CN108469364A - 水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置及方法，本发明可研究逐块进行不同龄期、多种无损检测方法对混凝土病害缺陷跟踪测试，筛选出技术先进、适用、效果良好的无损检测方法和相应的检测技术、仪器设备、资料处理解释方法以及有效检测时段。通过试验可系统地获取各类缺陷在不同条件下的无损检测反映特征的“正演”图谱，特别是在混凝土强度成长期的变化特点及规律。这些成果不仅可满足工程建设质量检测的需要，还可达到指导国内外今后水工混凝土质量无损检测的目的。

Description

水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置及方法。

背景技术

混凝土是目前大坝工程建筑中最主要的结构材料之一，由于设计、施工质量控制不严、自然灾害或结构老化等原因，混凝土结构在施工及使用过程中不可避免地存在如裂缝、蜂窝、架空、裂缝、冷缝等损伤，危及整个结构的安全，混凝土质量检测己成为水工建筑的重要课题。据不完全统计，我国3100多座大中型水库大坝、9万多座小型水库大坝中，有不同程度病险问题的占到36％。这些病险问题的程度如何？随着时间的推移，这些病险问题是否稳定？我们不得而知。为了应用损伤断裂力学理论对结构作强度分析和校核，并为改建、加固设计提供基本的强度参数和其它设计依据，必需探明损伤的部位、大小、性质及随时间推移的变化情况。

水工新混凝土质量的检测方法目前有两大类：一类是取芯法，通过现场取芯和室内试验获取混凝土强度及内部缺陷的方法，直接可靠，但是一种有损方法，易打断内部钢筋，破坏混凝土的原有结构，并且是一种以点代面的方法，不利于整体规律及均匀性检测，难以客观、全面地反映混凝土整体质量；二类是地球物理无损检测方法，它是一种根据混凝土中弹性波或电磁波的波形、频率、相位和时间等特征来获取混凝土物性参数及内部缺陷的方法，适应于各深度、整体规律及均匀性检测，具有快捷、高效、经济且不破坏检测物原有结构等优点，并可进行面积性或网格状检查。目前，物理检测法作为一种无损检测方法已被广泛应用于混凝土工程质量的检测中。

水工旧混凝土的健康诊断，现阶段预埋安装各种监测仪器进行定期、定时观测，是大坝安全监测的主要方法，但由于大坝发生问题的部位不一定是预先埋设安装监测仪器的部位，且埋设于大坝内部的仪器也有一定的使用寿命，因此这种预埋仪器的安全监测存在着局限性。于是在进行仪器监测的同时，国内外开始增加对大坝的巡视检查。巡视检查在很大程度上弥补了仪器监测的局限性，但由于这种检查主要是进行外部表面检查，仍然难以发现坝体内部存在的安全问题。因此，地球物理无损检测手段，可以作为大坝安全监测的必要补充。一是出现偶发、突发事故时，无损检测手段运用检测混凝土的破坏情况检测；二是作为定期检测，采用时间推移技术，了解混凝土健康的动态变化、甚至发现存在的缺陷。

由此可见，地球物理无损检测在水工混凝土新建工程质量控制、施工验收，事故处理，旧建筑物安全性鉴定、进行维修与加固等方面可以发挥重要的作用。根据《水利水电工程物探规程》(SL 326-2005)、《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS 21:2000)等规程规范，检测混凝土强度、缺陷和混凝土内钢筋分布情况包括声波法、超声回弹综合法、声波CT、钻孔电视、探地雷达和超声横波反射法等。

为了了解各种地球物理无损检测方法在水利水电工程混凝土检测的适应性情况，有必要建立物理试验模型对理论进行验证与分析。2010年，张建清等发表了一篇题为“长江三峡工程混凝土质量无损检测模型试验研究与应用”的文章，该文章建立专门用于三峡工程混凝土无损质量检测的1:1物理试验模型，该模型在推广三峡工程混凝土无损检测技术方面起到了重要作用，但也存在不足之处。一方面，该模型是为三峡工程专门定制的，不具有普遍适用性，无法将其推广应用于其他工程；另一方面，受当时施工水平限制，模型体积较小(10m×10m×1.5m)，缺陷位置与模型的边界距离较近，对于无损检测方法来说，容易产生边界效应，模型制作不理想。

