第十一章+现场混凝土质量检测-第二节内部缺陷和裂缝深度

第十一章现场混凝土质量检测水利水电工程质量检测培训研讨材料第二节混凝土内部缺陷检测3混凝土内部缺陷检测3.1.1混凝土缺陷探测原理1)声时↑，波速↓2）首波波幅↓缺陷处声学参数特征：4)波的传播路径复杂，各种波叠加造成波形畸变3)接收波主频值↓3.1.1混凝土缺陷探测原理3.1.2混凝土缺陷及裂缝探测的一般程序混凝土缺陷（包括不密实区和空洞、结合面质量、表面损伤层）以及裂缝的检测一般程序如下：（1）制订测试方案收集资料，实地考察，制订测试方案。视测试面情况及测距大小选择平测法、对测法、斜测法或者钻孔法。（2）仪器设备超声仪及换能器应满足规范要求及现场检测需要。根据测试面情况选型式，测距选频率。（3）对测试面或钻孔的要求平面换能器要求混凝土表面平整、干净。径向换能器要求钻孔或声测管互相平行，直径略大。（4）耦合条件平面换能器：与混凝土表面达到完全平面接触，减小衰减。径向换能器：孔（管）中注满清水，换能器不偏斜。（5）测线布置尺寸较大测线疏一些，小构件测线应密一些；普测时测线疏一些，单方向对测，有怀疑的区域密一些，进一步斜测；平面检测时，记录各测点编号及位置；钻孔检测时，记录各测点高程。（6）信号采集记录声时、振幅、频率和波形这四个声学参数。异常部位保存波形。（7）分析计算在现场初步分析，缺陷部位复测或详测，室内进一步分析处理。3.1.2混凝土缺陷及裂缝探测的一般程序3.2不密实区和空洞检测不密实区是指因振捣不够、漏浆或离析等造成的蜂窝状，或因缺少水泥形成的松散状以及遭受意外损伤产生的疏松状混凝土区域。空洞是指因为钢筋密集，混凝土无法振实，造成石子架空，或者在浇筑过程中混凝土中混入了声阻抗较低的杂物（如泥块、木块、砖头等）。3.2.1不密实区和空洞检测测线布置1对测法适用于具有两对平行测试面的结构。在两对平行的测试面上，画出等间距的网格，网格间距0.2～1.0m，大型结构物可适当加大，编号确定对应的测点位置。适用于只有一对平行测试面的结构；测点间距同前。2)斜测法3.2.1不密实区和空洞检测测线布置斜测法立面图3）钻孔法适用于钻孔或预埋管，孔距2-3m；测点间距0.2～0.5m；缺陷附近，测点加密。3.2.1不密实区和空洞检测测线布置AB1.常规对测测点间距S(0.2:1.0m)2.局部加密对测S≤100mm3.A高B低斜测S同加密对测4.A低B高斜测S同加密对测现场缺陷测试程序3.2.2缺陷分析方法异常测点判断概率统计法缺陷范围判断阴影重叠法缺陷程度判断层析成像法3.2.2异常测点判断——概率法南京水利科学研究院罗骐先教授提出，现已编入各类超声检测规范。基本构想如下：1)正常混凝土质量波动是偶然误差所引起，符合正态分布；2)缺陷是由过失误差（漏振、漏浆、架空等）引起，不符合正态分布；3)找出一批检测数据的临界值，低于临界值即缺陷异常点。3.2.2异常测点判断——概率法对n个测点统计平均值、标准差s。x查表或计算P(1/n)的分位值kaSkxxaL测点数不少于30个将所有测值按大小次序排列，即x1≥x2≥x3≥…≥xn-1≥xn≥xn+1…，将排在后面明显小的数据视为可疑，例如xn、xn+1…，先予舍弃，以剩下的其他数据进行统计计算，得到一临界值xL1。这时可能出现两种情况：a)若xn-1＜xL，则将xn-1也舍掉，以其余的数据重新进行统计计算、判断，以此类推，直到所舍弃的数据中最大的一个大于或等于临界值为止，则这个最大值以后的数据为异常点。b)若xn-1＞xL，则将xn纳入统计数据中，将其余的数据舍弃，重新进行统计计算、判断，以此类推，直到所舍弃的数据中最大的一个小于临界值为止，则这个所舍弃的最大值及其以后的数据为异常点。3.2.2异常测点判断——概率法3.2.2异常测点判断——概率法序号12345678910t(us)106.4107.2107.9109.2109.4109.6109.6109.6110.4110.4序号11121314151617181920t(us)111.2111.4111.6111.8112.2112.4114.3114.6115.1115.8假设t16、……t20可疑，对t1～t15统计：n=15，mt=109.9，St=1.71，λ1=1.50x0=mt+λ1St=109.9+1.71×1.50=112.5t15x0说明t15为正常值。