CN1456884A - 混凝土喷涂坡面的密合度诊断法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用非破坏性检查装置，根据混凝土喷涂坡面中有无共振现象发生及其频率、振幅来检测混凝土喷涂坡面表面与岩体之间的密合度的混凝土喷涂坡面的密合度诊断法，上述检查装置是由下述部件构成的：由产生数百～数kHz的电信号的发送部和将振动转换而来的电信号进行放大的接收部构成的发送器兼接收器、由该发送器兼接收器的发送部发出的信号产生横波振动，并将其直接传递到混凝土喷涂坡面上的波动发送器、接收由从上述波动发送器传出来的振动而在混凝土喷涂坡面上产生的振动，并将其转换为电信号的波动接收器、及显示从发送器兼接收器的接收器送出的电信号的信号显示器。

Description

混凝土喷涂坡面的密合度诊断法及其装置

技术领域

本发明涉及利用产生横波振动的板的共振现象，不破坏对象构造物地诊断例如混凝土喷涂坡面(下称喷涂坡面)、隧道衬砌等的混凝土板状构造物与其背面的岩盘、地基等的岩体之间的密合度的方法(下称横波共振法)及其装置。

背景技术

以前，作为诊断喷涂坡面与岩体之间的密合度的方法已经公知的有锤击诊断法、热红外线影像法、电磁波法等。而作为探测混凝土基板背面的空隙的方法已经公知的有利用如日本特公平2-53747号公报中所记载的共振波空隙探测装置的非破坏诊断法。

锤击敲击声法由于要用人手敲击混凝土喷涂坡面，用听觉判断其敲击声，因此诊断时必须要有经验，且由于探测者每次判断的基准不一致，其结果缺乏客观性，再现性差。

进而，由于用锤敲击老化的喷涂坡面会破坏变脆的喷涂坡面，作业者还必须用绳索垂吊在坡度很陡的斜面即喷涂坡面等上进行作业，因此是非常危险的。

由上可知，锤击法在结果的精度、作业的安全性等方面都有问题，而且还有无效的成本上升问题。

热红外线影像法是用热红外线照相机测定喷涂坡面表面的温度分布，根据温度不同及其变化推断喷涂坡面与盐体的密合状态的方法，但是，也有如下问题，即，由于喷涂坡面表面的日晒条件和测定时的气温、天气、风等自然现象、以及凹凸状态等的喷涂坡面表面的形状往往影响到测定结果，而喷涂厚度、表面生长的植物或苔藓、地下水地表的湿润等存在成为不可测定的探测界限。

电磁波法是用电磁波照射喷涂坡面，其存在的问题是，通过测定从表面及内部反射出来的反射波来推测喷涂坡面与地基的密合状态的方法，但是，通常坡面的混凝土喷涂工艺的标准式样是在网目很细的铁丝网(焊接铁丝网、铁丝编的网)上进行喷涂的，由于电磁波受该金属的影响很大，因此不能高精度地诊断。且分析时需要专门的高技术，并且需要花费大量时间。

混凝土基板等的剥离检测方法即共振波空隙探测装置是使带有用作振子的压电元件的、含有多个基本频率的发送波动中的至少一个振动与有分离·空隙部的混凝土基板背面的空隙所持的固有振动频率相一致，由此发生共振现象，此时通过观察所产生的振幅大的波动，可推断有无分离·空隙部，这种方法将测定频率设定为数kHz～数百kHz，但是，厚10cm、大小数米的混凝土板在数百Hz～数kHz的区域内有多个固有频率，因此很难推断喷涂坡面具有的与其近似的固有频率，在共振波空隙探测装置的测定频率高的振动频率区域内很难识别是否产生了共振现象。

