超声波检测混凝土裂缝深度

江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE超声波法检测混凝土裂缝深度一、检测原理二、检测设备三、检测方法四、局限性江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE超声法(超声脉冲法)检测混凝土裂缝深度系指采用带波形显示功能的超声波检测仪，测量超声脉冲波在混凝土中的传播速度(简称声速)、首波幅度(简称波幅)和接收信号主频率(简称主频)等声学参数，并根据这些参数及其相对变化，判定混凝土裂缝深度情况。一、检测原理江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE（1）模拟式接收信号为连续模拟量，可由时域波形信号测读声学参数。现有：ECHOGRAPH1055B模拟式超声波探伤仪；CTS-22A/B型模拟式超声波探伤仪;ULTRAPROBE100模拟式超声波检查系统等。1.超声波检测仪二、检测设备江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE（2）数字式接收信号转化为离散数字量，具有采集、储存数字信号、测读声学参数和对数字信号处理的智能化功能。现有：RS-ST01D（P）便携式超声波非破损数字显示测试仪；HUD30数字超声波探伤仪；CTS-2000数字超声波探伤仪；USN-15型数字超声波探伤仪；EPOCH-4型数字超声波探伤仪；KM-180型便携式数字超声波探伤仪等。江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE常用换能器具有厚度振动方式和径向振动方式两种类型，可根据不同测试需要选用。厚度振动式换能器的频率宜采用20～250kHz。径向振动式换能器的频率宜采用20～60kHz，直径不宜大于32mm。当接收信号较弱时，宜选用器。2.换能器江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE当结构的裂缝部位只有一个可测表面，估计裂缝深度又大于500mm时，可采用单面平测法。平测时应在裂缝的被测部位，以不同的测距，按跨缝和不跨缝布置测点(布置测点时应避开钢筋的影响)进行检测。1.单面平测法三、检测方法江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE图3.1：不跨缝平测“时-距”图图3.2：绕过裂缝示意图江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE裂缝深度的确定方法如下：跨缝测量中，当在某测距发现首波反相时，可用该测距及两个相邻测距的测量值按公式（3.1）：计算hci值，取此三点hci的平均值作为该裂缝的深度值(hc)；江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE如难于发现首波反相，则以不同测距按(3.1)式和(3.2)式计算hci及其平均值(mhc)。将各测距li与mhc相比较，凡测距li小于mhc和大于3mhc，应剔除该组数据，然后取余下hci的平均值，作为该裂缝的深度值(hc)。江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE当结构的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时，可采用双面穿透斜测法检测。测点布置如下图3.3所示，将T、R换能器分别置于两测试表面对应测点l、2、3……的位置，读取相应声时值ti、波幅值Ai及主频率fi2.双面斜测法江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE图3.3：斜测裂缝测点示意图江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE裂缝深度的确定方法如下：当T、R换能器的连线通过裂缝，根据波幅、声时和主频的突变，可以判定裂缝深度以及是否在所处断面内贯通。江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE钻孔对测法适用于大体积混凝土，预计深度在500mm以上的裂缝检测，被检测混凝土应允许在裂缝两侧钻测试孔。所钻测试孔应满足下列要求：（1）孔径应比所用换能器直径大5～10mm；（2）孔深应不小于比裂缝预计深度深700mm。经测试如浅于裂缝深度，则应加深钻孔；（3）对应的两个测试孔(A、B)，必须始终位于裂缝两侧，其轴线应保持平行；3.钻孔对测法江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE（4）两个对应测试孔的间距宜为2000mm，同一检测对象各对测孔间距应保持相同；（5）孔中粉末碎屑应清理干净；（6）如图3.4(a)所示，宜在裂缝一侧多钻一个孔距相同但较浅的孔(C)，通过B、C两孔测试无裂缝混凝土的声学参数。江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE图3.4：钻孔侧立峰深度示意图江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE裂缝深度检测应选用频率为20～60kHz的径向振动式换能器。测试前应先向测试孔中注满清水，然后将T、R换能器分别置于裂缝两侧的对应孔中，以相同高程等间距(100～400mm)从上到下同步移动，逐点读取声时、波幅和换能器所处的深度，如图3.4(b)所示。江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE裂缝深度的确定方法如下：以换能器所处深度(h)与对应的波幅值(A)绘制h—A座标图(如图3.5所示)。随换能器位置的下移，波幅逐渐增大，当换能器下移至某一位置后，波幅达到最大并基本稳定，该位置所对应的深度便是裂缝深度值hc。图3.5：钻孔侧立峰深度示意图江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE1.被测裂缝中不得有积水或泥浆等；2.被测混凝土的均匀性对结果影响很大，均匀性差或混凝土内存在缺陷可能导致结果误差较大甚至得出错误结果；3.测试过程对操作者有较高要求，要有熟练的经验和理论基础；4.对换能器与混凝土的接触面要求较高，常采用耦合剂，如有不平和麻面时需进行打磨。四、局限性