同样计算得到t16也为正常值3.2.2异常测点判断——概率法序号12345678910t(us)106.4107.2107.9109.2109.4109.6109.6109.6110.4110.4序号11121314151617181920t(us)111.2111.4111.6111.8112.2112.4114.3114.6115.1115.8对t1～t17统计：n=17，mt=110.3，St=2.00，λ1=1.56x0=mt+λ1St=110.3+1.56×2.00=113.4t17x0说明t17为异常值。t17～t20为异常值将所有相交的缺陷阴影区进行叠加，其交叉重叠所围成的区域，称为缺陷阴影区，即为缺陷的范围。3.2.3缺陷区域判断——阴影重叠法声测管周围局部缺陷实际缺陷异常测线正常测线缺陷阴影检测缺陷范围abdchfgei3.2.3缺陷范围判断——阴影重叠法声测管之间局部缺陷efabijklcdgh3.2.3缺陷范围判断——阴影重叠法缩颈缺陷hfbgjidclkea3.2.3缺陷范围判断——阴影重叠法分析实例-11.5-12.5-13.5-14.5-13.25-13.00A管B管C管A管J缺陷轮廓缺陷区阴影重叠法第三节混凝土裂缝深度检测单面平测法适用于只有一个外露表面的结构浅裂缝，如混凝土路面、飞机跑道、隧洞、大体积混凝土浅裂缝。双面斜测法适用于具备一对平行测试面的结构，例如桥梁工程的梁、柱、墩等。钻孔对测法适用于具备钻孔条件的大体积混凝土结构深裂缝。3.1单面平测法1)/(2/1)/(2/2020lvtlttlhcccc基于超声波从裂缝末端绕射的原理0ctct3.1单面平测法allii/v=斜率（1）选择测试部位。（2）不跨缝的声时测量T和R换能器置于裂缝附近同一侧，两个换能器内边缘间距依次等于50、100、150、200mm、……，分别读取声时值。（3）跨缝的声时测量分别置于以裂缝两侧，两个换能器同步向外侧移动，依次等于50、100、150、200mm、……，分别读取声时值。测试步骤：3.1单面平测法（4）记录首波反转时的测距当换能器置于裂缝两侧并逐渐增大间距，首波的振幅相位先后发生180°的反转变化。3.1单面平测法l1/l2/l3/l1/l2/l3/1）不跨缝测量2）跨缝测量①三点平均值法跨缝测试在某测距发现首波反相时，用该测距及其两个相邻测距的声时测量值分别计算hci，取此三点的平均值hci作为该裂缝的深度。②平均值加剔除法首先求出各测距计算深度hci的平均值mhc。再将各测距与相比较，凡和，剔除其hci，取余下hci的平均值作为该裂缝深度hc。hciml/hciml3/3.1单面平测法裂缝深度确定方法3.1单面平测法单面平测法检测混凝土试块裂缝深度测距(mm)跨缝声时(us)不跨缝声时(us)计算缝深(mm)5083.714.9184.510085.725.7182.815089.337.7181.820096.148.1185.925094.960.5165.4300103.371.3168.6350113.382.5175.3400119.791.7168.6450128.9103.3169.8500138.9116.5173.2550150.5/182.4600158.1/173.9650169.3/180.5700181.3/190.8750189.3/180.9测距250mm处首波反转mhc=177.6mm3.1单面平测法三点平均为：173.3mm平均值加剔除法：172.4mm影响因素：①裂缝深度不适用于50cm深的裂缝；②裂缝长度当裂缝深度大于裂缝长度的一半时，超声波在长度方向的绕射距离将小于从裂缝尖端绕射距离；③钢筋影响避免测线与钢筋平行，难以避免则换能器偏离钢筋的最短距离为裂缝深度的1.5倍左右3.1单面平测法3.2双面斜测法3.2双面斜测法！限制钻孔间距小于2m3.3钻孔对测法①钻孔直径应比换能器直径大5～10mm；②孔深应至少比裂缝预计深度深700mm；③对应的两个钻孔A、B，必须始终位于裂缝两侧，其轴线应保持平行；④两个对应测试孔的间距宜为2000mm；⑤孔中粉末碎屑应清理干净；⑥在裂缝一侧多钻一个孔距相同但较浅的孔。3.3钻孔对测法钻孔要求：①采用扶正器以确保换能器在孔中居中；②选用频率在20-60kHz之间的一对径向换能器，为增加信号的可读性，接收换能器应带有前置放大器；③以首波波幅A变化为判断依据。3.3钻孔对测法测试及分析：3.3钻孔对测法采用专门制作的径向换能器（Φ15mm，80kHz），对钻孔直径要求小，采用电锤打孔，钻头直径为Φ20mm。