超聲法檢測混凝土缺陷

1、超聲法檢測混凝土缺陷后勤工程檢測中心后勤工程檢測中心 葛增超葛增超一、概述o混凝土缺陷：內(nèi)部不密實(shí)或空洞，外部蜂窩麻面、裂縫或損傷層o檢測目的：查明混凝土缺陷的性質(zhì)、范圍及尺寸o檢測方法：l機(jī)械波法：超聲脈沖波、沖擊脈沖波、聲發(fā)射l穿透幅射法：x射線、射線、中子流一、概述o超聲法定義 指采用帶波形顯示的低頻超聲波檢測儀和頻率為20250kHz的聲波換能器，測量混凝土的聲速、波幅和主頻等聲學(xué)參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)及其相對變化分析判斷混凝土缺陷的方法o在混凝土檢測中的應(yīng)用l非破損檢測混凝土內(nèi)部的空洞、離析l檢測混凝土裂縫的深度l檢測混凝土接觸面的結(jié)合質(zhì)量l檢測混凝土表面的損傷層厚度二、超聲法檢測的基

2、本原理超聲法檢測的基本原理 （一）基本原理 利用脈沖波在技術(shù)條件相同的混凝土中傳播的時(shí)間（或速度）、接收波的振幅和頻率等聲學(xué)參數(shù)的相對變化，來判定混凝土的缺陷。 （注：技術(shù)條件相同：指混凝土的原材料、配合比、齡期和測試距離一致）二、超聲法檢測的基本原理超聲法檢測的基本原理（二）聲學(xué)參數(shù)1. 聲速l彈性模量,孔隙率,密實(shí)度,聲速l強(qiáng)度，聲速l混凝土內(nèi)部有缺陷(孔洞、蜂窩)，聲速l超聲波穿過裂縫傳播，聲速l聲速可以反映混凝土的性能與內(nèi)部情況二、超聲法檢測的基本原理超聲法檢測的基本原理2. 振幅l指首波，即第一個(gè)波前半周的幅值，反映了接收到聲波的強(qiáng)弱l強(qiáng)度，振幅l內(nèi)部有缺陷、裂縫，振幅l振幅與儀器性

3、能、耦合狀況、測距大小均有關(guān)系，沒有統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)，目前只作為同條件（同一儀器、同一狀態(tài)、同一測距）下相對比較用二、超聲法檢測的基本原理超聲法檢測的基本原理3. 頻率l超聲波檢測中，電脈沖激發(fā)出的聲脈沖信號是復(fù)頻超聲脈沖波，包含了一系列不同頻率成分l測距越遠(yuǎn)，高頻成分衰減越多l(xiāng)混凝土內(nèi)部缺陷及裂縫使主頻下降l頻率與儀器性能、耦合狀況、測距大小均有關(guān)系，沒有統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)，目前只作為同條件(同一儀器、同一狀態(tài)、同一測距)下相對比較用l各頻率成分通過頻譜分析取得（FFT）二、超聲法檢測的基本原理超聲法檢測的基本原理4. 波形l顯示屏上顯示的接收波波形l直達(dá)波、反射波、繞射波、縱波、橫波、表面波等的

4、綜合反映l波形分析常集中于波前部的縱波l目前對波形的研究只能作一般的觀察、記錄二、超聲法檢測的基本原理超聲法檢測的基本原理5. 聲速的測量方法lv=l/t, l為測距，t為聲時(shí)5.1 5.1 測距的測量方法測距的測量方法l對測時(shí)，鋼卷尺測量T、R間距離l平測時(shí)，鋼卷尺測量T、R間凈距離5.2 5.2 聲時(shí)的測讀方法聲時(shí)的測讀方法l游標(biāo)測讀l自動關(guān)門,適用于信號較強(qiáng)時(shí)測量l計(jì)算機(jī)自動尋找tlv/tlv/tlv/二、超聲法檢測的基本原理超聲法檢測的基本原理5.3 5.3 零讀數(shù)零讀數(shù)t t0 0的標(biāo)定方法的標(biāo)定方法l儀器顯示時(shí)間t1包含超聲波在被測物體中傳播時(shí)間t、延遲時(shí)間（電延遲、電聲轉(zhuǎn)換、聲延

