沖擊回波法檢測翼墻面板混凝土內(nèi)部缺陷研究

侯 高 峰

(1.安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院,安徽 合肥 230088； 2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站,安徽 合肥 230088)

沖擊回波法檢測翼墻面板混凝土內(nèi)部缺陷研究

侯 高 峰1，2

(1.安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院,安徽 合肥 230088； 2.安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站,安徽 合肥 230088)

介紹了沖擊回波法的檢測原理，采用該方法檢測了某水閘上游扶壁式翼墻面板混凝土內(nèi)部缺陷，并通過超聲法與鉆孔法，驗(yàn)證了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，指出沖擊回波法是一種能應(yīng)用于水利工程混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的無損檢測方法。

沖擊回波法，翼墻面板，混凝土構(gòu)件，超聲法

0 引言

混凝土材料廣泛應(yīng)用于水利、土木等結(jié)構(gòu)中，由于材料本身特點(diǎn)、施工工藝水平、環(huán)境條件等的影響，可能存在孔洞、裂縫、不密實(shí)等內(nèi)部缺陷[1]。水工混凝土構(gòu)件因其服役環(huán)境相對較為惡劣，如嚴(yán)寒地區(qū)水位變化線附近區(qū)域的混凝土易受凍融侵蝕、港口混凝土易受鹽類離子侵蝕，常受重復(fù)荷載的混凝土構(gòu)件，混凝土內(nèi)部缺陷體現(xiàn)較為明顯，甚至可能產(chǎn)生疲勞破壞。因而，如何快速、準(zhǔn)確地采用無損方法檢測混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部缺陷，是目前工程界急需解決的技術(shù)難題。

1 沖擊回波法檢測原理

沖擊回波法是在混凝土構(gòu)件表面利用瞬時(shí)激振產(chǎn)生低頻的應(yīng)力波[2]，應(yīng)力波傳播到結(jié)構(gòu)內(nèi)部遇到波阻抗有差異的界面時(shí)被反射回來，并在構(gòu)件表面、內(nèi)部缺陷表面和構(gòu)件底部之間來回反射產(chǎn)生縱波共振，通過測試沖擊彈性波引起的振動主頻率比來確定構(gòu)件厚度及其內(nèi)部缺陷位置的方法[3]，詳見圖1。

沖擊回波法測試結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)部缺陷本質(zhì)上是基于測厚的原理，結(jié)構(gòu)構(gòu)件厚度應(yīng)按式(1)計(jì)算：

D=Vp/2f

(1)

其中，D為混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的厚度計(jì)算值;Vp為混凝土表觀波速;f為振幅譜圖中構(gòu)件厚度對應(yīng)的主頻峰值。

如果混凝土內(nèi)部無缺陷，則彈性波遇到構(gòu)件底部后反射回來被傳感器接收；如果混凝土內(nèi)部存在缺陷，如裂縫、夾渣、孔洞等缺陷時(shí)，則彈性波在底部反射回來的彈性波的傳播時(shí)間也會比無缺陷區(qū)的地方長，測試出的厚度變大。同時(shí)根據(jù)主頻和厚度變化情況，可確定混凝土內(nèi)部缺陷區(qū)域。如果要進(jìn)一步分析缺陷的大小等情況，可根據(jù)頻譜圖上的波形進(jìn)行分析。若測試系統(tǒng)具備三維圖、厚度—距離圖分析功能，可結(jié)合測試系統(tǒng)的三維圖、厚度—距離圖分析振幅譜圖中的典型頻率峰。

2 扶壁式翼墻面板混凝土內(nèi)部缺陷檢測

某水閘為大(2)型水閘，上下游翼墻等建筑物級別為2級，上游翼墻為混凝土扶壁式翼墻，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30，翼墻厚0.55 m。

2.1 沖擊回波法檢測

檢測采用美國Olson公司生產(chǎn)的IES掃描式?jīng)_擊回波儀(見圖2),這種沖擊回波儀具有滾動式掃描測試探頭，掃描探頭安裝有可調(diào)沖擊頻率的螺線管電磁自動敲擊振動器和輪式接收傳感器，可沿直線以固定間隔進(jìn)行快速測試，測試效率高[4]。

