（一）、冲击回波方法概述

      冲击回波法是基于应力波的一种检测结构厚度、缺陷的无损检测方法。早在20世纪80年代，美国科内尔大学的Mary Sansalone博士就对该方法进行了研究。IE方法不仅能够快速确定混凝土、砌体结构中的孔洞、蜂窝、裂缝、剥离以及其它缺陷，而且能够确定结构构件的厚度以及缺陷的深度。IE法的一个很重要的优点是：只需要一个测试面就可进行测试。

冲击回波技术发展非常迅速，目前已有IES扫描式冲击回波系统、带表面波的冲击回波系统、超薄冲击回波检测系统等多种类型，可根据工程需要进行选择。IES是IE技术发展的一大突破，不仅可以快速连续检测，而且增加了检测项目如预应力管灌浆情况等，此外还可对结构厚度、缺陷进行三维成像，具体内容见下文介绍。表面波型冲击回波系统无需取芯标定，就可准确检测混凝土的厚度。超薄型冲击回波系统可检测最小厚度约5cm的板状结构，拓宽了冲击回波方法的厚度检测范围。目前，IE方法检测的厚度范围从5cm～180cm，完全满足一般工程的检测需要。

（二）、冲击回波方法的原理

      IE测试基本原理：如图1所示。用一个小锤或冲击器作为激振源在混凝土表面冲击来产生压缩波，然后用放置在冲击器附近的接收传感器接收反射回来的压缩波。经过分析后来计算混凝土的厚度、探测内部的孔洞、裂隙、剥离等缺陷。对于无缺陷的平板、路面，冲击回波试验中就会得到一个其底面的反射波，这样在已知压缩波的波速时，就可以计算厚度了

    下面，对冲击回波方法的厚度或缺陷深度计算进行更详细的说明。如图2所示，接收器接收到反射波后，通过快速傅立叶转换将时域数据转化为频域数据，然后确定回波的频率峰值F，深度计算结构的厚度或缺陷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）。图3给出了某测试点时域图和频域图，图4给出了无缺陷处和有缺陷处的测试结果对比。

                    图3：单点冲击回波测试的时域和频域图

             图4：无缺陷和有缺陷频域图比较

       （图4说明：上图：无缺陷处只有一个频率峰值，可获得厚度信息

下图：缺陷处存在多个频率峰值，可根据曲线形状判断缺陷性质及深度）

 

（三）冲击回波方法相对于超声波方法的优点

1、冲击回波方法只需一个测试面，而超声波方法需两个测试面，这在很多情况下很难做到。

2、冲击回波方法使用比超声波更低频的声波（IE频率范围通常在2～20 kHz），这使得冲击回波方法避免了超声波测试中遇到的高信号衰减（high signal attenuation）和过多杂波干扰问题。

3、冲击回波方法不需耦合剂，单手即可操作，标定后每个测点直接得出结构厚度或缺陷位置、深度信息。而超声波方法需耦合剂，两个探头加大了操作的难度。同时需大量数据对比才能确定缺陷的位置，但不能确定缺陷深度。

4、冲击回波方法最深可测180cm的结构，而对于超声波方法测试同样厚度将非常困难，特别是两个测试面不易接触的情况下。

      由以上可以看出，IE冲击回波方法具有超声波方法无可比拟的优越性，该方法将随着技术的不断完善和发展，成为混凝土结构无损检测的一个重要方法。

（四）冲击回波方法的应用举例

      IE测试可用于评估板、梁、柱、墙、公路路面、飞机跑道、隧道和大坝等结构的内部状况。IE方法能够发现混凝土、木材、石材和砌体中的孔洞、蜂窝、裂缝、剥离以及其它缺陷。如果已知混凝土构件的厚度，IE法可以还预测早期混凝土的强度。

以下为冲击回波检测结构的几个现场实例，其中图8表面波和冲击回波联合使用，在单面情况下，可准确获得混凝土波速，进而求得更精确的厚度值：

 

                                     

                          图5： 冲击回波方法检测桥梁                 图6： 冲击回波法检测隧道

                                     

                      图7：冲击回波法检测公路                   图8：表面波、冲击回波法联合检测桥面                   

    下图是一块11英寸厚的混凝土板（密实）以及一块17英寸厚的混凝土板（有裂缝）的冲击回波试验结果。测试结果表明在离混凝土板表面6.3 inches深处有裂缝

 

 

（一）、扫描式冲击回波方法概述

    IE方法一直被公认是一种对混凝土构件进行无损检测的强大工具。该测试方法不仅符合美国ASTM Standard C1383-98 厚度确定标准的有关要求，也符合美国ACI 228.2R-98 确定孔洞、蜂窝、裂缝、分层等缺陷的标准的有关要求。

    至今为止，IE方法的最大局限性是测试速率较低。一般来说，普通的IE系统每小时可测30～60个点，这就限制了该方法只能用于测试较小、非常关键的部位。扫描式冲击回波系统的研制成功，彻底解决了该问题。用IES方法每小时可测2000～3000个点，极大地提高了检测效率。此外，由于该方法可沿直线以数厘米的间隔进行快速测试，经实践多次证明它还可以用于检测后张预应力管内的灌浆情况。利用软件对IES数据的进行三维处理后，还可对结构的厚度、缺陷位置以及后张预应力管内的灌浆情况进行非常直观的显示。

（二）、扫描式冲击回波方法原理

      IES方法是在IE的基础上，将固定的单个传感器变为滚动传感器，从而极大地加快了测试速度。如图11所示，IE方法只有一个接收传感器，每测试一点螺线管冲击一次。而IES方法采用扫描式滚动传感器，并采用螺线管冲击器进行连续冲击，极大地提高了检测效率。

 

                       

           图10：扫描式冲击回波原理图       图11：左上角为IES系统，采用滚动接收传感器；右下角为传统IE系统，只有一个接收传感器

（三）、IES测试实例：

1．用IES方法测试在一个大型板的实例：

 

 

利用IES进行的三维成像测试结果：

              

           图13：厚度变化处的三维成像                                 图14：板中蜂窝缺陷的三维成像

 

                

         图15：预应力管中未灌浆区域的缺陷成像                     图16：板中孔洞缺陷的三维成像

 

      IE冲击回波方法被证明是一种无损检测混凝土结构厚度、缺陷的强大工具，在很多国家都有非常成熟的使用经验。其技术的日臻完善将使之成为一种越来越重要的无损检测方法。IES方法相对于IE方法是一个巨大的进步，不仅极大地提高了传统冲击回波的检测速度，而且解决了检测预应力管灌浆情况的大难题。此外，基于IES数据的软件成像可清楚、直观的显示结构的厚度变化、缺陷类型及位置。实践证明，IES方法是一种非常可靠、有效的检测方法，是混凝土结构检测技术的一次突破，必将为国内混凝土结构的无损检测起到非常积极的作用。