一种混凝土结构的无损检测方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种混凝土结构无损检测技术，尤其涉及一种对只有单一可测面混凝 土结构进行无损检测的方法，IPC国际专利分类号为E02D33/00, E02B1/00。
【背景技术】：
[0002] 实际工程中，如隧道的衬砌面，水闸及渠道等建筑物的边墩、闸底板、顶板、衬砌等 混凝土结构，只有单一可测面，因而不具备超声法的检测条件，目前最常用的就是采用冲击 回波法进行无损检测。冲击回波法（Impact Echo Method)，又称IE法，是在结构表面施以 微小冲击产生应力波，当应力波在结构中传播遇到缺陷与底面时，将产生往复反射并引起 结构表面微小的位移相响应，根据这种响应并进行频谱分析，可以计算出结构厚度，或判断 有无缺陷及其深度。这种测试方法系单面发射测试，测试方便、快速、直观，可用于各种土木 工程的混凝土和浙青混凝土结构的现场探测内部缺陷和测量厚度。
[0003] 目前采用冲击回波法对具有单一可测面混凝土结构进行无损检测时，都是采用钢 制小锤（有的叫手锤）人工敲击结构表面，激发产生应力波。例如，在我国使用最早、最普 遍的冲击回波检测仪器--丹麦Docter冲击回波系统，配有由三种直径的冲击球作为锤头 的钢制小锤，但是，在实际检测中，这种检测方法常带来如下问题：
[0004] (1)在检测过程中需人工操作钢制小锤敲击被检测面，多次敲击后易导致操作人 员疲劳；
[0005] (2)钢制小锤的手柄在多次敲击后易发生弯曲甚至折断；
[0006] (3)在检测过程中钢制小锤经常由于操作失误撞击到接收装置，造成无效信号。
[0007] (4)由于人工操作钢制小锤，很难保证每次的敲击的力度和每次敲击点与接收器 的距离相同。
【发明内容】
：
[0008] 为了解决目前的检测方法带来的上述问题，申请人通过大量的试验和实际过程测 试，发明了一种新的检测方法。本发明的技术方案是以下述方式实现的：
[0009] 一种混凝土结构的无损检测方法，包括下述步骤：
[0010] 1、采用专用的能量触发装置代替Docter冲击回波系统的钢制小锤，该专用的能 量触发装置由冲击球、枪管、加速装置、触发装置和枪壳组成；所述冲击球包括直径分别为 2mm、3mm和5mm的三种钢球；所述枪管米用外径为10mm，内径为6mm的钢管制成，在所述枪 管的上部设有直径为6_的进球孔；所述加速装置包括加速板、发射弹簧和枪栓，所述发射 弹簧的压缩量为40毫米，刚度系数k = 2. 5n/mm，所述加速板固定在所述发射弹簧的前端， 所述加速板的直径和厚度分别为5mm和2_，在加速板中心位置嵌入直径为3mm的永久磁 铁；所述枪壳固定在所述枪管后端下部，所述触发装置包括扳机、撞针和复位弹簧；在所述 枪管的下部设有出球孔，所述出球孔中心与所述枪管出口的距离为5_ ;
[0011] 2、将Docter冲击回波系统的接收器探头布设在混凝土构件表面，将所述专用的 能量触发装置的所述枪栓拉至预定位置，将所述冲击球通过进球孔放入所述枪管内，将所 述枪管出口垂直紧贴所述接收器探头附近的混凝土构件表面，扣动扳机弹出冲击球；
[0012] 3、所述冲击球撞击混凝土表面，激发一弹性波，产生一反射波传回混凝土表面，并 被附近的所述接收器探头接收，并传输到数据采集仪，存储在计算机中，并通过滤波、快速 傅立叶变换，将时间域信号转换为频率域信号；根据峰值频率，利用公式（1)确定结构混凝 土的厚度或缺陷深度：
[0013] ⑴