发明内容

本发明为了解决长江三峡工程混凝土质量无损检测模型存在的不足，提出了一种水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置及方法，本发明能够满足地质雷达法、垂直声波反射法、脉冲回波法、声波法、超声横波反射法等方法的无损检测要求，有利于混凝土缺陷的多方面、全方位研究，能够指导国内外水工混凝土质量无损检测。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置，包括水工混凝土载体，所述水工混凝土载体中埋设有模拟架空、蜂窝、离析、冷缝或裂缝的缺陷模型单元中的至少一个或多个。

进一步的，所述水工混凝土载体同时埋设有模拟架空、蜂窝、离析、冷缝和裂缝中的至少两种缺陷模型单元。

进一步的，所述水工混凝土载体内还埋设有钢管和注水管，钢管模拟风钻孔，注水管延伸至缺陷模型单元，向模拟架空的缺陷模型单元提供注水。

进一步的，所述水工混凝土载体由下列组分混合制备而成：骨料、水泥和砂，其配合质量比与待检测的水工混凝土一致。

优选的，所述水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置体积大小为(15m×15m×2.0m)。

上述水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置的制备方法，包括以下步骤：

确定待模拟的缺陷模型单元类型、数量、埋深与位置；

确定水工混凝土载体的入仓温度和浇筑温度，放样立模，在指定位置制备对应的缺陷模型单元；

按照设定的温度进行混凝土浇筑，混凝土初凝后进行养护。

进一步的，模拟架空的缺陷模型单元的制备过程包括：

在指定位置采用浇干性混凝土，利用振捣或有意识地将分离的大骨料集中，或振捣，在预留的孔洞内回填净骨料。

进一步的，模拟蜂窝的缺陷模型单元的制备过程为：在指定位置减少振捣时间，使混凝土中水分和气泡不能充分排出，等混凝土干燥后自然形成蜂窝。

进一步的，模拟离析的缺陷模型单元的制备过程为：在指定位置进行过振，使粗骨料过度沉降分离而造成离析。

进一步的，模拟裂缝的缺陷模型单元的制备过程为：水工混凝土载体至少包括两层坯，预留一块混凝土不浇，待已浇混凝土初凝后拆模，再浇第二坯料子，在第一坯料子与第二坯料子浇的混凝土之间形成裂缝。

进一步的，模拟冷缝的缺陷模型单元的制备过程为：分成两次浇筑混凝土，且间隔一段时间，使第二次浇筑在第一次混凝土初凝后进行而形成冷缝。

进一步的，模拟蜂窝和架空的缺陷模型单元在制备时，预设有壳体，所述壳体外涂有水玻璃，待周围混凝土振捣密实后，拆除壳体，在其中填骨料。

基于上述水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置的检测方法，包括以下步骤：

在水工混凝土载体上布设测线，并进行测点的编号；

利用无损测试方法对水工混凝土载体进行水工混凝土无损检测，记录检测结果；对混凝土表面上进行不同凝期、不同条件下的观测，筛选有效数据，建立测试结果与缺陷的对应关系。

所述无损测试方法包括但不限于地质雷达法、垂直声波反射法、脉冲回波法、声波法或超声横波反射法。

利用垂直声波反射法进行测试时，在模拟架空和/或离析的缺陷模型单元内设有夹层。

优选的，所述夹层可以是聚乙烯薄膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明提供一种水工混凝土隐蔽缺陷综合检测模型试验装置，该装置能够满足多种无损检测方法的需求，展开从检测硬件到软件，从工作方法到处理方法，从模型试验到现场试验的多方面、全方位的系统反复研究；

