超声法检测混凝土缺陷

超声法检测混凝土缺陷后勤工程检测中心葛增超一、概述混凝土缺陷：内部不密实或空洞，外部蜂窝麻面、裂缝或损伤层检测目的：查明混凝土缺陷的性质、范围及尺寸检测方法：机械波法：超声脉冲波、冲击脉冲波、声发射穿透幅射法：x射线、γ射线、中子流一、概述超声法定义指采用带波形显示的低频超声波检测仪和频率为20～250kHz的声波换能器，测量混凝土的声速、波幅和主频等声学参数，并根据这些参数及其相对变化分析判断混凝土缺陷的方法在混凝土检测中的应用非破损检测混凝土内部的空洞、离析检测混凝土裂缝的深度检测混凝土接触面的结合质量检测混凝土表面的损伤层厚度二、超声法检测的基本原理（一）基本原理利用脉冲波在技术条件相同的混凝土中传播的时间（或速度）、接收波的振幅和频率等声学参数的相对变化，来判定混凝土的缺陷。（注：技术条件相同：指混凝土的原材料、配合比、龄期和测试距离一致）二、超声法检测的基本原理（二）声学参数1.声速弹性模量↑,孔隙率↓,密实度↑,声速↑强度↑，声速↑混凝土内部有缺陷(孔洞、蜂窝)，声速↘超声波穿过裂缝传播，声速↘声速可以反映混凝土的性能与内部情况二、超声法检测的基本原理2.振幅指首波，即第一个波前半周的幅值，反映了接收到声波的强弱强度↑，振幅↑内部有缺陷、裂缝，振幅↓振幅与仪器性能、耦合状况、测距大小均有关系，没有统一的度量标准，目前只作为同条件（同一仪器、同一状态、同一测距）下相对比较用二、超声法检测的基本原理3.频率超声波检测中，电脉冲激发出的声脉冲信号是复频超声脉冲波，包含了一系列不同频率成分测距越远，高频成分衰减越多混凝土内部缺陷及裂缝使主频下降频率与仪器性能、耦合状况、测距大小均有关系，没有统一的度量标准，目前只作为同条件(同一仪器、同一状态、同一测距)下相对比较用各频率成分通过频谱分析取得（FFT）二、超声法检测的基本原理4.波形显示屏上显示的接收波波形直达波、反射波、绕射波、纵波、横波、表面波等的综合反映波形分析常集中于波前部的纵波目前对波形的研究只能作一般的观察、记录二、超声法检测的基本原理5.声速的测量方法v=l/t,l为测距，t为声时5.1测距的测量方法对测时，钢卷尺测量T、R间距离平测时，钢卷尺测量T、R间净距离5.2声时的测读方法游标测读自动关门,适用于信号较强时测量计算机自动寻找tlv/tlv/tlv/二、超声法检测的基本原理5.3零读数t0的标定方法仪器显示时间t1包含超声波在被测物体中传播时间t、延迟时间（电延迟、电声转换、声延迟）t0，t=t1-t0直接相对法，适用于作为精度要求不高或测距较大情况下，夹心式换能器的t0标定长短测距法，适用各类平面换能器t0标定标准棒法二、超声法检测的基本原理6.振幅的测量方法直读法：固定发射电压、衰减器刻度及增益值，直接读取首波波谷（峰）距水平刻线的高度衰减器法：固定发射电压、增益刻度，将首波高度衰减至某预定高度，此时从衰减器读得的dB值即为首波幅度的指标tlv/tlv/tlv/二、超声法检测的基本原理7.频率的测量方法测量周期法f=1/4(t2-t1)=1/2(t3-t2)=1/(t4-t2)一般取前一、二个周期的波形tlv/tlv/tlv/tlv/三、超声波法检测混凝土缺陷（一）混凝土裂缝深度检测1.