5、遲）t0，t=t1-t0l直接相對法，適用于作為精度要求不高或測距較大情況下，夾心式換能器的t0標(biāo)定l長短測距法，適用各類平面換能器t0標(biāo)定l標(biāo)準(zhǔn)棒法二、超聲法檢測的基本原理超聲法檢測的基本原理6. 振幅的測量方法l直讀法：固定發(fā)射電壓、衰減器刻度及增益值，直接讀取首波波谷（峰）距水平刻線的高度l衰減器法：固定發(fā)射電壓、增益刻度，將首波高度衰減至某預(yù)定高度，此時(shí)從衰減器讀得的dB值即為首波幅度的指標(biāo)tlv/tlv/tlv/二、超聲法檢測的基本原理超聲法檢測的基本原理7. 頻率的測量方法l測量周期法 f=1/4(t2-t1) =1/2(t3-t2) =1/(t4-t2)l一般取前一、二個(gè)周期的波

6、形tlv/tlv/tlv/tlv/三、超聲波法檢測混凝土缺陷（一）混凝土裂縫深度檢測（一）混凝土裂縫深度檢測1. 平測法1.1 適用范圍l只有一個(gè)表面可供超聲檢測l裂縫深度不大于500mm三、超聲波法檢測混凝土缺陷1.2 檢測步驟：l第一步，不跨縫聲時(shí)測量：將T和R置于裂縫同一側(cè)，以兩個(gè)換能器內(nèi)邊緣距離li為100、150、200mm，分別讀取聲時(shí)值ti，繪制“時(shí)-距”坐標(biāo)圖，或用回歸分析求出：li=a+bti，則每測點(diǎn)超聲波實(shí)際傳播距離：li= li+|a|，得出超聲波傳播速度： v=(ln-l1)/(tn-t1)或v=b三、超聲波法檢測混凝土缺陷l第二步，跨縫聲時(shí)測量：將T和R置于裂縫對稱

7、的兩側(cè)，li取100、150、200mm，分別讀取聲時(shí)值tci，同時(shí)觀測首波相位的變化l第三步，計(jì)算：裂縫深度按下式計(jì)算tlv/nicihciciicihnmlvtlh12112三、超聲波法檢測混凝土缺陷1.3 裂縫深度的確定l跨縫測量中，當(dāng)在某測距發(fā)現(xiàn)首波反相時(shí)，取該測距及兩個(gè)相鄰測距的裂縫深度平均值l無反相，則將剔除li3mhc數(shù)據(jù)，取余下的hci的平均值l當(dāng)有鋼筋穿過裂縫時(shí)，換能器須離開鋼筋一定距離或?qū)、R連線與鋼筋軸線形成一定角度（4050）l裂縫中不得有水或泥漿充填三、超聲波法檢測混凝土缺陷2. 斜測法2.1 適用范圍l結(jié)構(gòu)裂縫部位有一對相互平行的表面時(shí)，優(yōu)先選用2.2 測量方法l

8、保持T、R換能器連線的距離相等、傾斜角一致，進(jìn)行過縫與不過縫檢測，分別讀取相應(yīng)的聲時(shí)、波幅和頻率值。T、R連線通過裂縫時(shí)的波幅與頻率比不過縫測點(diǎn)比較，存在顯著差異三、超聲波法檢測混凝土缺陷3. 鉆孔測法3.1 適用范圍l大體積混凝土，裂縫深度大于500mml被測混凝土允許在裂縫兩側(cè)鉆測試孔三、超聲波法檢測混凝土缺陷3.2 鉆孔要求l孔徑大于換能器直徑510mml測孔深度應(yīng)大于裂縫深度600800mml對應(yīng)的兩個(gè)測孔應(yīng)始終位于裂縫兩側(cè)，且平行l(wèi)對應(yīng)測孔間距宜2m左右，同一結(jié)構(gòu)各對應(yīng)測孔的間距應(yīng)相同l孔中粉末碎屑應(yīng)清理干凈l橫向測孔的軸線應(yīng)具在一定的傾斜角l宜在裂縫一側(cè)多鉆一個(gè)孔距相同但較淺的孔三