2.本发明在模型中人工模拟不同规模、不同埋深、不同类型(如架空，风窝、离析、冷缝、裂缝等)的混凝土质量缺陷并逐块进行不同龄期、多种无损检测方法的跟踪测试，筛选出技术先进、适用、效果确切的无损检测方法和相应的检测技术、仪器设备、资料处理解释方法以及有效检测时段。试验系统地获取各类缺陷在不同条件下的无损检测反映特征的“正演”图谱，特别是在强度成长期的变化特点及规律。这些成果不仅可满足工程建设质量检测的需要，还达到了指导国内外今后水工混凝土质量无损检测的目的。

3.目前，水工混凝土无损检测的绝对精度要求又在不断提高，但是检测仪器设备和软件开发水平存在着参差不齐的现象，工程技术人员对检测技术的应用上也存在不同程度的差异。因此，本发明提供一种水工混凝土病害缺陷无损检测模型试验装置意义十分重大，只有建立起接近工程实际的试验模型，才能开展高层次和新领域的前沿性研究，才能开发出更贴近工程实践的仪器和具有实用价值的应用软件，才能指导今后水工混凝土质量检测技术的发展。

4.本发明的装置相对于长江三峡工程混凝土质量无损检测模型而言，应用范围更广，缺陷布置更为合理，有效减少了边界效应。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明水工混凝土病害缺陷检测的模型试验装置示意图；

图2是本发明第一坯混凝土浇筑前缺陷预埋位置布置图；

图3是本发明第二坯混凝土浇筑前缺陷预堤位置布置图；

图4是本发明第三坯混凝土浇筑前缺陷预堤位置布置图；

图5是本发明试验工作布置示意图；

图6是本发明主测线，凝期3d，频率900MHz雷达剖面图；

图7是本发明辅助测线，凝期1d，垂直声波反射剖面图；

图8是本发明主测线，龄期3d，脉冲回波法检测频谱图；

图9是本发明辅助测线，凝期7d，超声横波发射法剖面图；

其中：1.模板，2.混凝土，3.蜂窝，4.架空(直径0.5m，高0.5m的圆柱体)，5.架空，6.架空，7.离析，8.裂缝，9.冷缝，10.PVC管，11.冷却水管，12.聚乙烯薄膜，13.主测线，14.副测线。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种水工混凝土病害缺陷检测的模型试验装置，它包括水工混凝土载体及在模型中人工模拟一组典型隐蔽缺陷，包括架空、蜂窝、离析、冷缝和裂缝等。

当然，在本实施例中，上述几种典型隐蔽缺陷模型单元均存在。但在其他实施例中，可以只存在一种或若干种典型隐蔽缺陷模型单元，且同类典型隐蔽缺陷模型单元的个数可以是一个或多个，以满足不同缺陷检测的需求。

例如，需要测试离析缺陷对水工混凝土的影响时，可以在水工混凝土载体中只设置多个离析缺陷模型单元，且离析缺陷模型单元的大小、尺寸、埋设深度不一致，以更好的通过测试结果寻找离析缺陷对水工混凝土的影响。

上述改变为本领域技术人员能够在本发明的工作原理的基础上想到的，为更加清楚、完整的说明，在如图1所示的实施例中，本发明以所有典型隐蔽缺陷模型单元均存在为例进行说明，其他变通实施方式不再赘述。

上述模型试验装置满足地质雷达法、垂直声波反射法、脉冲回波法、声波法、超声横波反射法等综合方法进行无损检测。

水工混凝土载体尺寸为15m×15m×2m(长×宽×高)，包括模板(1)、混凝土(2)、注水用的PVC管(10)、冷却水管(11)和聚乙烯薄膜(12)，水工混凝土载体在施工现场制作，其用料、标号、施工工艺、养护要求等与待模拟的水工混凝土完全一致。

在本实施例中，使用的材料具体如下：

骨料，可以为人工骨料，其粒径为0.5～2cm，2～4cm，4～8cm，8～12cm四种级配；

水泥，可以为525#中热硅酸盐水泥；

砂，可以为人工砂。

混凝土隐蔽缺陷模型单元包括：

蜂窝(3)：采用减少振捣时间，使混凝土中水分和气泡不能充分排出，等混凝土干燥后自然形成蜂窝；

架空(4)、架空(5)、架空(6)：采用浇干性混凝土，且混凝土出机口塌落度控制在2cm左右，并按正常方法振捣和有意识地将分离的大骨料集中，也按正常方法振捣，然后在预留的孔洞内回填净骨料等三种方法分别制作三个架空缺陷；

