專利名稱：混凝土噴涂坡面的密合度診斷法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用產生橫波振動的板的共振現象，不破壞對象構造物地診斷例如混凝土噴涂坡面(下稱噴涂坡面)、隧道襯砌等的混凝土板狀構造物與其背面的巖盤、地基等的巖體之間的密合度的方法(下稱橫波共振法)及其裝置。
錘擊敲擊聲法由于要用人手敲擊混凝土噴涂坡面，用聽覺判斷其敲擊聲，因此診斷時必須要有經驗，且由于探測者每次判斷的基準不一致，其結果缺乏客觀性，再現性差。
進而，由于用錘敲擊老化的噴涂坡面會破壞變脆的噴涂坡面，作業者還必須用繩索垂吊在坡度很陡的斜面即噴涂坡面等上進行作業，因此是非常危險的。
由上可知，錘擊法在結果的精度、作業的安全性等方面都有問題，而且還有無效的成本上升問題。
熱紅外線影像法是用熱紅外線照相機測定噴涂坡面表面的溫度分布，根據溫度不同及其變化推斷噴涂坡面與鹽體的密合狀態的方法，但是，也有如下問題，即，由于噴涂坡面表面的日曬條件和測定時的氣溫、天氣、風等自然現象、以及凹凸狀態等的噴涂坡面表面的形狀往往影響到測定結果，而噴涂厚度、表面生長的植物或苔蘚、地下水地表的濕潤等存在成為不可測定的探測界限。
電磁波法是用電磁波照射噴涂坡面，其存在的問題是，通過測定從表面及內部反射出來的反射波來推測噴涂坡面與地基的密合狀態的方法，但是，通常坡面的混凝土噴涂工藝的標準式樣是在網目很細的鐵絲網(焊接鐵絲網、鐵絲編的網)上進行噴涂的，由于電磁波受該金屬的影響很大，因此不能高精度地診斷。且分析時需要專門的高技術，并且需要花費大量時間。
混凝土基板等的剝離檢測方法即共振波空隙探測裝置是使帶有用作振子的壓電元件的、含有多個基本頻率的發送波動中的至少一個振動與有分離·空隙部的混凝土基板背面的空隙所持的固有振動頻率相一致，由此發生共振現象，此時通過觀察所產生的振幅大的波動，可推斷有無分離·空隙部，這種方法將測定頻率設定為數kHz～數百kHz，但是，厚10cm、大小數米的混凝土板在數百Hz～數kHz的區域內有多個固有頻率，因此很難推斷噴涂坡面具有的與其近似的固有頻率，在共振波空隙探測裝置的測定頻率高的振動頻率區域內很難識別是否產生了共振現象。
而且，探頭的前端如

圖11所示是球形的，因此適合于測定樓面板和磚瓦等的平滑表面，但是不適合于測定表面有凹凸的噴涂坡面。
再有，密合度如圖10所示，是根據示波管上顯示的波的振幅大小來判定的，因此有時診斷缺乏客觀性和正確性。
上述波動發送器是由將滑動面安裝在硬質板上的撓性壓電元件、背面留有振動頻率中共振所需長度的空間的保持體、及安裝在該保持體上的探頭構成的。而且，探頭的形狀為硬的細棒狀，因此不受噴涂坡面表面凹凸的負面影響，可將振動正確且直接地傳遞給噴涂坡面。
波動接收器正確地接收噴涂坡面上的橫波振動狀態，并將其轉換為電信號，用發送器兼接收器的接收部進行放大，借助于信號顯示器明確地顯示出來，而且接收到的波形經過FFT(快速傅立葉變換)解析，由噴涂坡面的固有振動頻率與其倍音來明確診斷是否發生了共振現象，且可將其振幅的大小作為數值數據測定。
由上可知，本發明提供了一種通過橫波共振法診斷噴涂坡面與地基的密合度的方法，該方法在不影響噴涂坡面表面的狀態的情況下，根據視覺和數值，可明確且客觀地識別出噴涂坡面與巖盤、地基等巖體之間的密合度(健全的密合部分與分離·空隙部的區別)。
