一種混凝土結構的無損檢測方法
【技術領域】：
[0001] 本發明涉及一種混凝土結構無損檢測技術，尤其涉及一種對只有單一可測面混凝 土結構進行無損檢測的方法，IPC國際專利分類號為E02D33/00, E02B1/00。
【背景技術】：
[0002] 實際工程中，如隧道的襯砌面，水閘及渠道等建筑物的邊墩、閘底板、頂板、襯砌等 混凝土結構，只有單一可測面，因而不具備超聲法的檢測條件，目前最常用的就是采用沖擊 回波法進行無損檢測。沖擊回波法（Impact Echo Method)，又稱IE法，是在結構表面施以 微小沖擊產生應力波，當應力波在結構中傳播遇到缺陷與底面時，將產生往復反射并引起 結構表面微小的位移相響應，根據這種響應并進行頻譜分析，可以計算出結構厚度，或判斷 有無缺陷及其深度。這種測試方法系單面發射測試，測試方便、快速、直觀，可用于各種土木 工程的混凝土和浙青混凝土結構的現場探測內部缺陷和測量厚度。
[0003] 目前采用沖擊回波法對具有單一可測面混凝土結構進行無損檢測時，都是采用鋼 制小錘（有的叫手錘）人工敲擊結構表面，激發產生應力波。例如，在我國使用最早、最普 遍的沖擊回波檢測儀器--丹麥Docter沖擊回波系統，配有由三種直徑的沖擊球作為錘頭 的鋼制小錘，但是，在實際檢測中，這種檢測方法常帶來如下問題：
[0004] (1)在檢測過程中需人工操作鋼制小錘敲擊被檢測面，多次敲擊后易導致操作人 員疲勞；
[0005] (2)鋼制小錘的手柄在多次敲擊后易發生彎曲甚至折斷；
[0006] (3)在檢測過程中鋼制小錘經常由于操作失誤撞擊到接收裝置，造成無效信號。
[0007] (4)由于人工操作鋼制小錘，很難保證每次的敲擊的力度和每次敲擊點與接收器 的距離相同。
【發明內容】
：
[0008] 為了解決目前的檢測方法帶來的上述問題，申請人通過大量的試驗和實際過程測 試，發明了一種新的檢測方法。本發明的技術方案是以下述方式實現的：
[0009] 一種混凝土結構的無損檢測方法，包括下述步驟：
[0010] 1、采用專用的能量觸發裝置代替Docter沖擊回波系統的鋼制小錘，該專用的能 量觸發裝置由沖擊球、槍管、加速裝置、觸發裝置和槍殼組成；所述沖擊球包括直徑分別為 2mm、3mm和5mm的三種鋼球；所述槍管米用外徑為10mm，內徑為6mm的鋼管制成，在所述槍 管的上部設有直徑為6_的進球孔；所述加速裝置包括加速板、發射彈簧和槍栓，所述發射 彈簧的壓縮量為40毫米，剛度系數k = 2. 5n/mm，所述加速板固定在所述發射彈簧的前端， 所述加速板的直徑和厚度分別為5mm和2_，在加速板中心位置嵌入直徑為3mm的永久磁 鐵；所述槍殼固定在所述槍管后端下部，所述觸發裝置包括扳機、撞針和復位彈簧；在所述 槍管的下部設有出球孔，所述出球孔中心與所述槍管出口的距離為5_ ;
[0011] 2、將Docter沖擊回波系統的接收器探頭布設在混凝土構件表面，將所述專用的 能量觸發裝置的所述槍栓拉至預定位置，將所述沖擊球通過進球孔放入所述槍管內，將所 述槍管出口垂直緊貼所述接收器探頭附近的混凝土構件表面，扣動扳機彈出沖擊球；
[0012] 3、所述沖擊球撞擊混凝土表面，激發一彈性波，產生一反射波傳回混凝土表面，并 被附近的所述接收器探頭接收，并傳輸到數據采集儀，存儲在計算機中，并通過濾波、快速 傅立葉變換，將時間域信號轉換為頻率域信號；根據峰值頻率，利用公式（1)確定結構混凝 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（縱波）速度（m/s) ;f--頻率 (kHz) ；b--幾何結構形狀系數：對于板狀結構物，b取值為0. 96 ;對于圓柱狀結構物，b取 值為0. 92 ;對于方形梁，b取值為0. 87。