当然，在本实施例中是分别采用三种方法制作每一个架空模型，以进行更好的全面说明，但在其他实施例中，可以使用同样的方法。

离析(7)：根据离析是由于下料点过高，粗细骨料分离或振捣时间过长，砂浆上浮过多而形成，在施工中进行过振，使粗骨料过度沉降分离而造成离析；

裂缝(8)：施工方案为预留一块混凝土不浇，待已浇混凝土初凝后拆模，再浇第二坯料子，这样在第一坯料子与第二坯料子浇的混凝土之间形成裂缝；

冷缝(9)：施工方案为采用两次浇筑混凝土，且间隔一段时间(优选为6～8小时)，即第二次浇筑在第一次混凝土初凝后进行而形成冷缝；

关于缺陷大小的准确性，模板(1)可以采用临时模版，施工完毕后立即抽出模板，然后在预留的空洞里回填净骨料的方法，对于离析则振捣器放在中心位置过振，以此来控制缺陷大小。

在本实施例中，为方便说明，限定各混凝土缺陷编号、尺寸及埋深如下：

蜂窝(3)：缺陷尺寸：长×宽×高＝0.8m×0.4m×0.5m，缺陷上界面埋深：0.7m，缺陷形状：长方体；

架空(4)：缺陷尺寸：直径0.5m，高0.5m，缺陷上界面埋深：0.7m，缺陷形状：圆柱体；

架空(5)：缺陷尺寸：长×宽×高＝0.8m×0.4m×0.5m，缺陷上界面埋深：0.7m，缺陷形状：长方体；

架空(6)：缺陷尺寸：直径0.4m，高0.4m，缺陷上界面埋深：1.0m，缺陷形状：圆柱体；

离析(7)：缺陷尺寸：直径0.5m，高0.5m，缺陷上界面埋深：0.6m，缺陷形状：圆柱体；

综合无损检测试验方法要求如下：

①为了水工混凝土无损检测的需要，特别是短凝期(如7天内)、非凝固条件下的缺陷无损检测，在施工现场制作水工混凝土载体，制作蜂窝、架空、离析、冷缝、裂缝等内部混凝土缺陷。同时在混凝土表面上进行2h、6h、12h、18h、24h、2d、3d、4d、5d、6d、7d、15d、28d、50d、90d等15种不同凝期(重点是前7d)、不同条件(如含水条件等)下的观测，筛选有效数据，建立测试结果与缺陷的对应关系，为大规模无损检测提供依据和标准；

②测线布置：拟在试验块体布置二条主测线(两条对角线)和两条辅助测线，具体布置及测线号见图5；

③试验方法及技术参数

试验投入的测试方法有：地质雷达法、垂直声波反射法、脉冲回波法、声波法、超声横波反射法等，各方法使用设备及技术参数如下：

地质雷达法：仪器为加拿大EKKO100、1000，技术参数为使用450MHz和900MHz天线，视情况补充200MHz和1200MHz的天线，测点距为10cm；

垂直声波反射法：LXII岩体快速检测仪、大功率声波发射机、加速度换能器，技术参数为宽频带接收，测点距为10cm、非异常段点距可放宽至20～30cm；

脉冲回波法：RS-UT01C声波检测仪带前放换能器、主要锤击震源辅以大功率声波发射机，技术参数为宽频带接收，测点距为10cm、非异常段点距可放宽至20～30cm；

声波法：RS-UT01C声波检测仪、扬州产小口径换能器，技术参数为中心频率20kHz，测点距为20cm，测试方式为单孔或跨孔；

超声横波反射法：A1040MIRA超声横波层析成像仪，技术参数为中心频率50kHz，测点距为10cm，测试方式面积测量。

④测试要求为：

测试过程严格执行规程、规范，各种方法测试点位应保持一致，主测线每种方法必须测试，辅助测线的测试现场根据具体情况而定，声波法每个试验块体测试2个单孔(孔号为c、d)和3对跨孔剖面(剖面号为a-b、b-c、c-d)，现场测试记录和数据及时保存并备份。

