土木工程质量无损检测技术-冲击回波

Trip3124 · 发表于 2014-10-13 16:33:36

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钢筋混凝土结构桥梁安全性检测主要集中在强度、密实度、均匀性、钢筋保护层厚度、钢筋腐蚀以及损伤情况。针对上述检测指标国内外开发了多种专项检测仪器，其技术基础分为电磁波(雷达扫描成像)和声波(超声波/冲击回波)两大类。雷达扫描成像检测仪器研发成本高昂，价格在50到100万人民币不等，市场基本由进口产品占领，国内鲜有企业涉足。另外，混凝土结构中的钢筋对成像有较大影响，其在钢筋混凝土结构桥梁缺陷检测中的适用性还有待商榷，主要用于厚度测试。

声波类检测仪器分为超声波和冲击回波两类。

(1) 超声波类：超声波检测仪开发成本低、技术门槛低，国内研发、生产企业众多，主要代表公司有汕头超声电子、北京智博联、四川升拓和武汉岩土等，价格约在3万人民币左右。这一类产品基本实现了全部国产化，但是高端产品依然需要进口，例如相控阵。由于技术门槛低，国内企业抄袭现象严重，恶性价格竞争趋势比较明显。

(2) 冲击回波类：冲击回波检测技术是钢筋混凝土结构构件缺陷检测中最先进的技术，在欧美等发达国家应用成熟，并研发了相关检测仪器，主要代表公司有美国Olson公司、美国Impact-Echo公司、美国QUALITEST公司及丹麦的GERMANN公司，价格在30到50万人民币不等。其中以美国Olson公司的IES扫描式冲击回波检测系统最为先进，该系统与其它进口产品相比主要是扫描车快速自动扫描，其它产品还需靠人工手动敲击产生信号。冲击回波检测仪器研发与应用近几年才受到国内重视，调查显示，目前国内仅3家企业有3 ~ 4款冲击回波技术的相关产品。这些产品均不能实现快速自动扫描，依旧需要靠人工手动敲击产生信号，与传统超声波检测仪器相比仅有数据处理软件有所改进，与进口产品相比并无竞争优势，尤其是IES扫描式冲击回波检测系统。针对这一局面，国内已有公司开发了一款先进的扫描式冲击回波仪，目前该系统处于调试阶段。

总体来说，当前国内桥梁无损检测仪器行业面临问题较多。市场方面规划化不够，竞争无序，低端产品恶性价格竞争趋势明显，高端产品由进口产品把持；技术方面研发能力、创新能力严重不足，先进技术消化、吸收不够，走入抄袭、仿制的恶性竞争怪圈中。

冲击回波技术

上世纪80年代中期美国康奈尔大学Sansalone博士首次提出了冲击回波检测法，并在1992年研发了首款现场检测仪器，随后被广泛应用到钢筋混凝土结构构件质量检测中。经过30多年的发展，冲击回波检测仪器研发在国外已经达到较高水平，典型代表是美国Olson公司研发的IES扫描式冲击回波检测系统。80年代末，南京水利科学研究院仿制了首款冲击回波检测仪，但由限于当时理论水平不完善并未得到广泛应用，黯然退出市场。2008年，四川升拓检测技术有限责任公司基于冲击回波检测技术研发了一款检测仪器，但检测方式仍旧使用原始的单点、手动敲击检测，未形成完整的系统，检测效率依旧很低。
图1(a)为冲击回波检测技术原理示意图，人工或机械装置敲击被检测构件产生一个脉冲声波信号，声波信号在构件内传播，当信号遇到构件内部缺陷(如空洞、剥离层、疏松层、裂缝等)表面或底部边界时发生反射，反过来又被检测面的表面反射回内部，从而再一次被构件内部缺陷表面或底部边界反射，多次来回反射产生瞬态共振条件，置于敲击面传感器可以接收这些反射到检测面的信号，将这些信号进行记录、处理分析即可获取被检测构件厚度、内部缺陷特征。图2.2(b)为传统超声波检测技术原理示意图，声波信号由压电传感器在被检测构件的一面发出、透过构件内部缺陷，由置于构件另一侧的传感器记录信号，将这些信号进行处理也可以获得内部结构缺陷特征。在钢筋混凝土结构构件检测中，与传统的超声波检测技术相比，冲击回波检测技术的优点是单面检测；由于冲击回波检测技术发射信号频率低，能量散射小，因此冲击回波检测技术另一优点是检测厚度大；冲击回波检测技术由于接收信号能量大、频率低，在检测面产生振动所以不需要耦合剂，操作方便；研究还表明，冲击回波检测结果受混凝土结构材料组分和内部结构状况差异的影响小。

冲击回波技术应用

冲击回波检测技术可以广泛应用到钢筋混凝土结构厚度、内部缺陷检测，如路面、机场跑道、底板、护坡、挡土墙、筏型基础、隧道衬砌、大坝等只适于单面检测的构件。除此之外，该技术更重要的应用是桥梁检测，可以用于桥梁混凝土强度与损伤层分布检测、桥梁钢筋保护层厚度与内部缺陷(裂缝、密实度、孔洞、蜂窝、弥析程度等)检测、桥梁预应力管道注浆密实度检测、桥梁基桩内部缺陷、断层和缩颈检测。目前在国外已经广泛应用到混凝土结构构件的检测中，并且针对冲击回波技术在混凝土结构构件检测的应用，美国材料试验协会(ASTM)制定了相关标准—混凝土结构评估的无损检测方法(ACI228.2R-98 Nondestructive Test Methods for Evaluation of Concrete in Structures)和声测法测量混凝土桥面板分层执行标准(D4580 Standard Practice for Measuring Delaminations in Concrete Bridge Decks by Sounding)。国内，冲击回波检测技术近十年来才开始受到关注，目前也被大范围应用到桥梁、地铁隧道等混凝土结构构件质量检测中，但并未针对冲击回波检测技术制订相关标准，执行标准多以通用的《公路工程质量检验评定标准》(JTJ 071-98)为主。