9、、超聲波法檢測混凝土缺陷3.3 測試方法l測試孔注滿清水，將T、R置于裂縫同側(cè)的B、C孔中l(wèi)以200300mm的相同步距向下移動T、R，并讀取相應(yīng)的聲時(shí)與波幅值l將T、R置于裂縫兩側(cè)對應(yīng)的A、B測孔中，同步向下移動，逐點(diǎn)讀取聲時(shí)、波幅和換能器所處深度三、超聲波法檢測混凝土缺陷3.4 裂縫深度判定l主要以波幅測值作為判據(jù)l繪制深度-波幅坐標(biāo)圖l波幅最大并基本保持穩(wěn)定位置即對應(yīng)裂縫深度三、超聲波法檢測混凝土缺陷3.5 裂縫末端位置的判定l采用斜測法l當(dāng)兩個(gè)換能器的連線超過裂縫末端后，波幅測值保持最大值，判定測線AB、CD的位置通過裂縫的末端lAB、CD兩條測線的連線交點(diǎn)便是裂縫的末端位置三、超聲波

10、法檢測混凝土缺陷（二）混凝土不密實(shí)區(qū)和空洞檢測（二）混凝土不密實(shí)區(qū)和空洞檢測1. 測試方法1.1 平面對測l結(jié)構(gòu)被測部位有兩對互相平行表面l在測區(qū)的兩對平行表面上，畫100300mm網(wǎng)格并逐點(diǎn)編號l測量對應(yīng)測點(diǎn)的聲時(shí)、波幅和頻率三、超聲波法檢測混凝土缺陷1.2 平面斜測l被測部位只在一對平行表面可供測試，或被測部位處于結(jié)構(gòu)的特殊位置三、超聲波法檢測混凝土缺陷1.3 鉆孔測法l適用于大體積混凝土l鉆一個(gè)或多個(gè)平行于側(cè)面的測孔，直徑3845mm，孔深根據(jù)測試要求確定l耦合：測孔用清水，側(cè)面用黃油l測量同一高度或同步高度差的聲時(shí)、波幅或頻率三、超聲波法檢測混凝土缺陷2. 不密實(shí)區(qū)和空洞的判定l基本原

11、理：超聲波遇不密實(shí)區(qū)或空洞時(shí)，其測得的聲時(shí)、振幅、頻率必將與正常混凝土有差別l異常值的判別方法：根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)理論確定，即置信范圍（mx1Sx)以外的觀測值為異常值，同時(shí)應(yīng)避免觀測失誤造成數(shù)據(jù)異常（檢查表面是否平整、干凈或是否存在別的干擾因素，必要時(shí)加密測點(diǎn)重復(fù)測試）三、超聲波法檢測混凝土缺陷2.1 混凝土聲學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算1/11221nmnxSxnmnixixniix三、超聲波法檢測混凝土缺陷2.2 異常值的判別l當(dāng)測區(qū)各測點(diǎn)的測距相同時(shí)，可直接用聲時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)判斷。將各測點(diǎn)聲時(shí)值ti按大小順序排列，t1t2 t3 tn，視排在后面明顯偏大的聲時(shí)為可疑值，將可疑值中最小的一個(gè)數(shù)同其前面的聲時(shí)值