而且，探头的前端如图11所示是球形的，因此适合于测定楼面板和砖瓦等的平滑表面，但是不适合于测定表面有凹凸的喷涂坡面。

再有，密合度如图10所示，是根据示波管上显示的波的振幅大小来判定的，因此有时诊断缺乏客观性和正确性。

发明内容

本发明是鉴于上述问题做出的，在用于产生数百～数kHz电信号的电路、自动调节数百～数kHz的频率的调频电路、及将矩形波信号转换为正弦波信号的电路中串联的线圈构成了发送器兼接收器的发送部，根据从该发送部输出的正弦波，与波动发送器上设置的挠性压电元件的静电容量发生共振，并进行驱动，从而产生适于诊断喷涂坡面的数百～数kHz区域的横波振动。

上述波动发送器是由将滑动面安装在硬质板上的挠性压电元件、背面留有振动频率中共振所需长度的空间的保持体、及安装在该保持体上的探头构成的。而且，探头的形状为硬的细棒状，因此不受喷涂坡面表面凹凸的负面影响，可将振动正确且直接地传递给喷涂坡面。

波动接收器正确地接收喷涂坡面上的横波振动状态，并将其转换为电信号，用发送器兼接收器的接收部进行放大，借助于信号显示器明确地显示出来，而且接收到的波形经过FFT(快速傅立叶变换)解析，由喷涂坡面的固有振动频率与其倍音来明确诊断是否发生了共振现象，且可将其振幅的大小作为数值数据测定。

由上可知，本发明提供了一种通过横波共振法诊断喷涂坡面与地基的密合度的方法，该方法在不影响喷涂坡面表面的状态的情况下，根据视觉和数值，可明确且客观地识别出喷涂坡面与岩盘、地基等岩体之间的密合度(健全的密合部分与分离·空隙部的区别)。

附图说明

图1是表示采用本发明的横波共振法诊断混凝土喷涂坡面的密合度的方法的概况的说明图。

图2是表示用本发明检测的混凝土喷涂坡面的一个例子的说明图。

图3是分别放大地表示图2中箭头イ(健全部)和ロ(分离·空隙部)的测定状态的说明图。

图4是表示本发明所采用的波动发送器和波动接收器的剖面图。

图5是用信号显示器显示出的来自喷涂坡面的接收信号的输出波形图。

图5(a)是不存在分离·空隙部时的情况。

图5(b)是存在分离·空隙部时的情况。

图6是表示试验验证采用本发明的横波共振法诊断混凝土喷涂坡面的粘合强度的方法的试验体。

图6(a)是立体图。

图6(b)是沿图6(a)中的a-a线的剖面图。

图7是表示图6所示的试验体的模型试验结果的说明图。

图8是表示接收信号中振幅的测评示例的波形图。

图9表示的是接收信号的时间波形和用FFT解析器解析的结果。

图9(a)表示喷涂坡面与岩体表面处于密合时的波形。

图9(b)表示上述结合部中存在分离·空隙部时的波形。

图10表示的是用现有技术的测定法在发送波中使用脉冲信号时的接收波形。

图10(a)是喷涂坡面与岩体之间不存在分离·空隙部时健全的情况。

图10(b)是喷涂坡面与岩体之间存在分离·空隙部时的情况。

图11是表示现有技术的波动发送器、接收器的探头的正视图和后视图。

图12是将波动发送器和波动接收器一体化的波动测定装置。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明所述的采用横波共振法的喷涂坡面密合度诊断法的一个实施例。

图1是表示本发明上述诊断方法概况的说明图，1是波动发送器，6是波动接收器，7是发送器兼接收器，8是计算机直接型示波管等的信号显示器，9是电连接线，10是个人计算机。

A是岩盘、地基等的岩体，B是喷涂坡面，C是分离·空隙部，图3(a)是刚施工之后健全状态下的结合部的放大图。喷涂坡面在施工后经过成年累月地受到地下水及植物的根系、冰冻等的影响，在岩体A的表层发生风化变劣，与混凝土的密合度下降，如图2、图3(b)的放大图所示，喷涂坡面B的里面与岩体A的表面之间发生分离，逐渐产生空洞部。

