技术的运用研究[J].企业科技与发展,2021(3):93-94+97.

[3]黄鑫.道路桥梁工程材料质量检测的重要性及优化策略[J].城市建筑,2020,17(36):168-170.

[4]薛鹏.无损检测技术在隧道工程质量检测中的应用[J].交通世界,2020(35):123-124+126.

[5]王竹芳.桩基工程施工质量检测技术在矿山工程施工中的应用[J].世界有色金属,2019(4):237+239.

作者:田永江

冲击回波质量检测论文 篇3:

利用冲击回波法检测混凝土结构缺陷的试验研究

摘要:通过采用冲击回波法对设置有不同内部缺陷的混凝土试件进行试验研究,获得该方法检测混凝土内部缺陷的识别方法和缺陷范围测定方法。研究结果表明:采用冲击回波法测试混凝土内部缺陷时,横向尺寸与缺陷深度比值小于1 ∶ 4的缺陷及缺陷横向尺寸小于50 mm,且与埋深比值大于1 ∶ 1时,缺陷不易被识别。探头移动过程中观察主频峰值的变化可以有效测定缺陷范围,但是缺陷深度的确定与实际试验条件有较大关系。

关键词:冲击回波法;低频应力波;混凝土内部缺陷;缺陷识别

1 冲击回波法基本原理

冲击回波法(Impact-Echo method,简称IE法)是20世纪80年代中期发展兴起的一种混凝土无损检测技术。弹性波和物体内部结构相互作用产生共振,因此可根据共振频率来计算混凝土结构厚度、缺陷位置和表面开口裂纹深度。冲击回波法可单面测试,精度高,同时由于使用低频纵波,测深大,受结构混凝土材料组分与结构状况差异的影响小[1]。目前,国内外关于冲击回波法检测混凝土结构厚度、缺陷方面的研究已有很多[2-13],但缺陷范围的界定方法、该方法的测试能力及其局限性却很少涉及,为此,本研究在采用冲击回波法测试带有典型内部缺陷模型试件的基础上,通过设置不同的缺陷横向尺寸与深度比值及缺陷位置,进一步探讨冲击回波法测试混凝土结构能力极其测试局限性问题。

冲击回波法的原理是由弹性冲击产生的瞬时应力波理论。冲击锤敲击混凝土表面产生的应力波有三种形式(见图1):P波(纵波)、S波(横波)、R波(表面波),其中R波从扰动处沿表面传播,P波和S波是以球面波的形式传播,但P波与法向应力传播有关,S波与剪切应力传播有关。

冲击锤敲击混凝土表面产生的低频(≤70 kHz)应力波传播到结 构中,在缺陷或外部界面发生反射;反射波到达敲击表面产生一个典型的振动位移,被传感器记录,形成电压-时间信号波[14];再通过快速傅立叶变换(FFT)转换为振幅-频率曲线(频域图),则混凝土的厚度或缺陷深度为

式中:Cp为P波传播的速度;fT为频域图中最大波峰对应的厚度频率;b为几何结构形状系数,对于板状结构物,b取值为0.96[15]。

应力波波速的测定采用间接确定法。在已知厚度为T的实心板上做冲击回波测试,取得厚度频率fT,利用公式(1)可间接获得P波波速。

在冲击回波测试中,产生的应力波与三个重要参数有关:冲击持续时间、冲击锤直径和冲击锤冲击动能。

在冲击过程中,冲击锤的一部分动能转化为在混凝土内部传播的弹性波能,产生应力波的质点位移与冲击力成正比。冲击持续时间tc是冲击锤直径的线性函数,同动能关系不大。设冲击锤从高度为h处自由下落到平直的混凝土板上,则冲击持续时间tc近似为

通常h为0.2~4 m,则h0.1为0.85~1.15。因此下落高度h对冲击持续时间tc的影响不大,可以忽略。因此冲击持续时间tc与冲击锤直径之间存在简单的线性关系[16],具体如下:

由冲击产生的应力波含有丰富的频率成分,而这些频率成分取决于冲击力-时间函数。经验表明,对于冲击回波测试,频率在1.25/tc以内,应力波的振幅即可满足要求。

定义最大有效频率fmax=1.25/tc,将公式(3)代入,得到fmax与冲击锤直径之间的关系如下:

式中:fmax的单位是Hz;D的单位是m。

由式(4)可知,冲击锤直径越小,最大有效频率越高。但是此时测深也越小,且混凝土内部不均匀引起的高频应力波散射也会越严重,影响测试效果。因此,在实际测试中应根据被测结构物的情况合理选择冲击锤直径。

2 试验设备与试件

试验设备采用丹麦Docter冲击回波测试仪,由冲击锤、接收传感器、信号采集系统及分析软件构成。配备直径不同的3种冲击锤,分别为5 mm、8 mm和12.5 mm。

试验模型试件长3.0 m,高1.0 m,板厚0.3 m,内部缺陷设置情况见图2,各缺陷外形尺寸见表1。

3 试验方案与试验结果

在模型试件的侧面,沿缺陷部位自上而下均匀底布置5~6条测线,每条测线上再均匀地布置一系列测点。若测点处光滑,清除表面灰尘即可;若测点处凹凸不平或存在蜂窝和麻面,用砂轮打磨平整,清除表面浮浆并涂抹耦合剂(如橡皮泥等)。冲击点和接收器布置在测试点上或近处。为了采集较多的数据归纳出严谨可靠的结论,在模型试件的两个对称面上对称地布置测线测点进行检测。

(1)应力波波速测试。

在模型试件的完好部位均匀布置20个测点进行应力波波速测试,测点布置见图3,各测点频率值及应力波波速计算结果见表2。

(2)缺陷1试验结果。

沿缺陷1自上而下布置5条测线,测点从边界开始计数。

空洞缺陷范围内布置3条(测点19个),不密实区范围内布置2条(测点13个)。缺陷1的典型测点频域峰值结果见表3,缺陷直径与缺陷深度之比1∶1时,只有测点2检测出有主频偏移现象,多数测点未发现异常,缺陷直径与缺陷深度之比1∶4时,检测不出异常点。 (3)缺陷2试验结果。

沿缺陷2自上而下布置5条测线,测点从完好部位-缺陷部位-完好部位的顺序计数。空洞缺陷范围内布置3条(测点40个),不密实区范围内布置2条(测点25个)。缺陷2的典型测点频域峰值结果见表4,从表4可以看出,当缺陷横向尺寸与深度比值为1 1.25和1 0.75时,不管是从小缺陷侧还是从大缺陷侧敲击,均能很好的发现异常测点及确定缺陷的范围。

(4)缺陷3试验结果。

沿缺陷3自上而下布置5条测线,测点从完好部位-缺陷部位-完好部位的顺序计数。空洞缺陷范围内布置3条(测点29个),不密实区范围内布置2条(测点20个)。缺陷3的典型测点频域峰值结果见表5,从表5可以看出,当缺陷横向尺寸与深度比值为1∶1和1∶4时,未发现异常测点。

(5)缺陷4试验结果。

沿缺陷4自上而下布置6条测线,测点从完好部位-缺陷部位-完好部位的顺序计数。空洞缺陷范围内布置3条(测点38个),不密实区范围内布置3条(测点42个)。缺陷4的典型测点频域峰值结果见表6,从表6可以看出,当缺陷横向尺寸与深度比值为1 ∶ 1时,各测线均能很好的发现异常测点及确定缺陷的范围。

(6)缺陷5试验结果。

沿缺陷5自上而下布置5条测线,测点从完好部位-缺陷部位-完好部位的顺序计数。空洞缺陷范围内布置3条(测点35个),不密实区范围内布置2条(测点25个)。缺陷5的典型测点频域峰值结果见表7,从表7可以看出,当缺陷横向尺寸与深度比值为1 ∶ 2.5时,各测线均能很好的发现异常测点及确定缺陷的范围。

表6 缺陷4的典型测点频域峰值

(7)缺陷6试验结果。

沿缺陷6自上而下布置5条测线,测点从边界开始计数。空洞缺陷范围内布置2条(测点14个),不密实区范围内布置3条(测点21个)。缺陷6的典型测点频域峰值结果见表8,从表8可以看出,由于受被测试件边界的影响,多数测点未发现异常。

4 结果分析

(1) 缺陷识别方法。

冲击锤若测试部位内部没有缺陷,应力波会直接传播到对称面的边界,并被反射回来形成一个波峰(见图4);若测试部位有内部缺陷,则一部分应力波因需要绕过缺陷而传播路径增大,相应的厚度频率降低,则在低频部位形成波峰(见图5)。所以结构厚度频率向低频区域“漂移”是判断缺陷的主要依据。若高频区域只有一个显著峰值,则说明有空洞缺陷;若有多个显著峰值,则说明存在不密实区。