更为具体的操作过程如下：

为保证与水工混凝土施工一致，使模拟真实、可靠，从而使试验成果能直接用于水工混凝土检测，也为了便于施工，除模型比例确定外，特将试验场地选施工现场。平整场地后，浇20cm厚的R₂₈200^#/二级配的地坪。各种风、水、电均为单独系统。

采用自卸汽车从拌合系统运料，高架门机配6m³卧罐入仓，采用平浇法施工，层厚50cm，采用电动插入式振捣器振捣，浇筑仓面采用喷雾机降温。

模型制作前，先放样立模，混凝土初凝后进行养护、通水冷却。具体制作方法如下(图2、图3、图4)：

①第一坯混凝土浇筑前，布设制作架空(4)、离析(5)缺陷的预制木盒子、立裂缝(8)人工缝处模板、模拟风钻孔(试验时测波速参数用)的钢管和放置PVC管(供模型试验给架空(4)缺陷注水时用)，并在木盒子外刷一层水玻璃，在钢管外涂一层黄油。浇筑第一坯混凝土时，在图的阴影部分外，铺2～3cm砂浆后，再按由左及右的顺序浇筑阴影外混凝土。第一坯混凝土入仓温度9～10℃，浇筑温度为11～12℃，气温为33～35℃。

②第一坯浇完后，在蜂窝(3)、架空(5)、架空(6)三个缺陷位置布设预制木盒子，在架空(4)～离析(7)中间平放一块聚乙烯薄膜作为夹层供垂直声波反射法试验用，在木盒子外刷一层水玻璃，并按1:3坡度浇裂缝(8)左侧混凝土，紧随按1:4坡度浇图中阴影部分周围混凝土，再按由左及右的顺序浇筑阴影外其它处混凝土。第二坯混凝土入仓温度为10℃，浇筑温度为12℃，气温为35℃。

③待第二坯混凝土浇完后，按1:3坡度浇6^#左侧混凝土，紧随按1:4坡度浇图中阴影部分周围混凝土，阴影部分周围第三坯混凝土浇完后0.5小时，拆除裂缝(8)人工缝处模板，不铺砂浆浇阴影部分处混凝土。第三坯混凝土入仓温度为9～12℃，浇筑温度为10～13℃，气温为35～33℃。

当然，上述参数均是可变化的。

各种缺陷模拟位置和制作次序如下：

①第一坯混凝土时制作如下缺陷：

架空(4)：直径0.5m，高0.5m，按图2位置在每一试验块上预埋木盒子，待周围第一坯混凝土振捣密实后，拆除盒子，其间填分离的大骨料；

离析(7)：直径0.5m，高0.5m，按图2位置在每一试验块上预埋木盒子，等周围第一坯混凝土振捣密实后，在其间填净骨料，振捣50s；

a、b、c、d：在垫层混凝土上埋设4根1.5m钢管，供测试波速使用；

e:在第一坯混凝土上布设两根4m长、直径为50mm的PVC管。

②第二坯混凝土制作如下缺陷：

蜂窝(3)：长×宽×高＝0.8m×0.4m×0.5m，在第一坯混凝土浇筑完后预埋木盒子，待周围第二坯混凝土振捣密实后，拆除模板，浇混凝土骨料，不振捣；

架空(5)：长×宽×高＝0.5m×0.5m×0.5m，在第一坯混凝土浇筑完后预埋木盒子，待周围第二坯混凝土振捣密实后，10分钟后浇筑塌落度为2～3cm的混凝土；

架空(6)：直径0.4m，高0.4m，在第一坯混凝土浇筑完后预埋木盒子，待周围第二坯混凝土振捣密实后，拆除盒子，将分离的大骨料放入其中；

冷缝(9)：在浇筑第一坯混凝土、第二坯时，不浇阴影部分周围混凝土，且不铺砂浆，第三坯混凝土浇筑时，等阴影部分外混凝土浇筑完后，拆除裂缝(8)人工裂缝处模板，浇筑阴影处混凝土。