如图4所示，波动发送器1是由与发送器兼接收器7相连接的插头2、导线、安装有挠性振子4和细棒状探头5的保持体1、6构成的。

由于挠性振子4是用钛酸钡等的挠性形压电元件在滑动面上安装硬板而成，因此在接收从发送器兼接收器7发送来的矩形波电信号，产生共振现象，并转换为正弦波的同时，使其产生适于诊断喷涂坡面的密合度的数百～数kHz的音频区域的挠性振动。

上述探头5呈硬的细棒状，从而使其不受图2所示的喷涂坡面B的表面凹凸不平的影响，由于波动发送器1底部1a形成在不接触喷涂坡面B表面的位置上，因此探头5的前端直接接触到上述喷涂坡面B的表面，因而可正确地传递发出的振动信号。

波动接收器6与波动发送器1的结构相同，且使其与波动发送器1的功能不同，并设置在距离波动发送器1例如10cm位置的喷涂坡面B上，与喷涂坡面B的表面之间通过前述细棒状的探头5接收喷涂坡面B上产生的横波振动，并将其转换为电信号。

从波动发送器1发出的挠性振动在喷涂坡面B上产生横波振动，当喷涂坡面B与岩体A处于紧密结合的健全状态时，横波振动将被岩体吸收，而不会在喷涂坡面B上产生大的振动，但是，当喷涂坡面B与岩体A之间存在分离和空隙时，发送到喷涂坡面B的多个固有频率中的一个挠性振动的振动频率相一致，产生共振现象，在喷涂坡面B上产生具有大振幅的横波振动。

波动接收器将该喷涂坡面B上产生的振动现象转换为捕捉到的电信号，并经发送器兼接收器7的接收部中进行放大，如图5所示地输出显示在示波管等的显示器8的屏幕上。

发送器兼接收器7在发送数百～数kHz的连续矩形波信号的同时，对接收到的接收信号放大，波动发送器1、波动接收器6的插头2及显示器8之间通过连续线9彼此连接。

下面说明用于实施本发明所述的诊断方法的连接关系，发送器兼接收器7的输出被输出到波动发送器1的插头2和示波管等显示器8，波动接收器6的输出连接作为发送器兼接收器7的输入。

而发送器兼接收器7的另一端的输出连接到显示器8，显示器8的输出连接到个人计算机10的输入输出端。

下面简单说明上述结构的一个实施例的工作过程。

根据图1所示的方法，假定测定图2所示的不存在分离·空隙部C的喷涂坡面B。

首先，波动发送器1、将波动接收器6的细棒状探头5的前端直接接触箭头イ所示部分的喷涂坡面B的表面。图3(a)放大表示了此时的状态。波动发送器1将从发送器兼接收器7接收到的连续正弦波的电信号通过挠性振子4转换为挠性振动(たわみ振动)，借助于探头5传递到喷涂坡面B，在喷涂坡面中传播，并到达波动接收器6的细棒状探头5，再由挠性振子4转换为电信号，通过插头输入给发送器兼接收器7，并进行放大，最终通过显示器8观测如图5(a)所示的接收波形。

下面，假定要探测存在有如图2中箭头口所示的分离·空隙部C的喷涂坡面B。

用与前述同样的方法，用挠性振子4将如图3(b)所示的发出的电信号转换为挠性振动，当通过细棒状探头5将振动传递到喷涂坡面B上时，在背面存在有分离·空隙部C的喷涂坡面B中，使喷涂坡面产生横波振动，当由分离·空隙的大小及喷涂坡面B的厚度决定的喷涂坡面B的固有振动频率与传播的挠性振动的振动频率相一致时，即产生共振现象，此时喷涂坡面B产生大的摇动，波动接收器6的细棒状探头5接收到该振动，通过挠性振子4将其转换为电信号，通过发送器兼接收器7放大后，与前述同样的，通过显示器8观测如图5(b)所示的接收波形。

通过识别用显示器8观测到的波形，即可分辨喷涂坡面里面没有分离·空隙部C的状态和有分离·空隙部C的状态。进而也可以利用FFT解析器对波动接收器接收到的电信号进行FFT(快速傅立叶转换)解析，并转换为如图9(a)、(b)所示的时间波形。由此，可根据喷涂坡面中的固有振动频率，更明确地捕捉到共振现象，即可更精确地作出诊断。