平测法1.1适用范围只有一个表面可供超声检测裂缝深度不大于500mm三、超声波法检测混凝土缺陷1.2检测步骤：第一步，不跨缝声时测量：将T和R置于裂缝同一侧，以两个换能器内边缘距离li’为100、150、200mm…，分别读取声时值ti，绘制“时-距”坐标图，或用回归分析求出：li’=a+bti，则每测点超声波实际传播距离：li=li’+|a|，得出超声波传播速度：v=(ln’-l1’)/(tn-t1)或v=b三、超声波法检测混凝土缺陷第二步，跨缝声时测量：将T和R置于裂缝对称的两侧，li’取100、150、200mm…，分别读取声时值tci，同时观测首波相位的变化第三步，计算：裂缝深度按下式计算tlv/nicihciciicihnmlvtlh12112三、超声波法检测混凝土缺陷1.3裂缝深度的确定跨缝测量中，当在某测距发现首波反相时，取该测距及两个相邻测距的裂缝深度平均值无反相，则将剔除li’mhc和li’3mhc数据，取余下的hci的平均值当有钢筋穿过裂缝时，换能器须离开钢筋一定距离或将T、R连线与钢筋轴线形成一定角度（40～50°）裂缝中不得有水或泥浆充填三、超声波法检测混凝土缺陷2.斜测法2.1适用范围结构裂缝部位有一对相互平行的表面时，优先选用2.2测量方法保持T、R换能器连线的距离相等、倾斜角一致，进行过缝与不过缝检测，分别读取相应的声时、波幅和频率值。T、R连线通过裂缝时的波幅与频率比不过缝测点比较，存在显著差异三、超声波法检测混凝土缺陷3.钻孔测法3.1适用范围大体积混凝土，裂缝深度大于500mm被测混凝土允许在裂缝两侧钻测试孔三、超声波法检测混凝土缺陷3.2钻孔要求孔径大于换能器直径5～10mm测孔深度应大于裂缝深度600～800mm对应的两个测孔应始终位于裂缝两侧，且平行对应测孔间距宜2m左右，同一结构各对应测孔的间距应相同孔中粉末碎屑应清理干净横向测孔的轴线应具在一定的倾斜角宜在裂缝一侧多钻一个孔距相同但较浅的孔三、超声波法检测混凝土缺陷3.3测试方法测试孔注满清水，将T、R置于裂缝同侧的B、C孔中以200～300mm的相同步距向下移动T、R，并读取相应的声时与波幅值将T、R置于裂缝两侧对应的A、B测孔中，同步向下移动，逐点读取声时、波幅和换能器所处深度三、超声波法检测混凝土缺陷3.4裂缝深度判定主要以波幅测值作为判据绘制深度-波幅坐标图波幅最大并基本保持稳定位置即对应裂缝深度三、超声波法检测混凝土缺陷3.5裂缝末端位置的判定采用斜测法当两个换能器的连线超过裂缝末端后，波幅测值保持最大值，判定测线AB、CD的位置通过裂缝的末端AB、CD两条测线的连线交点便是裂缝的末端位置三、超声波法检测混凝土缺陷（二）混凝土不密实区和空洞检测1.测试方法1.1平面对测结构被测部位有两对互相平行表面在测区的两对平行表面上，画100～300mm网格并逐点编号测量对应测点的声时、波幅和频率三、超声波法检测混凝土缺陷1.2平面斜测被测部位只在一对平行表面可供测试，或被测部位处于结构的特殊位置三、超声波法检测混凝土缺陷1.3钻孔测法适用于大体积混凝土钻一个或多个平行于侧面的测孔，直径38～45mm，孔深根据测试要求确定耦合：测孔用清水，侧面用黄油测量同一高度或同步高度差的声时、波幅或频率三、超声波法检测混凝土缺陷2.不密实区和空洞的判定基本原理：超声波遇不密实区或空洞时，其测得的声时、振幅、频率必将与正常混凝土有差别异常值的判别方法：根据概率统计理论确定，即置信范围（mx±λ1·Sx)以外的观测值为异常值，同时应避免观测失误造成数据异常（检查表面是否平整、干净或是否存在别的干扰因素，必要时加密测点重复测试）三、超声波法检测混凝土缺陷2.1混凝土声学参数的统计计算1/11221nmnxSxnmnixixniix三、超声波法检测混凝土缺陷2.2异常值的判别当测区各测点的测距相同时，可直接用声时进行统计判断。将各测点声时值ti按大小顺序排列，t1≤t2≤t3…tn，视排在后面明显偏大的声时为可疑值，将可疑值中最小的一个数同其前面的声时值进行平均值（mt）和标准差（St）的统计以x0=mt+λ1·St为异常值的临界值，当参与统计的可疑值tn≥x0时，则tn及排列于其后的声时值为异常值，再将t1~tn-1进行统计判断，直至判不出异常值为止。若tnx0时，再将tn+1放进去统计和判别，其余类推三、超声波法检测混凝土缺陷用声速、波幅或频率进行统计判断。