[0014] 式中：H--板厚或缺陷深度（mm) ;VP--P波（纵波）速度（m/s) ;f--频率 (kHz) ；b--几何结构形状系数：对于板状结构物，b取值为0. 96 ;对于圆柱状结构物，b取 值为0. 92 ;对于方形梁，b取值为0. 87。
[0015] 本发明的检测方法，具有以下优点：
[0016] (1)采用一种能够无需人工弹性敲击的冲击回波能量触发装置，代替人工敲击，克 服了现有Docter冲击回波系统在检测结构物内部缺陷中存在的不足，既满足Docter冲击 回波系统检测结构物内部缺陷的精度要求，又能提高其检测效率。
[0017] (2)本发明采用的专用能量触发装置，操作方便且易于携带，工作效率显著提高。 此装置仅需简单培训即可操作，且对操作人员没有特殊要求，能够可以彻底的使人工劳动 脱离出来，使工作效率大大提高。
[0018] (3)操作具有可再现性。人工弹性敲击产生的能量每一次均有不同程度的差异，采 用能量触发装置后，每次激发的能量均相同。
[0019] (4)专用能量触发装置可重复使用，投资少，简单易行。单台Docter冲击回波系统 能量触发装置制作费用约1000元，加之可重复使用，降低了无损检测的成本。
[0020] (5)产生无效波形的概率降低，提高了数据的准确性。
【附图说明】：
[0021] 图1为本发明采用的专用能量触发装置剖面图；
[0022] 图2为采用本发明的方法检测得到的被测试板结构频谱图；
[0023] 图3为采用本发明的方法检测得到的被测试板完好处典型频谱图；
[0024] 图4为采用本发明的方法检测得到的被测试板缺陷处典型频谱图。
[0025] 图中，1为枪管，2为进球孔,3为冲击球,4为加速板,5为发射弹簧,6为枪栓,7为 撞针，8为复位弹簧，9为枪壳，10为出球孔，11为混凝土，Λ 1为发射弹簧压缩量。
【具体实施方式】：
[0026] 下面结合实施例和附图1-4对本发明作进一步说明：
[0027] 本发明的混凝土结构的无损检测方法，考虑到丹麦生产出售的Docter冲击回波 系统是最先采用，也是我国目前使用最多的冲击回波检测系统，本发明的方法仍然采用该 系统。包括下述步骤：
[0028] 1、采用专用的能量触发装置代替Docter冲击回波系统的钢制小锤，该专用的能 量触发装置结构参考了普通的钢珠枪结构，发射原理、触发装置的触发原理也与现有的钢 珠枪的原理相同，由冲击球3、枪管1、加速装置、触发装置和枪壳9组成。所述冲击球3包 括直径分别为2mm、3mm和5mm的三种钢球。所述枪管1米用外径为IOmm,内径为6mm的钢 管制成，在所述枪管1的上部设有直径为6_的进球孔2。所述加速装置包括加速板4、发 射弹簧5和枪栓6,所述发射弹簧5的选配非常关键，由于目的不同，本发明的能量触发装 置的发射弹簧不同于钢珠枪的发射弹簧，发射后冲击球的撞击力度要符合Docter冲击回 波系统检测的要求。经过多次试验和验证，将所述发射弹簧5的压缩量（Λ1)确定为40毫 米，刚度系数k = 2. 5n/mm。所述加速板4固定在所述发射弹簧5的前端，所述加速板4的 直径和厚度分别为5mm和2_。在加速板4中心位置嵌入直径为3mm的永久磁铁，防止冲击 球3在发射前滚动。所述枪壳9固定在所述枪管1后端下部，用于保护触发装置内部的结 构，同时也是握把。所述触发装置包括扳机、撞针7和复位弹簧8。在所述枪管1的下部设 有出球孔10,用于冲击球3撞击到被检测构件反弹回枪管后的出口，所述出球孔10中心与 所述枪管1出口的距离为5_。
[0029] 2、将Docter冲击回波系统的接收器探头布设在混凝土构件表面，将所述专用的 能量触发装置的所述枪栓6拉至预定位置，将所述冲击球3通过进球孔2放入所述枪管1 内，将所述枪管1出口垂直紧贴所述接收器探头附近的混凝土构件表面，扣动扳机弹出冲 击球3 ;
