冲击回波法在混凝土构筑物无损检测中的应用

李 永 萍

(晋中市规划编制研究中心，山西 晋中 030600)



冲击回波法在混凝土构筑物无损检测中的应用

李 永 萍

(晋中市规划编制研究中心，山西 晋中 030600)

说明了冲击回波法的检测原理，介绍了其检测流程及检测中需注意的要点，并分析了IES扫描式冲击回波系统的技术优势，指出冲击回波法检测特别适用于单面混凝土结构的厚度测量，具有简便快速、干扰小，可重复测试等特点，应用前景十分广阔。

冲击回波法，混凝土构筑物，超声波法，传感器

在混凝土结构中，在载荷和外界环境的作用下，混凝土会出现不同程度的损伤，其内部裂纹的产生与扩展会使得混凝土强度不断下降并导致混凝土结构的破坏。在混凝土检测中，常用的方法有钻芯取样法及超声波法等。每种方法都有自己的适用范围和局限性。超声波法可穿透距离远，安全方便，但需要两个相对测试面，且必须测试多个测点。钻芯取样法不是无损检测，会破坏路面结构。

在混凝土结构中，常见的单面结构如路面、隧道衬砌、挡土墙、大坝等只有单一测试面。在此类工程中，混凝土厚度是保证结构整体强度和耐久性的重要因素。单面混凝土结构的厚度不符合设计要求时，就会导致结构不安全运行，严重的甚至出现人员伤亡。对于这些要求，常用的检测方法则难以运用。对于检测只存在单一测试面的混凝土结构厚度及其内部缺陷，使用冲击回波法进行检测，具有设备轻便，操作快捷、受干扰影响小、可能够复测试等优势。

冲击回波法是基于应力波的一种先进的无损检测方法，对检测单面混凝土结构的厚度和缺陷效果显著。该技术适用性强，可用于检测最小厚度约5 cm的板状结构。将其用于单面混凝土结构检测，能准确检测出结构厚度，且无需取芯标定。目前应用比较广泛的是IES扫描式冲击回波系统。本文作者根据自己的工作经验以及国内外相关资料，介绍了冲击回波法在混凝土结构测试的流程及应注意的问题。

1 冲击回波系统

冲击回波系统由冲击器、接收器、采样系统(主机)、电脑组成，如图1所示。

冲击回波法的技术原理：在单面混凝土结构检测中，当使用一个小锤轻敲混凝土表面时，就会产生一个低频应力波在混凝土结构内传播。当应力波遭遇结构缺陷和混凝土构件底面时，就会反射回来。使用在冲击点附近安装的传感器接收这些反射波后，专业人员可对反射波的幅值谱进行分析和判读，通过识别冲击表面、结构缺陷及其他外表面间的多次反射波波峰，从而确定混凝土结构厚度和缺陷所处部位，如图2所示。

2 冲击回波方法相对于超声波法的优势

超声无损检测也可以用来检测结构混凝土的厚度及其缺陷等。相比较超声检测法，回波冲击法具有以下优势：

1)与超声波检测法的最大区别在于，冲击回波法一个测试面即可完成测试，超声波法则必须有两个测试面。

2)冲击回波法通常使用的声波在2 kHz～20 kHz，其比超声波使用的声波更低频，可使得冲击回波法避免了超声波测试中遇到的高信号衰减和过多杂波对测试精度的影响。

3)当使用冲击回波法时，单手即可完成操作，全过程中无需使用耦合剂，测试结果包括结构厚度、缺陷部位及深度。在超声波法下，检测过程中需使用耦合剂，且两个探头使得操作难度增加，须采集大量数据进行对比后方可确定缺陷位置，但缺陷深度不能确定。

4)冲击回波法可用于检测厚度在180 cm以内的单面混凝土结构。使用超声波法检测同样厚度的混凝土结构则非常困难，特别是当两个测试面不易接触时。

可以看出，与超声波检测法相比，冲击回波法技术优势显著，适用范围广泛，检测效果精确，具有极大的推广和应用前景。

3 冲击回波法检测流程

冲击回波法检测流程见图3。

1)产生冲击。在混凝土表面施加一瞬时冲击，产生一应力脉冲。测量时，先调整好电脑和主机，将接收器对准接收点。按下接收器手柄，让锥形换能元件与冲击点表面接触，按下放大器开关，用冲击器弹击试体表面。

2)接收信号。由接收器接收信号冲击所产生的响应。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。由冲击引起的混凝土表面位移响应被接收器顶端的换能元件接收，经放大后传到主机。

3)采集波形。主机的主要功能就是采集波形。由接收器送来的位移响应波形由采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”是调节触发点大小。

4)频谱分析及计算。这一步骤由计算机完成。计算机既显示波形也进行傅里叶变换。频谱线上有一系列峰。计算机自动按从大到小顺序，确定这些峰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。通常最高的峰就是与厚度相应的峰。