将测区各测点的声速、波幅或主频值按大小顺序排列，x1≥x2≥x3…xn，视排在后面明显小的数为可疑值，将可疑值中最大的一个数同其前面的数进行平均值（mx）和标准差（Sx）的统计。以X0=mx-λ1·Sx为异常值的临界值,当参与统计的可疑值xn≤X0时，则xn及排列于其后的数均为异常值，再将x1~xn-1进行统计判断，直至判不出异常值为止。若xnX0时，再将xn+1放进去统计和判别，其余类推三、超声波法检测混凝土缺陷相邻测点异常的临界值，按下式进行统计判断。X0=mx-λ2·Sx或X0=mx-λ3·Sxλ1、λ2、λ3与测点数量有关，查规范表可得。2.3不密实混凝土和空洞范围的判定根据异常测点的分布及波形状况判定混凝土内部存在不密实区和空洞的范围注意：波幅测量值虽然对缺陷的反映很敏感，但由于受声耦合状态的影响较大，容易产生误判和漏判三、超声波法检测混凝土缺陷3.混凝土内部空洞尺寸的估算3.1设空洞位于发射和接收换能器的正中央适用于只有一对可供测试的表面时，按下式估算空洞半径：1212mhttldr三、超声波法检测混凝土缺陷3.2设空洞位于发射和接收换能器连线的任意位置适用于有两对可供测试的表面时。设X=(th-tm)/tm，Y=lh/l，Z=r/l，则可根据X、Y值，由表C.0.1查得Z值，再计算空洞的大致半径r三、超声波法检测混凝土缺陷（三）混凝土结合面质量检测1.测试方法有对测法和斜测法两种，测点布置要求：使测试范围覆盖全部结合面或有怀疑的部位各对换能器连线应采用穿过和不穿过结合面布置各对换能器连线的倾斜角、测距应相等测点间距100~300mm测试各对测点的声时、波幅、主频值三、超声波法检测混凝土缺陷2.数据处理及判定测点数足够，仍用统计方法判定测点数不足，或数据较离散，可用通过结合面的声速、波幅值与不通过结合面的声速、波幅值比较，显著低者，可判为异常测点被判为异常值的测点，查明无其他原因影响时，可判定这些部位的新老混凝土结合不良三、超声波法检测混凝土缺陷3.实例根据声时判别结果，t3、t4、t8、t9、t12、t15为异常值根据波幅统计和判别结果，A1、A3、A4、A8、A9、A12、A15为异常值三、超声波法检测混凝土缺陷（四）表层损伤层检测1.测试原理当T、R换能器间距较近时，脉冲波首先沿损伤层到达R，此时测得的为损伤层混凝土声速。当T、R换能器间距较大时，脉冲波透过损伤层沿未损伤层到达R，此时测得的为未损伤层混凝土声速。必有一测距l0，脉冲波穿过损伤层与未损伤层到达R的时间相同。据此建立方程求得hf三、超声波法检测混凝土缺陷2.测试方法T耦合好保持不动，然后将R依次耦合在间距为30mm的测点1、2、3、…位置上，读取相应的声时值t1、t2、t3、…，并测量每次T、R内边缘之间的距离l1、l2、l3、…，每一测位的测点数不得少于6点，当损伤层较厚或不均匀时，应增加测点数量三、超声波法检测混凝土缺陷3.损伤层厚度的判定用各测点的声时值和相应的测距绘制“时-距”坐标图，转折点前后分别代表损伤和未损伤混凝土的l和t相关直线建立回归直线方程aafftbaltbal2211未损伤混凝土损伤混凝土三、超声波法检测混凝土缺陷损伤层厚度的计算1212210/bbbabal121202/bbbblhf4.注意事项为增强接收信号，宜选择低频换能器（30～50kHz）有时因损伤程度轻或损伤层厚度不大，可能出现两者速度差别不大，因此，测量时必须准确测量T、R之间距离检测完成后，宜作局部破损验证检测结果三、超声波法检测混凝土缺陷（五）超声法检测混凝土缺陷的主要影响因素1.耦合状态的影响测面平整耦合剂厚度均一无泥砂粘附2.钢筋换能器离开钢筋一定距离或与钢筋轴线形成一定夹角3.水分力求混凝土处于干燥状态，缺陷内的空气不能被水充填四、超声波检测的仪器设备