[0015] 本發明的檢測方法，具有以下優點：
[0016] (1)采用一種能夠無需人工彈性敲擊的沖擊回波能量觸發裝置，代替人工敲擊，克 服了現有Docter沖擊回波系統在檢測結構物內部缺陷中存在的不足，既滿足Docter沖擊 回波系統檢測結構物內部缺陷的精度要求，又能提高其檢測效率。
[0017] (2)本發明采用的專用能量觸發裝置，操作方便且易于攜帶，工作效率顯著提高。 此裝置僅需簡單培訓即可操作，且對操作人員沒有特殊要求，能夠可以徹底的使人工勞動 脫離出來，使工作效率大大提高。
[0018] (3)操作具有可再現性。人工彈性敲擊產生的能量每一次均有不同程度的差異，采 用能量觸發裝置后，每次激發的能量均相同。
[0019] (4)專用能量觸發裝置可重復使用，投資少，簡單易行。單臺Docter沖擊回波系統 能量觸發裝置制作費用約1000元，加之可重復使用，降低了無損檢測的成本。
[0020] (5)產生無效波形的概率降低，提高了數據的準確性。
【附圖說明】：
[0021] 圖1為本發明采用的專用能量觸發裝置剖面圖；
[0022] 圖2為采用本發明的方法檢測得到的被測試板結構頻譜圖；
[0023] 圖3為采用本發明的方法檢測得到的被測試板完好處典型頻譜圖；
[0024] 圖4為采用本發明的方法檢測得到的被測試板缺陷處典型頻譜圖。
[0025] 圖中，1為槍管，2為進球孔,3為沖擊球,4為加速板,5為發射彈簧,6為槍栓,7為 撞針，8為復位彈簧，9為槍殼，10為出球孔，11為混凝土，Λ 1為發射彈簧壓縮量。
【具體實施方式】：
[0026] 下面結合實施例和附圖1-4對本發明作進一步說明：
[0027] 本發明的混凝土結構的無損檢測方法，考慮到丹麥生產出售的Docter沖擊回波 系統是最先采用，也是我國目前使用最多的沖擊回波檢測系統，本發明的方法仍然采用該 系統。包括下述步驟：
[0028] 1、采用專用的能量觸發裝置代替Docter沖擊回波系統的鋼制小錘，該專用的能 量觸發裝置結構參考了普通的鋼珠槍結構，發射原理、觸發裝置的觸發原理也與現有的鋼 珠槍的原理相同，由沖擊球3、槍管1、加速裝置、觸發裝置和槍殼9組成。所述沖擊球3包 括直徑分別為2mm、3mm和5mm的三種鋼球。所述槍管1米用外徑為IOmm,內徑為6mm的鋼 管制成，在所述槍管1的上部設有直徑為6_的進球孔2。所述加速裝置包括加速板4、發 射彈簧5和槍栓6,所述發射彈簧5的選配非常關鍵，由于目的不同，本發明的能量觸發裝 置的發射彈簧不同于鋼珠槍的發射彈簧，發射后沖擊球的撞擊力度要符合Docter沖擊回 波系統檢測的要求。經過多次試驗和驗證，將所述發射彈簧5的壓縮量（Λ1)確定為40毫 米，剛度系數k = 2. 5n/mm。所述加速板4固定在所述發射彈簧5的前端，所述加速板4的 直徑和厚度分別為5mm和2_。在加速板4中心位置嵌入直徑為3mm的永久磁鐵，防止沖擊 球3在發射前滾動。所述槍殼9固定在所述槍管1后端下部，用于保護觸發裝置內部的結 構，同時也是握把。所述觸發裝置包括扳機、撞針7和復位彈簧8。在所述槍管1的下部設 有出球孔10,用于沖擊球3撞擊到被檢測構件反彈回槍管后的出口，所述出球孔10中心與 所述槍管1出口的距離為5_。
[0029] 2、將Docter沖擊回波系統的接收器探頭布設在混凝土構件表面，將所述專用的 能量觸發裝置的所述槍栓6拉至預定位置，將所述沖擊球3通過進球孔2放入所述槍管1 內，將所述槍管1出口垂直緊貼所述接收器探頭附近的混凝土構件表面，扣動扳機彈出沖 擊球3 ;