現(xiàn)場檢測時(shí)，未發(fā)現(xiàn)翼墻混凝土開口裂縫，蜂窩、麻面、露筋等表面缺陷，外觀質(zhì)量良好。將翼墻作為一個(gè)構(gòu)件并劃分為6個(gè)測區(qū)，每個(gè)測區(qū)6條測線，每條測線采集43個(gè)彈性波數(shù)據(jù)，測線間距約為250 mm～300 mm，見圖3。對混凝土表面進(jìn)行簡單清理后，將掃描器緊貼混凝土表面，緩慢移動采集彈性波數(shù)據(jù)。

根據(jù)采集的彈性波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，沖擊回波法檢測結(jié)果表明(如圖4所示)，翼墻混凝土厚度值均勻，無明顯突變點(diǎn)，且均在55 cm厚度處，而實(shí)際測試厚度為55.3 cm。如果混凝土內(nèi)部存在缺陷，彈性波反射會產(chǎn)生明顯的反射延時(shí)現(xiàn)象，導(dǎo)致在厚度方向上產(chǎn)生明顯的偏移現(xiàn)象。通過對沖擊回波的數(shù)據(jù)計(jì)算分析，顯示該翼墻無明顯內(nèi)部缺陷。

2.2 超聲法及鉆孔法檢測驗(yàn)證

目前結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部缺陷檢測只有中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)CECS 21:2000超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程規(guī)定的超

聲法。一般采用超聲法準(zhǔn)確檢測混凝土內(nèi)部缺陷時(shí)，宜采用雙面，但對于水閘的邊墩、翼墻、閘底板、箱涵側(cè)墻等僅具有一個(gè)可供測試的平面的構(gòu)件，其測點(diǎn)布置受到空間限制，利用超聲法在一個(gè)平面上測試其內(nèi)部缺陷顯得不夠理想[5]。由于該水閘翼墻部分沒有回填土，因此采用超聲法進(jìn)行驗(yàn)證。

經(jīng)過超聲法檢測翼墻混凝土共計(jì)60個(gè)測點(diǎn)，平均聲速值4.70 km/s，均方差0.040 km/s，聲速臨界值V0=4.62 km/s，綜合波形、波速及主頻分析，未發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部存在缺陷。超聲法檢測結(jié)果與沖擊回波檢測結(jié)果是一致的。

現(xiàn)場對沖擊回波法測線上的測點(diǎn)，隨機(jī)鉆取3個(gè)直徑為50 mm的芯樣，發(fā)現(xiàn)混凝土較密實(shí)，未發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部缺陷，這與沖擊回波檢測結(jié)果也是一致的。

3 結(jié)語

沖擊回波法檢測扶壁式翼墻面板混凝土內(nèi)部缺陷的結(jié)果與采用檢測領(lǐng)域比較成熟的超聲法、直觀的鉆芯法檢測結(jié)果是吻合，數(shù)據(jù)也是準(zhǔn)確、可靠的。因此沖擊回波法檢測水閘的邊墩、翼墻、閘底板、箱涵側(cè)墻等混凝土內(nèi)部缺陷的方法是可行的[6]，應(yīng)盡快制定相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以便更廣泛的應(yīng)用于工程檢測，更好的監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，為工程結(jié)構(gòu)的診斷、健康修復(fù)及工程質(zhì)量管控服務(wù)。

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[2] 張俊光,張 勇.沖擊回波在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁孔道壓漿質(zhì)量檢測中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸,2015(1)：37-39.

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[6] 楊 智,張今陽,孔楠楠.沖擊回波法檢測混凝土內(nèi)部缺陷[J].中國建材科技,2013(4)：3-5.

Technical specification for inspecting of buttress the wing wall panel concrete defects by impact echo method

Hou Gaofeng1,2

(1.AnhuiandHuaiRiverWaterResourcesResearchInstitute，Hefei230088,China；2.AnhuiProvinceCentreforQualitySupervision&TestofBuildingEngineering，Hefei230088,China)

This paper introduced the detection principle of impact echo method, using this method detected the concrete internal defects of a sluice upstream counterfort wing wall panel, and through the ultrasonic method and drilling method to verify the accuracy of test results, pointed out that the impact echo method was a nondestructive detection method could be applied to internal defects of hydraulic engineering concrete structure.

impact echo method, wing wall panel, concrete member, ultrasonic method

1009-6825(2017)05-0068-02

2016-12-04

侯高峰(1981- )，男，工程師

TV698.15

A