圖2是表示用本發明檢測的混凝土噴涂坡面的一個例子的說明圖。
圖3是分別放大地表示圖2中箭頭イ(健全部)和ロ(分離·空隙部)的測定狀態的說明圖。
圖4是表示本發明所采用的波動發送器和波動接收器的剖面圖。
圖5是用信號顯示器顯示出的來自噴涂坡面的接收信號的輸出波形圖。
圖5(a)是不存在分離·空隙部時的情況。
圖5(b)是存在分離·空隙部時的情況。
圖6是表示試驗驗證采用本發明的橫波共振法診斷混凝土噴涂坡面的粘合強度的方法的試驗體。
圖6(a)是立體圖。
圖6(b)是沿圖6(a)中的a-a線的剖面圖。
圖7是表示圖6所示的試驗體的模型試驗結果的說明圖。
圖8是表示接收信號中振幅的測評示例的波形圖。
圖9表示的是接收信號的時間波形和用FFT解析器解析的結果。
圖9(a)表示噴涂坡面與巖體表面處于密合時的波形。
圖9(b)表示上述結合部中存在分離·空隙部時的波形。
圖10表示的是用現有技術的測定法在發送波中使用脈沖信號時的接收波形。
圖10(a)是噴涂坡面與巖體之間不存在分離·空隙部時健全的情況。
圖10(b)是噴涂坡面與巖體之間存在分離·空隙部時的情況。
圖11是表示現有技術的波動發送器、接收器的探頭的正視圖和后視圖。
圖12是將波動發送器和波動接收器一體化的波動測定裝置。
圖1是表示本發明上述診斷方法概況的說明圖，1是波動發送器，6是波動接收器，7是發送器兼接收器，8是計算機直接型示波管等的信號顯示器，9是電連接線，10是個人計算機。
A是巖盤、地基等的巖體，B是噴涂坡面，C是分離·空隙部，圖3(a)是剛施工之后健全狀態下的結合部的放大圖。噴涂坡面在施工后經過成年累月地受到地下水及植物的根系、冰凍等的影響，在巖體A的表層發生風化變劣，與混凝土的密合度下降，如圖2、圖3(b)的放大圖所示，噴涂坡面B的里面與巖體A的表面之間發生分離，逐漸產生空洞部。
如圖4所示，波動發送器1是由與發送器兼接收器7相連接的插頭2、導線、安裝有撓性振子4和細棒狀探頭5的保持體1、6構成的。
由于撓性振子4是用鈦酸鋇等的撓性形壓電元件在滑動面上安裝硬板而成，因此在接收從發送器兼接收器7發送來的矩形波電信號，產生共振現象，并轉換為正弦波的同時，使其產生適于診斷噴涂坡面的密合度的數百～數kHz的音頻區域的撓性振動。
上述探頭5呈硬的細棒狀，從而使其不受圖2所示的噴涂坡面B的表面凹凸不平的影響，由于波動發送器1底部1a形成在不接觸噴涂坡面B表面的位置上，因此探頭5的前端直接接觸到上述噴涂坡面B的表面，因而可正確地傳遞發出的振動信號。
波動接收器6與波動發送器1的結構相同，且使其與波動發送器1的功能不同，并設置在距離波動發送器1例如10cm位置的噴涂坡面B上，與噴涂坡面B的表面之間通過前述細棒狀的探頭5接收噴涂坡面B上產生的橫波振動，并將其轉換為電信號。
從波動發送器1發出的撓性振動在噴涂坡面B上產生橫波振動，當噴涂坡面B與巖體A處于緊密結合的健全狀態時，橫波振動將被巖體吸收，而不會在噴涂坡面B上產生大的振動，但是，當噴涂坡面B與巖體A之間存在分離和空隙時，發送到噴涂坡面B的多個固有頻率中的一個撓性振動的振動頻率相一致，產生共振現象，在噴涂坡面B上產生具有大振幅的橫波振動。
波動接收器將該噴涂坡面B上產生的振動現象轉換為捕捉到的電信號，并經發送器兼接收器7的接收部中進行放大，如圖5所示地輸出顯示在示波管等的顯示器8的屏幕上。
