在本文中，我们将简要介绍和讨论Impact-Echo(即)混凝土结构的试验方法。该方法已被证明是非常有用的，从一侧评估混凝土元素的厚度(如隧道衬砌，涵洞墙，桥梁桥台)，确定深度和位置的次表面缺陷(如裂缝，空洞，蜂窝状，脱粘)的混凝土，和估算表面裂缝的深度。该测试方法于1998年首次被美国测试材料协会(ASTM C 1383)“使用冲击回声法测量混凝土板p波速度和厚度的标准测试方法”作为标准测试程序采用。
影响回波
影响回波是一种用于混凝土和砌体结构完整性测试的无损检测(NDT)方法。这种方法最初被开发用来定位板状混凝土结构(如桥面、挡土墙和板)中的缺陷和空洞。冲击回波测试的基本工作依据是产生压力波通过对混凝土构件表面的短时间机械冲击。接着，通过适当的换能器(例如压电式加速度计或地震检波器)记录来自内部界面(混凝土-裂缝、混凝土-空气、混凝土-钢筋)或外部边界(回声)的应力波的机械冲击、反射和折射。在时域和频域对反射图进行了分析。
该测试方法于1998年首次被美国测试材料协会(ASTM C 1383)”用冲击回声法测量混凝土板的纵波速度和厚度的标准试验方法．”
冲击回波法可用于厚度评价，亚表面缺陷的定位,裂纹深度估计在各种类型的具体的元素如:
- 文物/新建筑物(挡土墙、砖石墙、楼板、柱、梁)、
- 桥梁及涵洞(桥面、桥台、桥墩、涵洞墙)、
- 堤坝(挡水墙、坝顶、溢洪道、水闸)、
- 隧道(隧道衬砌段)和
- 近海建筑物(海堤)。
应力波如何在混凝土内部传播?
当在混凝土表面施加短时间的冲击时，施加的扰动(应力)通过构件传播。的波传播通过三种主要类型的波的传播发生:初级(压缩)波或p波，次级(剪切)波或s波，瑞利(表面)波或r波。当P波和S波沿不断扩大的球形波面进入混凝土时，r波沿“近表面”从撞击点传播出去。当P波和S波在混凝土单元内传播时，它们被内部缺陷或外部边界反射。冲击回波测试通常是针对反射的纵波，因为与其他波形(如横波)引起的位移相比，纵波引起的位移要大得多。
如何确定纵波速度?
的纵波速度(VP）可以确定在特定距离(150毫米和5毫米直径的冲击器)由两个传感器在已知距离(~300毫米)沿混凝土表面线性定位的短时间机械冲击。然后，通过将两个传感器之间的距离除以产生的p波的相对到达时间，就可以计算出p波速度。
影响回声是如何工作的?
冲击-回波测试的概念在图吹中得到了说明。冲击回波测试系统主要由三个主要部分组成撞击器,一个传感器和一个数据记录系统．冲击源是一个大小不同的小钢球，能够产生不同的短时间的冲击。为了进行测试，冲击器在混凝土单元表面的一个单点上施加一个脉冲。产生的应力波(纵波、横波和r波)向四面八方传播到混凝土介质中;并在测试位置和所有现有边界和接口之间来回移动。这些回声到达混凝土构件的表面会引起位移。
由于纵波传播速度快、振幅大，反射波到达地表引起的位移主要由纵波到达地表引起的位移所主导。与p波相关的后续位移是用位于撞击点附近的灵敏传感器测量的。换能器将测量的位移转换为振幅与时间的模拟信号，称为“波形”。波形由数据记录系统记录，然后进行时域或频域的数据分析。
与产生的振幅谱中的峰值相关的频率归因于波形中的主导频率，这些频率用于计算混凝土构件的厚度和/或内部缺陷(例如，裂缝、空洞、分层等)。已知纵波速度(VP)，峰值频率(f)，单位为Hz，到反射界面(混凝土背面和/或缺陷)的距离(T)可计算为:
冲击回波法的应用