5)绘图打印。

4 检测中应注意的问题

1)表面处理。在一些混凝土路面检测中，为提高路面抗滑性能，路面进行的“拉毛”使得路面平整度降低，同时导致微裂隙在路面表面出现。在此类路面检测前，要先使用砂轮将待测点周围磨平，确保待测点周的平整度。否则，传感器与待测面耦合不良，微裂隙的存在使得测试条件难度增加，信号质量不好，杂波出现多，大大降低检测精度。

陶器的制作是一门历史悠久的工艺，在古代，作为生活基础品的陶器，除了作为简单的盛放器皿外，随着历史潮流的发展更迭，在陶器的器型与外在纹样的描绘上都存在着较为明显的时代性。无论是单纯为了实用，或者描绘图腾用以祈求风调雨顺，都是人们对于陶器这一器物的人性温度。说明了手工技艺体现人类文明和人类劳动的本质及其重要性。手艺的实用品格是它最本原也最为重要的本质特征，又如日本学者柳宗悦所说：“实用的工艺是最正宗的工艺。”

2)传感器设计。在用于混凝土厚度测量时，应选择具有较宽频带范围的传感器，以便用于检测不同厚度的混凝土。为确保测试精度，传感器灵敏度应适宜，以突出有用信号，将杂波干扰降至最低。

3)冲击器选择。当混凝土结构的厚度不同时，冲击器冲击的瞬态共振频率是不一样的。当混凝土板较薄时，频率值较高；当混凝土板较厚时，频率值较低。根据机构厚度的不同，选择适宜的冲

击器能有效保证瞬态共振产生的应力波有足够能量，接收的反射波具有较高质量。

4)声速测量。在使用冲击回波法测厚时，声速是影响测量结果的重要因素。一般测量的声速越精确，则测厚结果就越精确。使用较多的声速测量方法有以下几种：a.在已知厚度区域内，使用冲击回波法确定波速，再用该波速检测其他部位；b.混凝土声速还能通过使用冲击回波法来测量P波(与传播方向平行的纵波)波速来确定，结构上任一点的波速均可用此法进行测量；c.混凝土的声速也可以使用超声平测法来测量。

5 IES扫描式冲击回波测试系统

IES(Impact Echo Scanner的简写)扫描式回波冲击系统(见图4)，由美国Olson公司成功研制，是目前最先进的冲击回波测试仪。在该系统中，使用滚动传感器代替了传统的单个传感器，采用的螺线管冲击器能够进行连续冲击，使得检测速度和效率大大提高，作业中的劳动量显著减少。使用该系统，除了具有冲击回波仪器的功能外，还实现了混凝土结构的厚度变化及存在的缺陷三维成像功能，还可用于对混凝土中预应力管中的未灌浆区域进行三维成像等功能。

IES法向对于普通的冲击回波法的优点：使用普通的冲击回波仪器效率低，只能用于对较小、非常关键部位的检测，每小时仅能检测30个～60个点，而IES测试系统的效率高，每小时可检测2 000个～3 000个点。同时，IES测试系统实现了三维成像功能，使得结构缺陷能快速、直观显示。

工程实践表明，IES测试系统能显著提升检测速度和检测效率，还可用于预应力管道灌浆密实度检测，测试结果准确可靠，是混凝土结构无损检测技术的一次飞跃，对确保混凝土结构的安全运行具有积极的推动效果。

6 结语

冲击回波法是一种新型的无损检测方法，广泛用于对路面、护坡、挡土墙、隧道衬砌、大坝等单面混凝土结构的厚度测量。在混凝土结构的无损检测中应用冲击回波法，具有设备简便、检测快速、结果精确、应用广泛等特点，具有极大的推广和应用前景。

[1] 陈 超.冲击回波法检测[Z].2011.

[2] 苏 航,林维正.冲击回波检测方法及其在土木工程中的应用[J].无损检测，2003(2)：77.

[3] 王娴琴.冲击回波法现场检测结构混凝土强度及弹模的试验探讨[J].工程技术(文摘版)，2016(9)：26.

On application of impact echo method in non-destructive detection of concrete buildings

Li Yongping

(JinzhongPlanningandCompilationResearchCenter,Jinzhong030600,China)

The paper indicates the detection principle for the impact echo method, introduces the attentive points in its detection procedure and detection, analyzes the technical advantages of IES scanning impact echo system, and points out the impact echo detection can be adopted in measuring the concrete structure thickness featured with convenience, little interruption, and repetition, so it has broader application.

impact echo method, concrete building, ultrasonic method, sensor

1009-6825(2017)14-0039-02

2017-03-07

李永萍(1969- )，女，工程师，注册规划师

TU317

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