發送器兼接收器7在發送數百～數kHz的連續矩形波信號的同時，對接收到的接收信號放大，波動發送器1、波動接收器6的插頭2及顯示器8之間通過連續線9彼此連接。
下面說明用于實施本發明所述的診斷方法的連接關系，發送器兼接收器7的輸出被輸出到波動發送器1的插頭2和示波管等顯示器8，波動接收器6的輸出連接作為發送器兼接收器7的輸入。
而發送器兼接收器7的另一端的輸出連接到顯示器8，顯示器8的輸出連接到個人計算機10的輸入輸出端。
下面簡單說明上述結構的一個實施例的工作過程。
根據圖1所示的方法，假定測定圖2所示的不存在分離·空隙部C的噴涂坡面B。
首先，波動發送器1、將波動接收器6的細棒狀探頭5的前端直接接觸箭頭イ所示部分的噴涂坡面B的表面。圖3(a)放大表示了此時的狀態。波動發送器1將從發送器兼接收器7接收到的連續正弦波的電信號通過撓性振子4轉換為撓性振動(たわみ振動)，借助于探頭5傳遞到噴涂坡面B，在噴涂坡面中傳播，并到達波動接收器6的細棒狀探頭5，再由撓性振子4轉換為電信號，通過插頭輸入給發送器兼接收器7，并進行放大，最終通過顯示器8觀測如圖5(a)所示的接收波形。
下面，假定要探測存在有如圖2中箭頭口所示的分離·空隙部C的噴涂坡面B。
用與前述同樣的方法，用撓性振子4將如圖3(b)所示的發出的電信號轉換為撓性振動，當通過細棒狀探頭5將振動傳遞到噴涂坡面B上時，在背面存在有分離·空隙部C的噴涂坡面B中，使噴涂坡面產生橫波振動，當由分離·空隙的大小及噴涂坡面B的厚度決定的噴涂坡面B的固有振動頻率與傳播的撓性振動的振動頻率相一致時，即產生共振現象，此時噴涂坡面B產生大的搖動，波動接收器6的細棒狀探頭5接收到該振動，通過撓性振子4將其轉換為電信號，通過發送器兼接收器7放大后，與前述同樣的，通過顯示器8觀測如圖5(b)所示的接收波形。
通過識別用顯示器8觀測到的波形，即可分辨噴涂坡面里面沒有分離·空隙部C的狀態和有分離·空隙部C的狀態。進而也可以利用FFT解析器對波動接收器接收到的電信號進行FFT(快速傅立葉轉換)解析，并轉換為如圖9(a)、(b)所示的時間波形。由此，可根據噴涂坡面中的固有振動頻率，更明確地捕捉到共振現象，即可更精確地作出診斷。
下面說明用于確認本發明上述噴涂坡面的密合度診斷法的精度的模型試驗例。
首先，將作為試驗體P制成如圖6(a)、(b)所示的形狀，將該試驗體P假定為前述噴涂坡面B，用本發明所述的診斷法進行測定。
該試驗體P的尺寸為L、W＝900mm、T＝300mm，該試驗體P中心部形成的空隙部(分離·空隙部)S的相應尺寸為1、w＝500mm、t＝100mm。
該試驗體P用5cm×5cm的網格計量的結果如圖7所示，振幅的測評示例如圖8所示。其結果，閾值選用圖8的[1]、[2]之間的值，由此可明確地檢測并識別出所謂巖體A的表面和噴涂坡面B的里面之間存在的分離·空隙部(空洞部)C。
以上說明的只是本發明所述診斷法的一個例子，要得到精度更高、客觀的數值數據時，可在各測定點采用調頻電路將發送器兼接收器的發送部發出的電信號的頻率在數百～數kHz的范圍內連續變化，并對此時波動接收器接收到的電信號進行FFT(快速傅立葉變換)解析，可得到共振振動頻率及振幅數值，由此可獲得客觀性高的數值數據。