12、進(jìn)行平均值（mt）和標(biāo)準(zhǔn)差（St）的統(tǒng)計(jì) 以x0= mt+1St為異常值的臨界值，當(dāng)參與統(tǒng)計(jì)的可疑值tnx0時(shí)，則tn及排列于其后的聲時(shí)值為異常值，再將t1tn-1進(jìn)行統(tǒng)計(jì)判斷，直至判不出異常值為止。若tnX0時(shí)，再將xn+1放進(jìn)去統(tǒng)計(jì)和判別，其余類推三、超聲波法檢測混凝土缺陷l相鄰測點(diǎn)異常的臨界值，按下式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)判斷。 X0= mx-2Sx 或 X0= mx-3Sx 1、2、3與測點(diǎn)數(shù)量有關(guān)，查規(guī)范表可得。2.3 不密實(shí)混凝土和空洞范圍的判定l根據(jù)異常測點(diǎn)的分布及波形狀況判定混凝土內(nèi)部存在不密實(shí)區(qū)和空洞的范圍l注意：波幅測量值雖然對缺陷的反映很敏感，但由于受聲耦合狀態(tài)的影響較大，容易產(chǎn)生誤判

13、和漏判三、超聲波法檢測混凝土缺陷3. 混凝土內(nèi)部空洞尺寸的估算3.1 設(shè)空洞位于發(fā)射和接收換能器的正中央 適用于只有一對可供測試的表面時(shí)，按下式估算空洞半徑：1212mhttldr三、超聲波法檢測混凝土缺陷3.2 設(shè)空洞位于發(fā)射和接收換能器連線的任意位置 適用于有兩對可供測試的表面時(shí)。設(shè)X=(th-tm)/tm，Y=lh/l，Z=r/l，則可根據(jù)X、Y值，由表C.0.1查得Z值，再計(jì)算空洞的大致半徑r三、超聲波法檢測混凝土缺陷（三）混凝土結(jié)合面質(zhì)量檢測（三）混凝土結(jié)合面質(zhì)量檢測1. 測試方法l有對測法和斜測法兩種，測點(diǎn)布置要求：l使測試范圍覆蓋全部結(jié)合面或有懷疑的部位l各對換能器連線應(yīng)采用穿過

14、和不穿過結(jié)合面布置l各對換能器連線的傾斜角、測距應(yīng)相等l測點(diǎn)間距100300mml測試各對測點(diǎn)的聲時(shí)、波幅、主頻值三、超聲波法檢測混凝土缺陷2. 數(shù)據(jù)處理及判定l測點(diǎn)數(shù)足夠，仍用統(tǒng)計(jì)方法判定l測點(diǎn)數(shù)不足，或數(shù)據(jù)較離散，可用通過結(jié)合面的聲速、波幅值與不通過結(jié)合面的聲速、波幅值比較，顯著低者，可判為異常測點(diǎn)l被判為異常值的測點(diǎn)，查明無其他原因影響時(shí)，可判定這些部位的新老混凝土結(jié)合不良三、超聲波法檢測混凝土缺陷3. 實(shí)例l根據(jù)聲時(shí)判別結(jié)果，t3、t4、t8、t9、t12、t15為異常值l根據(jù)波幅統(tǒng)計(jì)和判別結(jié)果，A1、A3、A4、A8、A9、A12、A15為異常值三、超聲波法檢測混凝土缺陷（四）表層損

15、傷層檢測（四）表層損傷層檢測1. 測試原理 當(dāng)T、R換能器間距較近時(shí)，脈沖波首先沿?fù)p傷層到達(dá)R，此時(shí)測得的為損傷層混凝土聲速。當(dāng)T、R換能器間距較大時(shí)，脈沖波透過損傷層沿未損傷層到達(dá)R，此時(shí)測得的為未損傷層混凝土聲速。必有一測距l(xiāng)0，脈沖波穿過損傷層與未損傷層到達(dá)R的時(shí)間相同。據(jù)此建立方程求得hf三、超聲波法檢測混凝土缺陷2. 測試方法 T耦合好保持不動，然后將R依次耦合在間距為30mm的測點(diǎn)1、2、3、位置上，讀取相應(yīng)的聲時(shí)值t1、t2、t3、，并測量每次T、R內(nèi)邊緣之間的距離l1、l2、l3、，每一測位的測點(diǎn)數(shù)不得少于6點(diǎn)，當(dāng)損傷層較厚或不均勻時(shí)，應(yīng)增加測點(diǎn)數(shù)量三、超聲波法檢測混凝土缺陷3

