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1、IES扫描式冲击回波测试系统在预应力管道灌浆条件测试的工程应用实例以及分析一、冲击回波技术的简介一、冲击回波技术的简介 IES冲击回波法测试是目前无损检测的最先进的测试手段之一。主要用于连续、快速的测试混凝土板、混凝土路面、飞机跑道、隧道的衬砌、其它混凝土结构的厚度和缺陷（包括孔洞、裂缝、蜂窝），也可对混凝土结构中预应力管内未灌浆区域和灌浆不密实区域进行测试，并能对厚度、缺陷进行二维、三维成像。 冲击回波的测试原理冲击回波的测试原理 当小锤或者冲击器作为激振源在混凝土表面冲击来产生应力波，然后由放置在冲击器附近的接收传感器接收反射回来的压缩波。经过主机分析用于计算混凝土的厚度、探测内部的孔洞、
2、裂缝、剥离等缺陷。 接收器接收到反射波后，通过快速傅立叶转换时间域数据转化为频域数据，然后确定回波的频率峰值f，计算结构的厚度和缺陷D=（b*VP）/2f（其中b是形状系数，对板/墙来说是0.96，对于梁和柱该值更小，根据厚度和宽度的比值确定，VP是压缩波波速。）冲击回波仪器设备冲击回波仪器设备 IES 扫描式冲击回波测试系统是目前最 先进的冲击回波测试仪，由美国Olson 公司首先研制成功，它除了具有一般 冲击回波仪器的所有功能外，不仅加 快了测试的速度、减轻了劳动量，而 且增加了很多新的功能，如对混凝土 厚度变化进行二维、三维成像等先进 的功能。IES 方法相对于普通方法相对于普通IE 冲
3、击回波方法的优点冲击回波方法的优点1. IES 方法采用滚动传感器技术，每一小时可测20003000 个点，可进行大面积普查检测，极大地提高了检测效率。而普通的IE 系统每小时仅可测3060 个点，只能用于测试较小，非常关键的部位。2. IES 方法可沿直线以2.54cm 的间隔进行快速测试，多条测试线组成的所测数据经软件处理可快速形成三维图像，直观显示结构的厚度变化以及缺陷位置及程度。普通IE方法要做到三维成像非常困难，只能通过EXCEL 等形成一些简单的厚度变化图。二、对试块的试验研究二、对试块的试验研究1 模型的制作1.1. 如图所示缺陷模拟图，模拟空洞率最左侧是100%，模拟空管情况。
4、最右侧为0%，模拟灌浆密实情况；中间有9 个递减尺寸泡沫，模拟不同大小的缺陷。1.2. 如图所示，波纹管充分灌浆后，在震荡台上震荡2 分钟，添加水泥浆，反复震荡几次。保证灌浆密实和均匀。无大量气泡冒出，就停止震荡。1.3. 如图所示，模板固定牢固，再用钉子和木条固定好波纹管在板的中央处，量好到模板的左右上下的尺寸，做好标记，准备浇灌混凝土。1.4. 如图所示，浇灌好混凝土，保证混凝土密实和均匀，保证混凝土表面平整、光滑。加水养护。2 测线布置垂直波纹管方向测试：在板表面量出1.21 米的测试区域，每5cm 布一条测线，总共25 条。如图11 所示，红色虚线为管道位置，粉红色实线为测线方向。 测
5、线编号从上到下依次为125。顺沿波纹管方向测试：沿着管道方向布置，在管道中间布置一条，然后左右各相隔5cm 布置两条。每个管道总共5 条测线。如图12 所示，红色虚线为管道位置，蓝色实线为测线方向。测线编号从左到右依次为110。3 数据分析 利用仪器自带的软件，进行数据处理，形成三维测试图形。如图所示：从垂直波纹管方向的采集数据截图看，基本上反映了波纹管的走向以及预埋设的缺陷情况。注浆饱满度越差，测出板的厚度越大，主频也越低，证明波是绕过缺陷传播的。垂直波纹管的方向顺沿波纹管的方向垂直波纹管方向的采集的数据图像比平行波纹管的图像更加清晰些，缺陷位置和大小的分辨率更高些。如果再加密测线的话，其图
6、像会更加清晰，这样可以保证满足检测的需要。从波纹管本身的材料来看，金属管整体成像效果比塑料波纹管成像效果要理想些，主要因为塑料波纹管对声波的吸收、阻尼有一定的作用，并且塑料波纹管由于水化热引起的变形，会影响波信号的传播。三、工程实例1 内蒙古白音华预制梯型箱梁测试工程概况：梯型箱梁梁高1.2m,腹 板高度为0.8m,箱梁梁 长30m测线布置图：1 测试箱梁出浆口的位置的灌浆 情况，测试区域为：长2m， 宽0.8m的矩形区域，如图所 示，从左到右共，从下到上共 扫描21条测线。2 测试箱梁入浆口的位置，与出 浆口在箱梁上的位置对称，测 试区域的面积相同。测试区域 为：长2m，宽0.8m的矩 形
7、区域，从右到左，从下到上共 扫描19条测线。测试结果分析：(1) 出浆口测试区域范围的3D图及正视图 ，如图所示：可能存在灌浆不密实的区域从出浆口测试区域范围的3D及正视图中，可以明显的看出，箱梁内的三条预应力管道的走向以及灌浆的情况。 为了对其怀疑区域进行确认，缩小测试范围加密测线间距，进一步确定缺陷的位置和大小。测线布置为：0.5m0.5m的区域进行测试，每隔5cm扫描一条测线，从左到右，从上到下，共扫描10条测线 ，测试得到的结果图，如图所示： 从图中可以看出，在缩小测试区域，加密测线的范围内，在0.3米高度，横向坐标的37号测线往左段厚度确实明显的增大，预应力管道内灌浆存在不密实的情况