现场试验检测工作

1、地质雷达法试验工作

①地质雷达法使用设备有加拿大EKKO1000型美国SIR-10型探地雷达，具体布置及测线见工作布置图见图5。现场探测采用剖面(CDP)方式：固定天线距和点距，雷达天线系统沿测线同步移动，记录点为发射天线T与接收天线R的中点。探测时使用频率为450MHz；900MHz。天线距分别为0.25、0.17m。采样时间间隔100ps，时窗选50ns，空间采样间隔0.2～0.4m。本次试验工作每块模型均在龄期0.5、1、2、3、4、5、6、7、18、28天进行了测试。

②现场测试的原始资料，经过室内处理(频谱分析、滤波、增益调整、道平均与点平均等)，形成信号较清晰的雷达探测剖面。这些资料，就是探测缺陷所需要的“正演”图谱，是实际探测中，“反演”解释的重要依据之一。

图6是主测线，凝期3d，频率900MHz雷达剖面图，图中可以清晰分辨异常位置及形态，与模拟的缺陷吻合较好。

2、垂直声波反射法试验工作

①垂直声波反射法模型试验使用的LXⅡ工程质量检测分析仪，仪器由声波(弹性波)发射系统、数据采集和信号处理系统及解释反演三部分组成。

②数据采集系统有8通道，采样间隔为1μs～65536μs，分辨率为16bit，仪器固有增益为1、2、5、10等档，其程控增益可任意设置，可单通道设置放大，每通道可接动圈式的无源低频检波器和有源宽频带压电检波器，触发方式有TTL(内触发)、EXT((外触发)及通道触发等，通道触发的阀门值可自行设置。该系统具有抗干扰能力强，动态范围大、频带宽、采样速度快，其灵敏度、精确度和自动化程度高，实时性好，具有良好的人机对话界面等特点。

③数据处理软件系统具有对原始数据进行频谱分析、数字滤波、陷波、微积分、能量均衡、波形平滑、动静校正、τ-P变换、指数放大和消除直流分量、小波多尺度分析、小波变焦界面成像、偏侈归位处理等反演解释功能。

④测线一般布置在模型块二条对角线上，有时也在缺陷顶部附近截取一段测线观测。测试点距为0.1～0.2m。模型测试时段分别为0.5、1、2、3、4、5、6、7、18、28天的测试。

⑤通过对垂直反射法模型试验资料的全面整理分析，根据对缺陷反映效果的明显与否，制定分类标准，通过对缺陷检测效果分析可知，各块缺陷检测效果随着时间增长逐渐变好，这是符合强度成长期正常混凝土与缺陷间相互变化的一般规律的，因为两者物性差异随混凝土强度成长，而越来越大。

图7是辅助测线，凝期1d，垂直声波反射剖面图，图中可清晰分辨出异常位置及顶部埋深，与模拟的缺陷吻合较好。

3、脉冲回波法试验工作

①脉冲回波法使用仪器为RS-UT01C型声波仪，该仪器具有轻便、操作简单、数据、波形存贮及现场数据处理功能，检测过程中能即时发现混凝土内部缺陷。

②接收器为带前置放大换能器，频带宽为几十Hz至17kHz，采用黄油与混凝土表面耦合。激发采用15～30mm直径小郎头轻击混凝土表面产生脉冲应力波。测试时段分别为龄期12小时，1～7天，10天，18天，28天。野外测试严格按《水利水电工程物探规程》有关要求进行，原始资料100％合格。

③脉冲回波法资料分析方法对波形进行快速付里叶变换(FFT)，得到测点频谱图；然后，频谱图频率主蜂变化，确定是否存在缺陷；

图8是主测线，龄期3d，脉冲回波法检测频谱图，图中可清晰分辨出异常位置及顶部埋深，与模拟的缺陷吻合较好。

4、超声横波发射法试验工作

①超声横波发射法使用MIRA混凝土超声成像仪，该仪器有四大特点：干耦合点接触(DPC)超声波探头，探头采用弹簧加载方式；采用超声横波检测方法；采用阵列式系统的扫查器由48个传感器组成，共分12行，每行4个横波传感器；采用合成孔径聚焦技术(SAFT)数据处理方法形成混凝土3D断层成像；

