聲波檢測技術(shù)：第四章 混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢測（一）

1、混凝土勻質(zhì)性檢驗(yàn)不密實(shí)區(qū)和空洞檢驗(yàn)混凝土勻質(zhì)性檢驗(yàn) 所謂勻質(zhì)性檢驗(yàn)，是對整個結(jié)構(gòu)物或同一批構(gòu)件的混凝上質(zhì)量均勻性的檢驗(yàn)。傳統(tǒng)方法：在結(jié)構(gòu)物澆筑混凝土的時候，現(xiàn)場取樣制作混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，以其破壞強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)值來評價混凝土的勻質(zhì)性水平。一些局限性，例如：試塊的數(shù)量有限；因結(jié)構(gòu)的配筋率、幾何尺寸及成型方法的不同，其混凝土的密實(shí)程度與標(biāo)準(zhǔn)試塊相比，必然存在較大差異；構(gòu)件與試件的硬化條件（養(yǎng)護(hù)溫度、失水快慢等）不同等等。除此之外，還可能遇著一些偶然因素的影響。因此可以說標(biāo)準(zhǔn)試塊的強(qiáng)度，很難全面反映結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量情況。 混凝土勻質(zhì)性檢驗(yàn)現(xiàn)在主要采用聲波脈沖法直接在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行全面檢測，雖然目前的測試精度還不

2、太高，但其數(shù)據(jù)代表性較強(qiáng)，因此用此法檢驗(yàn)混凝土的勻質(zhì)性具有一定實(shí)際意義。國際標(biāo)準(zhǔn)及國際材料和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室協(xié)會(RILEM)的建議，都確認(rèn)用聲波脈沖法檢驗(yàn)混凝土的勻質(zhì)性是一種有效的方法。 測試方法 一般采用平面式換能器進(jìn)行穿透對測法檢測結(jié)構(gòu)混凝的的勻質(zhì)性要求：被測結(jié)構(gòu)應(yīng)具備一對相互平行的測試表面，并保持平整、干凈先在兩個測試面上分別畫出等間距的網(wǎng)格，并編上對應(yīng)的測點(diǎn)序號。網(wǎng)格的間距大小取決于結(jié)構(gòu)的種類和測試要求，一般為200mm-500mm。對于測距較小，質(zhì)量要求較高的結(jié)構(gòu)，測點(diǎn)間距宜小些，測距較大的大體積結(jié)構(gòu)，測點(diǎn)間距可適當(dāng)取大些。 測試方法測試時，應(yīng)使收、發(fā)換能器在對應(yīng)的一對測點(diǎn)上保持良好耦合

3、狀態(tài)，逐點(diǎn)讀取聲時值聲波測距的測量可根據(jù)構(gòu)件的實(shí)際情況確定，如果各測點(diǎn)的測距完全一致，便可在構(gòu)件的不同部位抽測幾次，取其平均值作為該構(gòu)件的聲波測距值。當(dāng)各測點(diǎn)的測距不盡相同(相差2)時，應(yīng)分別進(jìn)行測量。有條件最好采用專用工具逐點(diǎn)測量值 計(jì)算和分析 為了比較或評價混凝土質(zhì)量均勻性的優(yōu)劣，需要應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中兩個特征值-標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)(亦稱變異系數(shù)) 在數(shù)理統(tǒng)計(jì)中，常用標(biāo)準(zhǔn)差來判斷一組測量值的波動情況或比較幾組測量過程的準(zhǔn)確程度。但標(biāo)準(zhǔn)差只能有效地反映一組觀測值的波動情況，要比較幾組測量過程的準(zhǔn)確程度，則概念就不夠明確，沒有統(tǒng)一的基數(shù)，便缺乏可比性。例如，有兩批混凝土構(gòu)件，分別測得混凝土強(qiáng)度的平

4、均值為20MPa、45MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為4MPa、5MPs，僅從標(biāo)準(zhǔn)差來看，前者的強(qiáng)度較均勻，其實(shí)不然，如以標(biāo)準(zhǔn)差除以其平均值，則分別為0.2和0.11，實(shí)際上是后者的強(qiáng)度均勻性較好。所以人們除了用標(biāo)準(zhǔn)差以外，還常采用離差系數(shù)來反映一組或比較幾組觀測數(shù)據(jù)的離散程度。 計(jì)算和分析1. 混凝土的聲速值按下式計(jì)算： 計(jì)算和分析2. 混凝土聲速的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及離差系數(shù)分別按下列公式計(jì)算： 計(jì)算和分析如果按“ ”相關(guān)關(guān)系將混凝土測點(diǎn)聲速換算成強(qiáng)度值，再進(jìn)行強(qiáng)度平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)的計(jì)算更好。由于混凝土的強(qiáng)度與其聲波脈沖傳播速度之間存在較密切的相關(guān)關(guān)系，結(jié)構(gòu)上各測點(diǎn)聲速值的波動，基本反映了混凝土強(qiáng)度質(zhì)

5、量的波動情況，因此可以用混凝土聲速的標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)來分析比較相同測距的同類結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量均勻性的優(yōu)劣。計(jì)算和分析但是，由于混凝土的聲速與其強(qiáng)度之間存在的相關(guān)關(guān)系并非線性，所以用聲速統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)，與現(xiàn)行驗(yàn)收規(guī)范以標(biāo)準(zhǔn)試塊28天的抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)不屬于同一量值。所以最好將聲速值換算成混凝土強(qiáng)度，以強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)，來評價同一批混凝土的勻質(zhì)性等級。評價不密實(shí)區(qū)和空洞檢測 所謂不密實(shí)區(qū)系指囚振搗不夠、漏漿或石子架空等造成的蜂窩狀或因缺少水泥而形成的松散狀以及遭受意外損傷所產(chǎn)生的疏松狀混凝土區(qū)域。 測試方法 一般采用穿透法，依據(jù)各測點(diǎn)的聲速、波幅和主頻的相對變化，尋找異常