[0030] 3、所述冲击球3撞击混凝土表面，激发一弹性波，产生一反射波传回混凝土表面， 并被附近的所述接收器探头接收，并传输到数据采集仪，存储在计算机中，并通过滤波、快 速傅立叶变换，将时间域信号转换为频率域信号；根据峰值频率，利用公式（1)确定结构混 凝土的厚度或缺陷深度：
[0031] ⑴
[0032] 式中：H--板厚或缺陷深度（mm) ;VP--P波（纵波）速度（m/s) ;f--频率 (kHz) ；b--几何结构形状系数：对于板状结构物，b取值为0. 96 ;对于圆柱状结构物，b取 值为0. 92 ;对于方形梁，b取值为0. 87。
[0033] 应用实例：采用本发明的方法检测一个带有缺陷的混凝土板，板几何尺寸为 2. OmX 1.0 mXO. 3m(长X高X宽），混凝土强度设计等级为C20。采用Docter冲击回波 系统配置的敲击锤手动敲击时，常常形成无效信号，一个有效信号常常需要敲击多次。采用 图1所示的能量触发装置测试时，一次激发基本能采集到有效信号，效率明显提高。采用透 射法测得P波（纵波）波速为3969m/s。现场测试频域图，两处完好无缺陷测点的频谱图 分别见图2和图3。在图2中有一高峰，应是板底对应的主频值（5. 86kHz)，依据公式（1)
6. 35kHz，依据公式（1)可计昇恃谈?的头际恨序刃iJUUmm。興型缺陷处频谱图见图4,利用 公式（1)可计算出缺陷处板厚度为557_(可称为折算厚度）。 可计算得该处的实际板厚 在图3,板底对应的主频值
【主权项】
1. 一种混凝土结构的无损检测方法，包括下述步骤： 1) 采用专用的能量触发装置代替Docter冲击回波系统的钢制小锤，该专用的能量触 发装置由冲击球、枪管、加速装置、触发装置和枪壳组成；所述冲击球包括直径分别为2_、 3mm和5mm的三种钢球；所述枪管采用外径为IOmm,内径为6mm的钢管制成，在所述枪管的 上部设有直径为6_的进球孔；所述加速装置包括加速板、发射弹簧和枪栓，所述发射弹簧 的压缩量为40毫米，刚度系数k = 2. 5n/mm，所述加速板固定在所述发射弹簧的前端，所述 加速板的直径和厚度分别为5mm和2_，在加速板中心位置嵌入直径为3mm的永久磁铁；所 述枪壳固定在所述枪管后端下部，所述触发装置包括扳机、撞针和复位弹簧；在所述枪管的 下部设有出球孔，所述出球孔中心与所述枪管出口的距离为5_ ; 2) 将Docter冲击回波系统的接收器探头布设在混凝土构件表面，将所述专用的能量 触发装置的所述枪栓拉至预定位置，将所述冲击球通过进球孔放入所述枪管内，将所述枪 管出口垂直紧贴所述接收器探头附近的混凝土构件表面，扣动扳机弹出冲击球。
【专利摘要】本发明涉及一种混凝土结构无损检测方法，本发明采用专用的能量触发装置代替Docter冲击回波系统的钢制小锤，该专用的能量触发装置由冲击球、枪管、加速装置、触发装置和枪壳组成，所述冲击球撞击混凝土表面，产生一反射波传回混凝土表面，并被附近的所述接收器探头接收，通过计算确定结构混凝土的厚度或缺陷深度。本发明的检测方法，采用能量触发装置，代替人工敲击，克服了现有Docter冲击回波系统在检测结构物内部缺陷中存在的不足，既满足Docter冲击回波系统检测结构物内部缺陷的精度要求，又能提高其检测效率。
【IPC分类】G01N29/34, G01N29/14
【公开号】CN105092709
【申请号】CN201410190298
【发明人】傅酉, 付玉生
【申请人】天津虹炎科技有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月7日