16、. 損傷層厚度的判定l用各測點(diǎn)的聲時(shí)值和相應(yīng)的測距繪制“時(shí)-距”坐標(biāo)圖，轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后分別代表損傷和未損傷混凝土的l和t相關(guān)直線l建立回歸直線方程aafftbaltbal2211未損傷混凝土損傷混凝土三、超聲波法檢測混凝土缺陷l損傷層厚度的計(jì)算 1212210/bbbabal 121202/bbbblhf4. 注意事項(xiàng)l為增強(qiáng)接收信號，宜選擇低頻換能器（3050kHz）l有時(shí)因損傷程度輕或損傷層厚度不大，可能出現(xiàn)兩者速度差別不大，因此，測量時(shí)必須準(zhǔn)確測量T、R之間距離l檢測完成后，宜作局部破損驗(yàn)證檢測結(jié)果三、超聲波法檢測混凝土缺陷（五）超聲法檢測混凝土缺陷的主要影響因素（五）超聲法檢測混凝土缺陷的

17、主要影響因素 1. 耦合狀態(tài)的影響l測面平整l耦合劑厚度均一l無泥砂粘附2. 鋼筋l換能器離開鋼筋一定距離或與鋼筋軸線形成一定夾角3. 水分l力求混凝土處于干燥狀態(tài)，缺陷內(nèi)的空氣不能被水充填四、超聲波檢測的儀器設(shè)備超聲波檢測的儀器設(shè)備（一）超聲波檢測儀的技術(shù)要求（一）超聲波檢測儀的技術(shù)要求 1. 分類l模擬式，由時(shí)域波形信號測讀聲學(xué)參數(shù)。如CTS-25、SYC-2等l數(shù)字式，接收信號轉(zhuǎn)化為離散數(shù)字量，具有采集、儲存數(shù)字信號、測讀聲學(xué)參數(shù)和對數(shù)字信號處理的智能化功能。如RS型超聲儀、SY型超聲儀四、超聲波檢測的儀器設(shè)備超聲波檢測的儀器設(shè)備2. 技術(shù)要求l具有波形清晰，顯示穩(wěn)定的示波裝置l聲時(shí)最小

18、分度為0.1sl具有最小分度為1dB的衰減系統(tǒng)l儀器應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性l接收放大器頻響10500kHz，總增益不小于80dB，接收靈敏度(S/N=3/1)不大于50Vl電源電壓波動范圍在標(biāo)稱值10%的情況下能正常工作l連續(xù)正常工作時(shí)間不少于4h四、超聲波檢測的儀器設(shè)備超聲波檢測的儀器設(shè)備（二）換能器的技術(shù)要求（二）換能器的技術(shù)要求 1. 分類l厚度振動方式l徑向振動方式2. 技術(shù)要求l頻率選擇：厚度振動方式-20250kHz 徑向振動方式-2060kHz四、超聲波檢測的儀器設(shè)備超聲波檢測的儀器設(shè)備四、超聲波檢測的儀器設(shè)備超聲波檢測的儀器設(shè)備（一）超聲波檢測儀的檢定（一）超聲波檢測儀的檢定1. 聲時(shí)計(jì)量校驗(yàn)l取常用平面換能器一對，接于超聲波儀上，將兩個(gè)換能器的輻射面相互對準(zhǔn)，以間距（精確至0.5%）50、100、150、200mm依次放置在空氣中，在保持首波幅度一致的條件下，讀取各間距所對應(yīng)的聲時(shí)值t1、t2、t3、 tn ，同時(shí)測量空氣溫度Tk（精確至0.2）四、超聲波檢測的儀器設(shè)備超聲波檢測的儀器設(shè)備kcTv00367. 014 .33