8、。 为了进一步证实IES扫描式冲击回波测试得到的结果，在测试得到的缺陷的位置，凿开混凝土，露出管道内的灌浆情况，如图所示 ：IES的测试结果完全可以反映预应力管道内的灌浆情况，在缺陷的位置，预应力管道内的灌浆存在不密实的情况，露出钢筋束，并且钢筋束已经腐蚀生锈，管内只在底部有少量的灌浆，其他部位均为空的 ，实际的图片中可以明显的看出。(2)入浆口的测试结果图：从图中可以看出预应力管道的走向以及内部的灌浆情况，管道内的灌浆相对密实，没有发现明显的缺陷位置。 2 中铁某局在广州江高镇T型梁厂测试工程概况： 预制T 梁设计跨度为50m，梁高2m， 腹板厚度20cm。全景图如右图所示。 混凝土强度等级
9、采用C55；纵向预应 力筋采用抗拉强标准值为1860MPa 的钢绞线，张拉锚固体系采用群锚体 系；预应力管道采用抽拔F 85mm金 属管形成，内压M40 水泥净浆。比对方法和目的：分别在两片梁（灌浆和未灌浆）的同样位置，规划一样大小的区域，比对灌浆前后的效果测线布置图： 规划好要测试的腹面部位后， 画出1.1x 1 米测试范围，并 每隔10 厘米标出每条测线。 这个测试范围包含三条预应 力管。如右图所示。测试结果的分析：(1) 单条测线实测厚度值图形空管实测厚度灌浆7天后，灌浆管实测厚度(2) 三维图形及俯视图显示管道未灌浆的测试3D图及俯视图管道灌浆测试3D图及俯视图从未灌浆管道和灌浆管道的
10、IES测试数据三维图可以看出，厚度值的变化基本上反应了测线位置预应力管的具体位置和梁厚度的实际情况 。在3D图以及俯视图上，可以清晰看出红色的预应力管的具体位置以及走向 。3 河北邢台某梁厂普通的翼型梁，梁高1.2m，测试腹板的高度为0.9m，腹板厚度为2025cm。现场工程概况，如图所示。灌浆出浆口情况分两种：普通灌浆出浆口(手动)，真空灌浆出浆口比对目的：比对普通灌浆出浆口，与真空灌浆出浆口的灌浆密实情况。测线布置如图所示：测试结果的分析：普通灌浆出浆口三维及俯视图真空灌浆出浆口三维及俯视图4 湖南省长湘高速开发有限公司梁厂 本梁场主要生产29 米预应力 混凝土先简支后结构连续T 梁 （单
11、幅桥宽16.75 米）。预制 梁长：中跨为29.30 米，边跨 为29.57 米，预制梁高：2.0 米，梁腹板厚由侧边50 厘米 向中心部分25 厘米渐变。侧 翼厚度为18cm。预制T 梁采 用C50 混凝土，预应力钢筋采用抗拉强度标准值pk f =1860MPa，公称直径d=15.2mm 的低松弛高强度钢绞线。测线布置：第一片梁：测试腹面距离出浆口位置50cm 位置，面向灌浆口方向，腹板厚度从50到32cm 渐变，规划2 米长1.2 米宽的测试范围，测线间距为：10cm，腹面包含两条波纹管位置，此波纹管未灌浆，混凝土梁已预制27 天。实测21 条测线。第二片梁：测试腹面距离出浆口位置100c
12、m 位置，面向灌浆口方向，腹板厚度从48 到32cm 渐变，规划3 米长1.5 米宽的测试范围，测线间距为：20cm，腹面包含两条波纹管位置，此波纹管已灌浆七天，混凝土梁已预制35 天。实测16 条测线。第三片梁：测试腹面距离出浆口位置200cm 位置，面向灌浆口方向，腹板厚度从42 到32cm 渐变，规划1 米长1 米宽的测试范围，测线间距为：10cm，腹面包含两条波纹管位置，此波纹管未灌浆，混凝土梁已预制28 天。实测10 条测线。现场测试图片：测试结果的分析：第一片梁的测试三维图形第二片梁的测试结果本实例与前几个实例不同，因为它腹板检测区域厚度是渐变的，所以从3D 图上很难分辨出波纹管的
13、位置和走向，只能反映出被测区域的厚度值的变化范围，要想得到更多的关于波纹管灌浆情况的信息，要对测试结果进行进一步的分析。应用TOMOgram软件做等厚度处理后的图形：第一片梁做等厚度处理后的图形，从图中可以看出波纹管的走向和位置(蓝色区域)以及灌浆管内的缺陷(深蓝色区域)第二片梁测试结果做等厚度处理后的图形，从图中可以看出，蓝色的部分是可以怀疑的不密实区域，需要对其进行进一步的测试来确定。第三片梁的测试结果图：从图中可以很清晰的看出管的走向与位置综上工程实例，可以看出：从以上结果分析看，IES 是能够对T 型梁进行预应力管道灌浆的密实度进行测试和评价的。但使用IES 测试时须满足：先预知预应力管的基本走向；测试表面尽可能平滑，表面的麻面、凹凸不平会造成噪声，影响测试精度。在厚度均等的测试腹面时，我们可以直接使用3D 成像，用厚度来描述预应力管道的内部情况，从而评价预应力管道的灌浆情况。但使用IES 测试厚度不均匀或者侧面底部不是平板面的时候，3D 图像只能基本显示被测腹板的厚薄变化趋势，这就需要使用tomogram 软件做等厚度处理后的等效图来解析，才能具体判断出管道方向和位置，从而分析出缺陷位置和大小。