[0030] 3、所述沖擊球3撞擊混凝土表面，激發一彈性波，產生一反射波傳回混凝土表面， 并被附近的所述接收器探頭接收，并傳輸到數據采集儀，存儲在計算機中，并通過濾波、快 速傅立葉變換，將時間域信號轉換為頻率域信號；根據峰值頻率，利用公式（1)確定結構混 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（縱波）速度（m/s) ;f--頻率 (kHz) ；b--幾何結構形狀系數：對于板狀結構物，b取值為0. 96 ;對于圓柱狀結構物，b取 值為0. 92 ;對于方形梁，b取值為0. 87。
[0033] 應用實例：采用本發明的方法檢測一個帶有缺陷的混凝土板，板幾何尺寸為 2. OmX 1.0 mXO. 3m(長X高X寬），混凝土強度設計等級為C20。采用Docter沖擊回波 系統配置的敲擊錘手動敲擊時，常常形成無效信號，一個有效信號常常需要敲擊多次。采用 圖1所示的能量觸發裝置測試時，一次激發基本能采集到有效信號，效率明顯提高。采用透 射法測得P波（縱波）波速為3969m/s。現場測試頻域圖，兩處完好無缺陷測點的頻譜圖 分別見圖2和圖3。在圖2中有一高峰，應是板底對應的主頻值（5. 86kHz)，依據公式（1)
6. 35kHz，依據公式（1)可計昇恃談?的頭際恨序刃iJUUmm。興型缺陷處頻譜圖見圖4,利用 公式（1)可計算出缺陷處板厚度為557_(可稱為折算厚度）。 可計算得該處的實際板厚 在圖3,板底對應的主頻值
【主權項】
1. 一種混凝土結構的無損檢測方法，包括下述步驟： 1) 采用專用的能量觸發裝置代替Docter沖擊回波系統的鋼制小錘，該專用的能量觸 發裝置由沖擊球、槍管、加速裝置、觸發裝置和槍殼組成；所述沖擊球包括直徑分別為2_、 3mm和5mm的三種鋼球；所述槍管采用外徑為IOmm,內徑為6mm的鋼管制成，在所述槍管的 上部設有直徑為6_的進球孔；所述加速裝置包括加速板、發射彈簧和槍栓，所述發射彈簧 的壓縮量為40毫米，剛度系數k = 2. 5n/mm，所述加速板固定在所述發射彈簧的前端，所述 加速板的直徑和厚度分別為5mm和2_，在加速板中心位置嵌入直徑為3mm的永久磁鐵；所 述槍殼固定在所述槍管后端下部，所述觸發裝置包括扳機、撞針和復位彈簧；在所述槍管的 下部設有出球孔，所述出球孔中心與所述槍管出口的距離為5_ ; 2) 將Docter沖擊回波系統的接收器探頭布設在混凝土構件表面，將所述專用的能量 觸發裝置的所述槍栓拉至預定位置，將所述沖擊球通過進球孔放入所述槍管內，將所述槍 管出口垂直緊貼所述接收器探頭附近的混凝土構件表面，扣動扳機彈出沖擊球。
【專利摘要】本發明涉及一種混凝土結構無損檢測方法，本發明采用專用的能量觸發裝置代替Docter沖擊回波系統的鋼制小錘，該專用的能量觸發裝置由沖擊球、槍管、加速裝置、觸發裝置和槍殼組成，所述沖擊球撞擊混凝土表面，產生一反射波傳回混凝土表面，并被附近的所述接收器探頭接收，通過計算確定結構混凝土的厚度或缺陷深度。本發明的檢測方法，采用能量觸發裝置，代替人工敲擊，克服了現有Docter沖擊回波系統在檢測結構物內部缺陷中存在的不足，既滿足Docter沖擊回波系統檢測結構物內部缺陷的精度要求，又能提高其檢測效率。
【IPC分類】G01N29/34, G01N29/14
【公開號】CN105092709
【申請號】CN201410190298
【發明人】傅酉, 付玉生
【申請人】天津虹炎科技有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月7日