②超声波工作中心频率为50KHz，测网布置方向宜垂直于探测目的体的走向，并宜与其它物探方法的测线一致，并应避开干扰源。当测区边界附近发现重要异常时，应把测网适当扩展到测区外追踪异常。测试剖面选择大些，网格间距纵向10cm、横向10cm和15cm；仪器移动方向，仪器短轴方向移动10cm，仪器长轴方向移动10cm和移动15cm；

③软件的主要功能有三维显示数据体、切换到截面显示模式、三维显示确定是否存在缺陷；

图9辅助测线，凝期7d，超声横波发射法剖面图，图中可清晰分辨出异常位置及顶部埋深，与模拟的缺陷吻合较好。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (13)

1.一种水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置，其特征是：包括水工混凝土载体，所述水工混凝土载体中埋设有模拟架空、蜂窝、离析、冷缝或裂缝的缺陷模型单元中的至少一个或多个。

2.如权利要求1所述的一种水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置，其特征是：所述水工混凝土载体同时埋设有模拟架空、蜂窝、离析、冷缝和裂缝中的至少两种缺陷模型单元。

3.如权利要求1所述的一种水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置，其特征是：所述水工混凝土载体内还埋设有钢管和注水管，钢管模拟风钻孔，注水管延伸至缺陷模型单元，向模拟架空的缺陷模型单元提供注水。

4.如权利要求1所述的一种水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置，其特征是：所述水工混凝土载体由下列组分混合制备而成：骨料、水泥和砂，其配合比与待检测的水工混凝土一致。

5.如权利要求1-4中任一项所述的水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

确定待模拟的缺陷模型单元类型、数量、埋深与位置；

确定水工混凝土载体的入仓温度和浇筑温度，放样立模，在指定位置制备对应的缺陷模型单元；

按照设定的温度进行混凝土浇筑，混凝土初凝后进行养护和通水冷却。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征是：模拟架空的缺陷模型单元的制备过程包括：

在指定位置采用浇干性混凝土，利用振捣或有意识地将分离的大骨料集中，或振捣，在预留的孔洞内回填净骨料。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征是：模拟蜂窝的缺陷模型单元的制备过程为：在指定位置减少振捣时间，使混凝土中水分和气泡不能充分排出，等混凝土干燥后自然形成蜂窝。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征是：模拟离析的缺陷模型单元的制备过程为：在指定位置进行过振，使粗骨料过度沉降分离而造成离析。

9.如权利要求5所述的制备方法，其特征是：模拟裂缝的缺陷模型单元的制备过程为：水工混凝土载体至少包括两层坯，预留一块混凝土不浇，待已浇混凝土初凝后拆模，再浇第二坯料子，在第一坯料子与第二坯料子浇的混凝土之间形成裂缝。

10.如权利要求5所述的制备方法，其特征是：模拟冷缝的缺陷模型单元的制备过程为：分成两次浇筑混凝土，且间隔一段时间，使第二次浇筑在第一次混凝土初凝后进行而形成冷缝。

11.基于如权利要求1-4中任一项所述的水工混凝土隐蔽缺陷检测的模型试验装置的检测方法，其特征是：包括以下步骤：

在水工混凝土载体上布设测线，并进行测点的编号；

利用无损测试方法对水工混凝土载体进行水工混凝土无损检测，记录检测结果；对混凝土表面上进行不同凝期、不同条件下的观测，筛选有效数据，建立测试结果与缺陷的对应关系。

12.如权利要求11所述的检测方法，其特征是：无损测试方法包括但不限于地质雷达法、垂直声波反射法、脉冲回波法、声波法或超声横波反射法。

13.如权利要求11所述的检测方法，其特征是：利用垂直声波反射法进行测试时，在模拟架空和/或离析的缺陷模型单元内设有夹层。