IES扫描式冲击回波测试系统的详细介绍

扫描式冲击回波测试系统IES，主要应用于具备平整测试表面的大型板状混凝土结构的厚度

及内部缺陷检测，并能对测试结果进行二维及三维成像，直观显示结构的厚度及内部缺陷情况。

应用范围：

● 混凝土板、混凝土路面、桥面、飞机跑道厚度及内部缺陷的快速检测

● 隧洞二衬的厚度、内部缺陷的快速检测

● 桥梁预应力管道灌浆饱满度情况的快速检测

仪器组成:

（1）Freedom Data PC 数据采集单元

● 高亮度彩色LCD，在强光下和夜晚均可使用

● 内置锂电池可连续使用8～12小时，也可使用110/220V交流电源或12V直流电源

● 插件式多通道数据采集模块，可跟不同传感器组合形成多种测试系统

● 防震、防水设计，适合现场恶劣环境

● 10/100MB LAN、USB、CRT，串/并口

● 模拟/数字16通道PCI数据采集卡

● 120GB硬盘及外置DVD-RW

● National Instruments short-form PCI 16位A/D卡

● 采样率：每个通道1M/秒，16通道可同样按此速率采样

● 增益范围：×1至×8000标准

● 频率范围：DC-500000Hz

（2）IE Scanner扫描式冲击接收单元

● 内置螺线管冲击器

● 带有6个位移传感器的滚动传感器测试轮

● 一体化的冲击器单元及接收器单元，使得测试非常快捷

● 带有微型麦克风，方便通过声音辨析浅的缺陷

● 带有1.5米长可调节延长杆，非常便于地面和顶面测试

仪器技术规格：

● 测试厚度范围：9～100cm；

● 测试精度：2%（需标定出准确波速并测试平整密实的混凝土板结构）；

● 测试速度：慢速步行的速率；

● 滚动传感器，每隔1英寸进行一次测量；

技术优势：

● 测试时不需要耦合剂；

● 测试时只需要一个测试面；

● 测试时不受钢筋影响；

● 测试效率很高，一小时可有3000个点的测试数据；

● 对表面有油漆或粘结良好的瓷片，同样可以测试；

● 对板厚度或内部缺陷可进行三维成像，更直观显示缺陷

冲击回波的测试原理

    如下图所示:用小锤或冲击器作为激振源在混凝土表面敲击产生压缩波，然后用放置在冲击器附近的接收传感器接收从结构底面或者缺陷处反射回来的压缩波。在已知压缩波波速的情况下，经过信号转换及分析处理来计算混凝土的厚度、探测内部的孔洞、裂隙、剥离等缺陷。冲击回波测试厚度方法符合美国ASTM Standard C1383-2002规范，另外，美国混凝土协会ACI也把冲击回波方法列为确定孔洞、蜂窝、裂缝、分层等缺陷的方法之一（ACI 228.2R-98）。

接收器接收到反射波后，通过快速傅立叶转换把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。）如右图所示：

IES 扫描式冲击回波方法相对于普通IE 单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2000－3000 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30－60 个点，只能用于测试较小，非常关键的部位。

2. IES 方法可沿直线以一英寸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。

案例分析

1、铁路T梁案例

在中铁某局预制梁厂，预制T 梁设计跨度为50m，梁高2m，腹板厚度20cm。

混凝土强度等级采用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：分别在三片梁（灌浆7 天、28天和未灌浆）的同样位置，规划一样大小的区域，

用IES扫描式冲击回波测试系统进行测试；

目的：比对灌浆前后的测试效果。

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。如左图所示。

测试效果分析：

(1)    未进行灌浆的T梁腹板，单条测线实测厚度值图形

在左边的厚度图里，在三条管道的位置，计算厚度明显变大，达到25cm左右。其他位置的厚度大概在20cm左右，与腹板的实际厚度相符。

已灌浆7天的T梁腹板，单条测线实测厚度值图形

我们看到，在管道位置，由于只有七天龄期，管道内净浆强度估计只有M30左右，强度没有管道外混凝土腹板强度高，所以测出来的计算厚度偏大，只有22cm左右，没有空管那么明显。管道外的腹板测出来的厚度大概在20cm左右，与腹板的实际厚度相符。

（3）已灌浆28天的T梁腹板，单条测线的实测厚度数值图形

我们可以非常清楚的看到，沿着测线方法，所有的测点基本都在一条直线上，计算厚度都在19.8~21cm之间，与T梁腹板的厚度相符。管道内部的净浆强度已足够，灌浆效果非常好。

三维成像效果：

把所有测线数据用IES软件进行三维成像处理，效果图如下：

从管道未灌浆的T梁腹板和管道已灌浆7天的T梁腹板的IES测试数据三维图可以看出，厚度值的变化基本上反映了测线位置预应力管的具*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*置以及走向。而管道灌浆已28天的T梁（抽拔棒形成管道）的三维图，基本看不出来管道的位置和走向。三种情况比较起来，未灌浆孔道明显，已灌浆7天次之，灌浆时间已达28天的基本看不出来。

2、公路预制梯型箱梁检测案例：

梯型箱梁梁高1.2m,腹板高度为0.8m,梁长30m。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，测试顺序从左到右，共扫描测试了21条由下自上的测线。

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。其中二条管道的开始位置可能存在灌浆不密实区域。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：0.5m×0.5m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：

从上图可以看出，在缩小测试区域并加密测线的区域内，在0.3米高度，横向坐标5~37cm区域的管道处厚度确实明显增大，预应力管道内灌浆存在不密实的情况。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，在三维图显示缺陷的位置，钢筋束已经腐蚀生锈，管内只在底部有少量的灌浆，其他部位均没有浆体包裹，存在压浆严重不密实那个。如下图所示 ：

总结：

1、扫描式冲击回波方法可以快速准确的测试板状混凝土结构的厚度及内部缺陷情况；

2、扫描式冲击回波方法可以测试预应力管道压浆饱满度情况，并能通过三维图只管显示缺陷所在的位置。

3、扫描式冲击回波方法要求测试表面尽可能平整光滑，蜂窝麻面会影响冲击器敲击结构表面，并且影响接收传感器很好的接收回波信号，造成数据失真。