(2) 缺陷范围的测定。

发现缺陷后,将探头从缺陷向两侧逐步移动,频域图呈现了单峰-双峰-单峰的变化过程(见图6):第一个单峰是缺陷部位明显降低的频率(3.42 kHz),双峰是指包含缺陷部位及正常部位的频率(3.42 kHz和5.86 kHz),第二个单峰是正常部位的频率(5.86 kHz)。由此可确定缺陷边界在出现双峰的部位或出现第二个单峰的部位。根据该法绘制出缺陷5的边界见图7,基本可以满足工程要求。

(3) 缺陷深度的测定。

采用Docter 冲击回波测试仪所配置的3种冲击锤对缺陷部位进行测试,只有直径5 mm的冲击锤可得到缺陷深度的信息。但是混凝土材料不均匀性引起的高频应力波散射

使得缺陷深度的测定存在较大误差,甚至得不到缺陷深度的信息。如图8为缺陷5深度检测频域图,可见缺陷主频为15.61 kHz,模型试件波速为3810 m/s,对应的深度为122 mm,缺陷实际深度120 mm,误差为1.7%,满足工程精度要求。

(4) 检测“盲区”问题。

混凝土结构构件表面下深度小于100 mm的缺陷,称为浅表缺陷。敲击此处会激发弯曲振荡,结果信号包含大幅值低频率的分量。弯曲振荡类似于鼓的振动,因为表面置换位移远远大于主导的P波到达位移,跨过缺陷的多次P波反射的高频分量相对较弱,有时检测困难。这种无法检测到浅表缺陷的问题通常称为检测“盲区”问题。对于浅表缺陷的测试通常使用小直径敲击锤或对检测信号进行处理,如数字滤波等。

在本测试中缺陷1及缺陷3空洞直径与缺陷深度比值为1 ∶ 1,采用直径为5 mm冲击锤,最大有效频率为58.2 kHz,模型试件波速为3 810 m/s,小锤产生的波长为65.5 mm,基本接近缺陷深度50 mm,很难检测到缺陷。如果用直径更小的冲击锤进行测试,传感器却很难接收到相应的振动响应。因此,采用冲击回波法检测浅表处尺寸小于50 mm的缺陷不易被检测出来。

(5) 冲击回波法检测混凝土内部缺陷的局限性。

冲击回波法能检测出缺陷的前提是缺陷引起应力波的反射信号能被传感器接收到。当缺陷大小一定时,缺陷越深,反射信号越弱,传感器越不易接收。如缺陷1和缺陷6,空洞直径与缺陷深度比值为1 ∶ 4,基本得不到缺陷信息。因此,采用冲击回波法检测板内部缺陷时,横向尺寸与缺陷深度比值小于1 ∶ 4的缺陷不易被检测出来。当缺陷横向尺寸小于50 mm,且与埋深比值大于1 ∶ 1,存在测试“盲区”问题。

(6) 模型试件边界对测试的影响。

由于结构边界对应力波的反射与缺陷反射波会叠加,使得接收到的波形更难分析与判断。如缺陷1和缺陷6,缺陷1位于板近表面,测试时存在检测“盲区”问题,又有边界的影响,因此,检测不到缺陷的存在;缺陷6仅受到边界的影响,但部分测点的厚度主频存在明显偏低的现象。由此可以看出,采用冲击回波法测试板内部缺陷时,测点距构件边界应大于为50 mm。

5 结语

冲击回波法利用了低频应力波的特点,因此只通过单面测试即可检测混凝土结构物内部缺陷及厚度,且精度很高,是最新的混凝土无损检测技术之一,可广泛应用于路面、跑道、底板、隧洞、护坡等单面结构的质量检测工作。本文通过采用冲击回波法对设置有不同内部缺陷的混凝土试件进行试验研究,获得该方法检测混凝土内部缺陷的识别方法和缺陷范围测定方法。研究结果表明:采用冲击回波法测试混凝土内部缺陷时,横向尺寸与缺陷深度比值小于1∶4的缺陷及缺陷横向尺寸小于50 mm,且与埋深比值大于1∶1时,缺陷不易被识别。探头移动过程中观察主频峰值的变化可以有效测定缺陷范围,但是缺陷深度的确定与实际试验条件有较大关系。

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作者:乔瑞社 常芳芳 冯敬辉 高玉琴 校永志 余元宝