冲击回波是一种非常实用的测试解决方案，在混凝土结构状态评估中有着广泛的应用。该测试可用于:
1.估算混凝土构件的厚度
冲击回波被工程师广泛用于评估混凝土构件的厚度。这在具有单边访问(Single Side access)的具体元素中特别重要，例如:
- 隧道衬里:隧道衬砌厚度测量是隧道衬砌质量控制的关键环节。它也是结构评价的一个重要参数。
- 树干下水道:在主干渠中，IE可以帮助工程师估计现有衬里的厚度。这变得非常具有挑战性，因为涉及到岩心钻进的侵入式方法既不安全也不划算。此外，在高静水压的浅层段始终存在取心风险。
- 具体的坦克:测试工业化学过程中使用的混凝土罐通常具有挑战性。这类设施的维护经理通常有非常短的停机时间，而且进入储罐的许可并不总是实际的(除非在必要的维护周期内)。IE可以从外表面测量厚度和质量评估。
2.定位地下缺陷
IE可用于评估混凝土构件的某些缺陷。IE可以找出以下缺陷:
- 分层:IE方法可用于检测地下渐进缺陷，如混凝土桥面、停车场板和混凝土罐的钢筋腐蚀导致的分层。
- 蜂窝:IE是新工程质量控制和质量保证的重要工具。IE可用于混凝土中蜂窝的定位。
- 缺陷/空间/脱胶:可在不同的结构构件上使用IE，以确定普通、钢筋和后张混凝土结构的内部缺陷(例如缺陷和空隙)的位置和深度，以及脱粘，包括:
- 板(石板，人行道，墙，甲板)，
- 层状板(混凝土与沥青覆盖)，
- 柱和梁(圆，方，矩形和许多I和T横截面)，和
- 空心圆筒(管道、隧道、矿井衬垫、储罐)。
3.估计裂纹深度
IE方法也可用于估计混凝土构件中直、斜或弯曲表面开口裂缝的深度(D)。在这种情况下，冲击回声法基于两个换能器工作。冲击器产生的纵波在冲击器和换能器之间沿最短轨迹传播。然后利用数学方程估计了表面张开裂纹的深度。
实际考虑
像所有其他无损检测方法一样，IE在特定的现场条件下也有其实际的挑战。冲击回声法对混凝土构件进行状态评估时，应考虑以下因素:
- 影响接触时间:钢球直径越小，接触时间越短，因此频率范围越高。一般来说，高频范围分量与纵波在较浅深度的传播有关。因此，直径较小的钢球更适合产生较浅深度下混凝土扫描所需的频率分量。
- 传感器与撞击点的距离:冲击点到换能器的距离应在待测最浅反射界面深度的20% ~ 50%之间。如果接收器被放置的距离撞击点太远，波形将包括反射横波的影响，除了反射纵波。
- 新浇混凝土测试:对新混凝土的冲击-回声试验结果的准确性有一些担忧。然而，冲击-回声法已经成功地应用于现有结构。
- 环境的影响应特别注意周围的环境。如果基岩或下垫板的刚度与混凝土主单元的刚度非常接近，则会影响该方法的精度。
- 沥青加铺混凝土桥面试验:使用冲击回波法检测沥青覆盖层混凝土甲板的分层高度局限于低温，当沥青的刚度显著高。
- 分层区域的边界:分层区域边界的检测需要使用更细的测试网格。
- 粗糙的混凝土表面:冲击回波试验不能在碎石等粗糙表面等开放纹理混凝土上进行。在这种情况下，应用研磨机将待测混凝土表面打磨光滑。
- 大桥上:对于复盖桥面，利用冲击回波技术进行地下测绘较为复杂。测试方法不能评估覆盖层剥落区域的桥面状况。
- 边界效应:几何和边界效应，特别是结构元素，如大梁、桥墩和桥墩帽，可能会影响冲击回波测试结果的准确性。
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