下面说明用于确认本发明上述喷涂坡面的密合度诊断法的精度的模型试验例。

首先，将作为试验体P制成如图6(a)、(b)所示的形状，将该试验体P假定为前述喷涂坡面B，用本发明所述的诊断法进行测定。

该试验体P的尺寸为L、W＝900mm、T＝300mm，该试验体P中心部形成的空隙部(分离·空隙部)S的相应尺寸为1、w＝500mm、t＝100mm。

该试验体P用5cm×5cm的网格计量的结果如图7所示，振幅的测评示例如图8所示。其结果，阈值选用图8的[1]、[2]之间的值，由此可明确地检测并识别出所谓岩体A的表面和喷涂坡面B的里面之间存在的分离·空隙部(空洞部)C。

以上说明的只是本发明所述诊断法的一个例子，要得到精度更高、客观的数值数据时，可在各测定点采用调频电路将发送器兼接收器的发送部发出的电信号的频率在数百～数kHz的范围内连续变化，并对此时波动接收器接收到的电信号进行FFT(快速傅立叶变换)解析，可得到共振振动频率及振幅数值，由此可获得客观性高的数值数据。

而当因为作为对象的混凝土板的厚度太厚，从波动发送器传递出的横波振动不能在混凝土板中产生振幅较大的共振振动，因而无法完全识别有无共振现象产生时，或者由于周围的噪音、车辆·机械振动等产生的噪音而无法明确识别出微小的振动时，可通过使波动发送器和波动接收器一体化，波动发送器的保持体捕捉由混凝土板产生的微小共振而引起的共振现象，利用接收部和信号显示器来识别该共振现象，从而可高精度地诊断较厚的混凝土喷涂坡面的密合度。

本发明的方法虽是以检测混凝土喷涂坡面的非密合部分或分离空隙、空洞部分为对象的，但是，利用上述波动发送器和波动接收器一体化的装置也可适用于探测可看作较厚的混凝土板的隧道衬砌工程背面的空洞。

图12所示的实施例是作为上述波动发送器及波动接收器一体化的波动测定装置的例子。该波动测定装置11由用于接收的传感器12和保持体13构成，处于被检测物一侧的该接收用传感器12由大致在其中央部的硬的细棒体制成的触头14、使该触头14可自由伸缩而在该触头14的背面侧形成的弹簧15、设置在形成于该触头14周边的前面侧的接收用滑动板16内侧的接收用振子17、及连接该接收用振子17和插头22的导线18构成。

上述保持体13为箱状体，其内侧设有发送用传感器19，该传感器可在前后方向自由滑动。由于触头14固定在该发送用传感器19的前面侧，因此随着该触头14的伸缩，该发送用传感器19可滑动。

而该发送用传感器19的内侧设有振子20，该振子20通过导线21与插头22连接。

上述振动发送器和波动接收器一体化的波动测定装置由于可用一台装置即可兼顾发送和接收，因此结构紧凑、非常便于使用。发送和接收功能与上述实施例相同。

采用上述本发明的横波共振法来诊断喷涂坡面的密合度的方法可实现下述效果：

1)由于探头做成硬的细棒状，因此可不受喷涂坡面表面的凹凸的影响地传递振动。

2)将诊断时使用的振动频率设定为当假定喷涂坡面是混凝土板时的板的挠性振动的固有振动频率范围即数百～数kHz，由于在该区域中用连续正弦波形进行测定，因此分离·空隙部的检测精度较高。

