冲击回波法混凝土厚度测试

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式中， 为形状系数； V p 为声波在砼中的传播速度； f 为频谱分析得出的主频 现场砼体厚度测试主要有两种方案： 方案一 首先，确定 P-波速度，然后，作冲击回波测试获得厚度频率，根据厚度计算公式求 得结构的厚度。 方案二 首先，作冲击回波测试获取厚度频率并钻芯取样获取对应砼体厚度，然后对其它测 点进行频率与厚度换算获取所有测点的厚度。 (a)
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图 1 冲击回波检测技术原理图 (图片由湖南芯仪电子绘制，转载图片请注明出去)
二、冲击回波法检测混凝土厚度 1 检测依据 (1) 《公路工程质量检验评定标准》( JTJ 071-98 ) (2) 《公路路面基层施工技术规范》( JTJ 034-2000 )
(3) 《公路路基路面现场检测规程》 （JTJ 059-95 ) (4) 《钻芯法检测混凝土强度技术规程》( CECS03：88 ) (5) 相关设计、施工文件 (6) ASTM Standard C 1383-98a ， Standard Test Method for Measuring the P-WaBaidu Nhomakorabeae Speed and the Thickness of Concrete Plates Using the Impact-Echo Method 2 原理 将记录的信号进行频谱分析，谱图中的主频为冲击表面、缺陷及其它外表面之间的 多次反射产生瞬态共振所致，通过对主频的提取确定砼体的厚度和缺陷位置，其计算公 式如下：
(b)
图 2 二步法测定混凝土结构厚度示意图：(a) 波速测试；(b) 冲击回波测试 (图片由湖南芯仪电子绘制，转载图片请 注明出去)
3 检测中应注意的问题 (1) 表面处理 一般路面施工都有一道“拉毛”工序，此道工序会使砼体路面不平整，同时使得表 层产生微裂隙，如果不经过任何处理就用冲击回波法测厚，很难甚至不能得出结果， 原 因之一是传感器与待测表面耦合不良，很难接收到信号，从而使信号微弱；原因之二是 微裂隙的存在使测试条件更复杂，所得信号质量不好，杂波较多，有用信号不突出， 所 以在检测之前，要对表面进行处理，用砂轮将待测点周围磨平，至少将“拉毛”层磨掉。 (2) 传感器的设计 用于测厚的传感器必须具有较宽的频带范围，以适应不同厚度砼体的检测。另外， 传感器还必须有适宜的灵敏度，使得有用信号突出，干扰信号减低到最低限度，从而提 高信号质量，使测试结果更精确。本公司采用的为高灵敏度，宽频段的加速度传感器。 (3) 冲击器的选择 对于不同厚度的砼板，其瞬态共振频率不同：对于较厚的砼板，此频率值较低； 对 于较薄的砼板，厚度频率值较高。应选择一种能产生相应频率且有足够能量的冲击器， 使得砼板能产生瞬态共振，接收信号较强且质量较高。 (4) 声速的测量 在冲击回波法测厚时，声速越精确，所得的测厚结果就越精确。在实际应用中， 声 速的测量有几种可行方法: ① 通过在已知厚度的区域内用冲击回波法确定混凝土的波速，然后用该波速检测 结构的其它部位。 ② 直接用冲击回波法测量 P 波波速来确定混凝土声速，此方法允许测量结构上任
样板采集并传输给计算机。采集波形中的各种参数由计算机预先设定。主机上有 2 个控 制旋钮： “衰减”和“电平” 。 “衰减”即—衰减器，作用是把输入的波形幅度减小到合 适大小， “电平”是调节触发点评大小。 波形采集后仪器会自动对数据进行频谱分析，频谱线上有一系列峰值。仪器自动按 从大到小顺序，确定这些峰值所对应的频率值并按公式计算出相应厚度，并显示在屏幕 上。通常最高的峰值就是与厚度相应的峰。
图 3 冲击回波法测试装置
(1) 产生冲击 ( 由冲击器完成 ) 首先在混凝土表面施加一瞬时冲击，产生应力波。冲击的力时间曲线可大致看成一 个半周期正弦曲线。 施加的应力脉冲宽度， 即冲击持续时间 t (与混凝土表面的接触时间) 决定了所产生的应力脉冲的频率成分。 冲击持续时间决定了冲击试验所能检测的缺陷和 厚度的尺寸。 冲击持续时间应选择得使发生的脉冲所包含的波长大致等于或小于被探测 缺陷或界面的横向尺寸及被测后的 2 倍。 (2) 接收信号 ( 由传感器完成 ) 由冲击所产生的响应由接收器接收。接收器由顶端的换能元件及内部放大器组成， 通过电缆与系统主机相连。接收点应尽量靠近冲击点。接收器的输出与表面垂直位移成 比例。 (3) 采集波形、频谱分析及计算 ( 由仪器主机完成 ) 主机的主要功能就是采集波形、频谱分析及计算。由接收器送来的位移响应波形由采
一点的波速。 ③ 用超声平测法测量混凝土的声速。
三、冲击回波测试系统简介 冲击回波测厚仪主要由冲击器、传感器和分析仪器组成。主要用于检测混凝土及其 他结构体厚度。(检查混凝土灌注质量；测试表面开放裂缝深度；测试钢筋密集的裂缝、 空隙和蜂窝缺陷；检查管道的填充质量；测量厚度；估计早期强度的发展为本公司另外 一款仪器)
冲击回波法检测混凝土厚度
冲击回波法为适应具有弹、粘、塑性的非均质多相混凝土材料质量检测而提出的， 该方法始于 1983 年美国国家标准与技术研究院，随后发展于 1987 年的康奈尔大学。 国 内，南京水利科学研究院于 1989 年最先对冲击回波法技术开展研究。冲击回波法适用 于检测隧道衬砌、道路、地下连续墙和楼板等只有一个检测面的厚度及其内部结构的完 整性。加拿大学者马尔霍察在 1984 年的国际现场混凝土无损检测会议论文集中把冲击 回波法列为“最有发展前途的现场检测方法之一。 一、冲击回波原理 冲击回波法是一种基于应力波传播特性的无损检测法， 其原理是利用机械方式冲击 混凝土表面产生应力波，该应力波会在结构中传播，因为波阻抗的差异，应力波会被内 部缺陷和外部表面反射，来回反射的应力波会形成一种特殊模态，在激发点附近由接收 换能器接收回波信号并将信号通过快速傅里叶变换转换至频域中， 通过分析主频大小评 定结构厚度和内部缺陷情况。图 1 为冲击回波法测试混凝土厚度原理示意图。