冲击回波法检测翼墙面板混凝土内部缺陷研究

侯 高 峰

(1.安徽省·水利部淮委水利科学研究院,安徽 合肥 230088； 2.安徽省建筑工程质量监督检测站,安徽 合肥 230088)

冲击回波法检测翼墙面板混凝土内部缺陷研究

侯 高 峰1，2

(1.安徽省·水利部淮委水利科学研究院,安徽 合肥 230088； 2.安徽省建筑工程质量监督检测站,安徽 合肥 230088)

介绍了冲击回波法的检测原理，采用该方法检测了某水闸上游扶壁式翼墙面板混凝土内部缺陷，并通过超声法与钻孔法，验证了检测结果的准确性，指出冲击回波法是一种能应用于水利工程混凝土结构内部缺陷的无损检测方法。

冲击回波法，翼墙面板，混凝土构件，超声法

0 引言

混凝土材料广泛应用于水利、土木等结构中，由于材料本身特点、施工工艺水平、环境条件等的影响，可能存在孔洞、裂缝、不密实等内部缺陷[1]。水工混凝土构件因其服役环境相对较为恶劣，如严寒地区水位变化线附近区域的混凝土易受冻融侵蚀、港口混凝土易受盐类离子侵蚀，常受重复荷载的混凝土构件，混凝土内部缺陷体现较为明显，甚至可能产生疲劳破坏。因而，如何快速、准确地采用无损方法检测混凝土结构构件内部缺陷，是目前工程界急需解决的技术难题。

1 冲击回波法检测原理

冲击回波法是在混凝土构件表面利用瞬时激振产生低频的应力波[2]，应力波传播到结构内部遇到波阻抗有差异的界面时被反射回来，并在构件表面、内部缺陷表面和构件底部之间来回反射产生纵波共振，通过测试冲击弹性波引起的振动主频率比来确定构件厚度及其内部缺陷位置的方法[3]，详见图1。

冲击回波法测试结构或构件内部缺陷本质上是基于测厚的原理，结构构件厚度应按式(1)计算：

D=Vp/2f

(1)

其中，D为混凝土结构构件的厚度计算值;Vp为混凝土表观波速;f为振幅谱图中构件厚度对应的主频峰值。

如果混凝土内部无缺陷，则弹性波遇到构件底部后反射回来被传感器接收；如果混凝土内部存在缺陷，如裂缝、夹渣、孔洞等缺陷时，则弹性波在底部反射回来的弹性波的传播时间也会比无缺陷区的地方长，测试出的厚度变大。同时根据主频和厚度变化情况，可确定混凝土内部缺陷区域。如果要进一步分析缺陷的大小等情况，可根据频谱图上的波形进行分析。若测试系统具备三维图、厚度—距离图分析功能，可结合测试系统的三维图、厚度—距离图分析振幅谱图中的典型频率峰。

2 扶壁式翼墙面板混凝土内部缺陷检测

某水闸为大(2)型水闸，上下游翼墙等建筑物级别为2级，上游翼墙为混凝土扶壁式翼墙，混凝土设计强度等级为C30，翼墙厚0.55 m。

2.1 冲击回波法检测

检测采用美国Olson公司生产的IES扫描式冲击回波仪(见图2),这种冲击回波仪具有滚动式扫描测试探头，扫描探头安装有可调冲击频率的螺线管电磁自动敲击振动器和轮式接收传感器，可沿直线以固定间隔进行快速测试，测试效率高[4]。

现场检测时，未发现翼墙混凝土开口裂缝，蜂窝、麻面、露筋等表面缺陷，外观质量良好。将翼墙作为一个构件并划分为6个测区，每个测区6条测线，每条测线采集43个弹性波数据，测线间距约为250 mm～300 mm，见图3。对混凝土表面进行简单清理后，将扫描器紧贴混凝土表面，缓慢移动采集弹性波数据。

根据采集的弹性波数据进行分析处理后，冲击回波法检测结果表明(如图4所示)，翼墙混凝土厚度值均匀，无明显突变点，且均在55 cm厚度处，而实际测试厚度为55.3 cm。如果混凝土内部存在缺陷，弹性波反射会产生明显的反射延时现象，导致在厚度方向上产生明显的偏移现象。通过对冲击回波的数据计算分析，显示该翼墙无明显内部缺陷。

2.2 超声法及钻孔法检测验证

目前结构混凝土内部缺陷检测只有中国工程建设标准化协会标准CECS 21:2000超声法检测混凝土缺陷技术规程规定的超

声法。一般采用超声法准确检测混凝土内部缺陷时，宜采用双面，但对于水闸的边墩、翼墙、闸底板、箱涵侧墙等仅具有一个可供测试的平面的构件，其测点布置受到空间限制，利用超声法在一个平面上测试其内部缺陷显得不够理想[5]。由于该水闸翼墙部分没有回填土，因此采用超声法进行验证。

经过超声法检测翼墙混凝土共计60个测点，平均声速值4.70 km/s，均方差0.040 km/s，声速临界值V0=4.62 km/s，综合波形、波速及主频分析，未发现混凝土内部存在缺陷。超声法检测结果与冲击回波检测结果是一致的。

现场对冲击回波法测线上的测点，随机钻取3个直径为50 mm的芯样，发现混凝土较密实，未发现混凝土内部缺陷，这与冲击回波检测结果也是一致的。

3 结语

冲击回波法检测扶壁式翼墙面板混凝土内部缺陷的结果与采用检测领域比较成熟的超声法、直观的钻芯法检测结果是吻合，数据也是准确、可靠的。因此冲击回波法检测水闸的边墩、翼墙、闸底板、箱涵侧墙等混凝土内部缺陷的方法是可行的[6]，应尽快制定相关规范和技术标准以便更广泛的应用于工程检测，更好的监测混凝土结构的耐久性，为工程结构的诊断、健康修复及工程质量管控服务。

[1] 陈 杰.水工混凝土常见缺陷的预防与处理[J].科学咨询(科技·管理),2013(7)：91.

[2] 张俊光,张 勇.冲击回波在预应力混凝土桥梁孔道压浆质量检测中的应用[J].内蒙古公路与运输,2015(1)：37-39.

[3] 谭献良,王建平.冲击回波法检测预应力孔道灌浆质量技术研究[J].铁道建筑,2010(8)：49-52.

[4] 姚 华,黄福伟,唐钰升.扫描式冲击回波法检测预应力管道灌浆质量的模型试验研究[J].公路交通技术,2009(1)：50-52，61.

[5] 张青松.利用冲击回波法检测水闸边墩混凝土缺陷[J].治淮,2005(9)：37-38.

[6] 杨 智,张今阳,孔楠楠.冲击回波法检测混凝土内部缺陷[J].中国建材科技,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，工程师

TV698.15

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