3)由于可将波动发送器及波动接收器制成便于携带的尺寸，因此可实现测定作业的机械化，可大幅度降低作业人员的危险。

4)用FFT解析器解析接收到的波形，从而显示出振动频率和振幅之间的关系，可明确地诊断出喷涂坡面中是否发生了共振现象，可高精度地诊断。

5)而且，各测定点中通过使测定的振动频率在数百～数kHz的范围内变化，可获得共振振动频率与其振幅的数值，由此可获得更客观的数值数据。

6)通过使波动发送器和波动接收器一体化，可捕捉到微小的振动，可适用于在喷涂厚度较厚的喷涂坡面上进行高精度地密合度诊断，及检测隧道衬砌工程背面的空洞。

Claims (10)

1、一种混凝土喷涂坡面的密合度诊断法，该方法使用非破坏性检查装置，根据混凝土喷涂坡面中有无共振现象发生及其频率、振幅来检测混凝土喷涂坡面与岩体之间的密合度的混凝土喷涂坡面的密合度，其特征在于，上述检查装置是由下述部件构成的：由产生数百～数kHz的电信号的发送部和将振动转换而来的电信号进行放大的接收部构成的发送器兼接收器、从该发送器兼接收器的发送部发出的信号产生横波振动，并将其直接传递到混凝土喷涂坡面上的波动发送器、接收由上述波动发送器传出来的振动在混凝土喷涂坡面上产生的振动，并转换为电信号的波动接收器、及显示从发送器兼接收器的接收器送出的电信号的信号显示器。

2、一种如权利要求1所述的混凝土喷涂坡面的密合度诊断法，其特征在于，借助于由用于产生数百～数kHz电信号的电路、自动调节数百～数kHz的频率的调频电路及将矩形波信号转换为正弦波信号的电路中串联的线圈构成的发送器兼接收器的发送部、和由在滑动面上安装有硬板的挠性振子、背面留有振动频率中共振所需长度的空间的保持体、及安装在该保持体上的探头构成的波动发送器，通过从发送部发出的正弦波驱动挠性振子，使之产生横波振动，并将该振动直接传递到混凝土喷涂坡面上。

3、一种如权利要求1或2所述的混凝土喷涂坡面的密合度诊断法，其特征在于，采用与上述波动发送器相同结构的波动接收器作为接收由从波动发送器传来的振动而在混凝土喷涂坡面上产生的横波振动，并将其转换为电信号的部件。

4、一种如权利要求1-3中任意一项所述的混凝土喷涂坡面的密合度诊断法，其特征在于，还具有通过发送器兼接收器的接收部对由波动接收器所转换的电信号进行放大，并作为检查、显示有无发生共振现象、共振频率、振幅等的部件的信号显示器。

5、一种如权利要求1-4中任意一项所述的混凝土喷涂坡面的密合度诊断法，其特征在于，将波动发送器和波动接收器的探头制成硬的细棒状，使其可稳定地接触到坡面的任何表面，并进行测定。

6、一种如权利要求1-5中任意一项所述的混凝土喷涂坡面的密合度诊断法，其特征在于，通过由波动发送器发出的挠性振动而在混凝土喷涂坡面上产生的振动中，波动接收器只接收振幅大的振动，或者该波动接收器捕捉因混凝土喷涂坡面上产生的波动而引起的共振现象。

7、一种空隙探测装置，其特征在于，该装置是由下述部件构成的：由产生数百～数kHz的电信号的发送部和将振动转换而来的电信号进行放大的接收部构成的发送器兼接收器、从该发送器兼接收器的发送部发出的信号将横波振动直接传递到对象物上的波动发送器、接收由上述波动发送器传出来的振动而在对象物上产生的振动，并将其转换为电信号的波动接收器、及显示从发送器兼接收器的接收器送出的电信号的信号显示器。

8、一种如权利要求7所述的空隙探测装置，其特征在于，波动发送器上设有安装有与发送器兼接收器相连接的插头、导线、挠性振子和细棒状探头的保持体。

9、一种如权利要求7或8所述的空隙探测装置，其特征在于，波动接收器上设有安装有与发送器兼接收器相连接的插头、导线、挠性振子和细棒状探头的保持体。

10、一种如权利要求7～9中任意一项所述的空隙探测装置，其特征在于，挠性振子通过固定材料安装在波动发送器上。

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