而當因為作為對象的混凝土板的厚度太厚，從波動發送器傳遞出的橫波振動不能在混凝土板中產生振幅較大的共振振動，因而無法完全識別有無共振現象產生時，或者由于周圍的噪音、車輛·機械振動等產生的噪音而無法明確識別出微小的振動時，可通過使波動發送器和波動接收器一體化，波動發送器的保持體捕捉由混凝土板產生的微小共振而引起的共振現象，利用接收部和信號顯示器來識別該共振現象，從而可高精度地診斷較厚的混凝土噴涂坡面的密合度。
本發明的方法雖是以檢測混凝土噴涂坡面的非密合部分或分離空隙、空洞部分為對象的，但是，利用上述波動發送器和波動接收器一體化的裝置也可適用于探測可看作較厚的混凝土板的隧道襯砌工程背面的空洞。
圖12所示的實施例是作為上述波動發送器及波動接收器一體化的波動測定裝置的例子。該波動測定裝置11由用于接收的傳感器12和保持體13構成，處于被檢測物一側的該接收用傳感器12由大致在其中央部的硬的細棒體制成的觸頭14、使該觸頭14可自由伸縮而在該觸頭14的背面側形成的彈簧15、設置在形成于該觸頭14周邊的前面側的接收用滑動板16內側的接收用振子17、及連接該接收用振子17和插頭22的導線18構成。
上述保持體13為箱狀體，其內側設有發送用傳感器19，該傳感器可在前后方向自由滑動。由于觸頭14固定在該發送用傳感器19的前面側，因此隨著該觸頭14的伸縮，該發送用傳感器19可滑動。
而該發送用傳感器19的內側設有振子20，該振子20通過導線21與插頭22連接。
上述振動發送器和波動接收器一體化的波動測定裝置由于可用一臺裝置即可兼顧發送和接收，因此結構緊湊、非常便于使用。發送和接收功能與上述實施例相同。
采用上述本發明的橫波共振法來診斷噴涂坡面的密合度的方法可實現下述效果1)由于探頭做成硬的細棒狀，因此可不受噴涂坡面表面的凹凸的影響地傳遞振動。
2)將診斷時使用的振動頻率設定為當假定噴涂坡面是混凝土板時的板的撓性振動的固有振動頻率范圍即數百～數kHz，由于在該區域中用連續正弦波形進行測定，因此分離·空隙部的檢測精度較高。
3)由于可將波動發送器及波動接收器制成便于攜帶的尺寸，因此可實現測定作業的機械化，可大幅度降低作業人員的危險。
4)用FFT解析器解析接收到的波形，從而顯示出振動頻率和振幅之間的關系，可明確地診斷出噴涂坡面中是否發生了共振現象，可高精度地診斷。
5)而且，各測定點中通過使測定的振動頻率在數百～數kHz的范圍內變化，可獲得共振振動頻率與其振幅的數值，由此可獲得更客觀的數值數據。
6)通過使波動發送器和波動接收器一體化，可捕捉到微小的振動，可適用于在噴涂厚度較厚的噴涂坡面上進行高精度地密合度診斷，及檢測隧道襯砌工程背面的空洞。
權利要求
1.一種混凝土噴涂坡面的密合度診斷法，該方法使用非破壞性檢查裝置，根據混凝土噴涂坡面中有無共振現象發生及其頻率、振幅來檢測混凝土噴涂坡面與巖體之間的密合度的混凝土噴涂坡面的密合度，其特征在于，上述檢查裝置是由下述部件構成的由產生數百～數kHz的電信號的發送部和將振動轉換而來的電信號進行放大的接收部構成的發送器兼接收器、從該發送器兼接收器的發送部發出的信號產生橫波振動，并將其直接傳遞到混凝土噴涂坡面上的波動發送器、接收由上述波動發送器傳出來的振動在混凝土噴涂坡面上產生的振動，并轉換為電信號的波動接收器、及顯示從發送器兼接收器的接收器送出的電信號的信號顯示器。
2.一種如權利要求1所述的混凝土噴涂坡面的密合度診斷法，其特征在于，借助于由用于產生數百～數kHz電信號的電路、自動調節數百～數kHz的頻率的調頻電路及將矩形波信號轉換為正弦波信號的電路中串聯的線圈構成的發送器兼接收器的發送部、和由在滑動面上安裝有硬板的撓性振子、背面留有振動頻率中共振所需長度的空間的保持體、及安裝在該保持體上的探頭構成的波動發送器，通過從發送部發出的正弦波驅動撓性振子，使之產生橫波振動，并將該振動直接傳遞到混凝土噴涂坡面上。
3.一種如權利要求1或2所述的混凝土噴涂坡面的密合度診斷法，其特征在于，采用與上述波動發送器相同結構的波動接收器作為接收由從波動發送器傳來的振動而在混凝土噴涂坡面上產生的橫波振動，并將其轉換為電信號的部件。
4.一種如權利要求1-3中任意一項所述的混凝土噴涂坡面的密合度診斷法，其特征在于，還具有通過發送器兼接收器的接收部對由波動接收器所轉換的電信號進行放大，并作為檢查、顯示有無發生共振現象、共振頻率、振幅等的部件的信號顯示器。
5.一種如權利要求1-4中任意一項所述的混凝土噴涂坡面的密合度診斷法，其特征在于，將波動發送器和波動接收器的探頭制成硬的細棒狀，使其可穩定地接觸到坡面的任何表面，并進行測定。
6.一種如權利要求1-5中任意一項所述的混凝土噴涂坡面的密合度診斷法，其特征在于，通過由波動發送器發出的撓性振動而在混凝土噴涂坡面上產生的振動中，波動接收器只接收振幅大的振動，或者該波動接收器捕捉因混凝土噴涂坡面上產生的波動而引起的共振現象。
7.一種空隙探測裝置，其特征在于，該裝置是由下述部件構成的由產生數百～數kHz的電信號的發送部和將振動轉換而來的電信號進行放大的接收部構成的發送器兼接收器、從該發送器兼接收器的發送部發出的信號將橫波振動直接傳遞到對象物上的波動發送器、接收由上述波動發送器傳出來的振動而在對象物上產生的振動，并將其轉換為電信號的波動接收器、及顯示從發送器兼接收器的接收器送出的電信號的信號顯示器。
8.一種如權利要求7所述的空隙探測裝置，其特征在于，波動發送器上設有安裝有與發送器兼接收器相連接的插頭、導線、撓性振子和細棒狀探頭的保持體。
9.一種如權利要求7或8所述的空隙探測裝置，其特征在于，波動接收器上設有安裝有與發送器兼接收器相連接的插頭、導線、撓性振子和細棒狀探頭的保持體。
10.一種如權利要求7～9中任意一項所述的空隙探測裝置，其特征在于，撓性振子通過固定材料安裝在波動發送器上。
全文摘要
本發明提供一種使用非破壞性檢查裝置，根據混凝土噴涂坡面中有無共振現象發生及其頻率、振幅來檢測混凝土噴涂坡面表面與巖體之間的密合度的混凝土噴涂坡面的密合度診斷法，上述檢查裝置是由下述部件構成的由產生數百～數kHz的電信號的發送部和將振動轉換而來的電信號進行放大的接收部構成的發送器兼接收器、由該發送器兼接收器的發送部發出的信號產生橫波振動，并將其直接傳遞到混凝土噴涂坡面上的波動發送器、接收由從上述波動發送器傳出來的振動而在混凝土噴涂坡面上產生的振動，并將其轉換為電信號的波動接收器、及顯示從發送器兼接收器的接收器送出的電信號的信號顯示器。
文檔編號E02D17/20GK1456884SQ0214603
公開日2003年11月19日 申請日期2002年10月23日 優先權日2002年5月9日
發明者榎園正義, 浜子正, 宇次原雅之, 山西霜野子, 田中尚 申請人:社團法人日本建設機械化協會, 日特建設株式會社