6、測點(diǎn)的坐標(biāo)位置，從而判定缺陷范圍。測試部位最好具有兩對相互平行的測試面，如受條件限制，至少也應(yīng)有一對相互平行的測試面。當(dāng)被測部位只有一對可供測試的平行表面時，可在該對測試面上分別畫出對應(yīng)網(wǎng)格線，在對測的基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)異常的測點(diǎn)部位，再進(jìn)行交叉斜測，以確定缺陷的位置和范圍。一般水壩、橋墩、大型設(shè)備基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)，斷面尺寸較大，為提高測試靈敏度，可在適當(dāng)位置鉆豎向測試孔或預(yù)埋聲測管進(jìn)行測試。為了避免缺陷漏檢，測試范圍除應(yīng)大于所懷疑的區(qū)域外，還應(yīng)確保在正?；炷辽嫌凶銐驕y試數(shù)據(jù)，以滿足統(tǒng)計(jì)分析的需要 平面對測當(dāng)構(gòu)件具有兩對相互平行的測試面時，可采用對測法。在測試部位兩對相互平行的測試面上，分別畫出等間距的

7、網(wǎng)格（網(wǎng)格間距：工業(yè)與民用建筑為100-300mm，其它大型結(jié)構(gòu)物可適當(dāng)放寬），并編號確定對應(yīng)的測點(diǎn)位置，然后將換能器經(jīng)耦合劑分別置于對應(yīng)測點(diǎn)上，逐點(diǎn)讀取相應(yīng)的聲時、波幅和頻率，并量取測試距離。 平面對測平面斜測 當(dāng)結(jié)構(gòu)物的被測部位只有一對相互平行的測試面，或被測部位處于結(jié)構(gòu)的特殊位置時，可采用對測和斜測相結(jié)合的方法。在測位兩個相互平行的測試面上分別畫出網(wǎng)格線，進(jìn)行斜測。也可在對測的基礎(chǔ)上進(jìn)行交叉斜測。 平面斜測鉆孔測法 對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于其斷面尺寸較大，如直接進(jìn)行平面對測，接收到的脈沖信號很微弱，甚至無法識別首波的起始位置，不利于聲學(xué)參數(shù)的讀取和分析。為了縮短測試距離，提高檢測靈敏度

8、，可在結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)奈恢妙A(yù)埋聲波管或鉆一個或多個平行于側(cè)面的測孔。測孔的直徑一般比換能器直徑大510mm（40mm50mm），測孔深度視檢測需要而定。檢測時可用兩個徑向振動式換能器分別置于兩測孔中進(jìn)行測試，或用一個徑向振動式與一個厚度振動式換能器分別置于測孔中和平行于測孔的側(cè)面進(jìn)行測試。檢測時根據(jù)需要，可以將孔中和側(cè)面的換能器置于同一高度，也可以將二者保持一定的高度差，同步上下移動，逐點(diǎn)讀取聲時、波幅和頻率值鉆孔測法不密實(shí)區(qū)和空洞的判定 出于混凝土本身的不均勻性，即使是沒有缺陷的混凝上，測得的聲時、波幅等參數(shù)值也在定范圍波動，更何況混凝土的原材料品種、用量及混凝土的濕度和測距等因素都不同程度的影響

9、著聲學(xué)參數(shù)值。因此，不可能確定一個固定的臨界指標(biāo)作為判斷缺陷的標(biāo)準(zhǔn)，一般都利用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行判別。 不密實(shí)區(qū)和空洞的判定基本思想：在聲波檢測中，凡遇著讀數(shù)異常的測點(diǎn)，一般都要檢查其表面是否平整、干凈或是否存在別的干擾因素，必要時還要加密測點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測試。因此，應(yīng)該說不存在觀測失誤的問題，出現(xiàn)的異常測值，必然是混凝上本身性質(zhì)改變所致。這就是利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法判定混凝土內(nèi)部存在不密實(shí)和空洞的基本思想 ?；炷谅晫W(xué)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算 一個構(gòu)件或一個測區(qū)的混凝土聲時(或聲速)、波幅及主頻率等聲學(xué)參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)分別按下式計(jì)算：（4-5） （4-6） 混凝土聲學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算1）將側(cè)位各測點(diǎn)的波幅、聲速或主

10、頻率值由大到小按順序分別排列，即 ，將排在后面明顯小的數(shù)據(jù)視為可疑，再將這些可疑數(shù)據(jù)中最大的一個（假定 ）連同其前面的數(shù)據(jù)按式4-5、式4-6計(jì)算出 及 值，并按下式計(jì)算異常情況的判斷值（ ）： （4-7） 混凝土聲學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算將判斷值（ ）與可疑數(shù)據(jù)的最大值（ ）相比較，當(dāng) 不大于 時，則 及排列于其后的各數(shù)據(jù)均為異常值，并且去掉 ，再用 進(jìn)行計(jì)算和判別，直至判不出異常值為止；當(dāng) 大于 時，應(yīng)再將 放進(jìn)去重新進(jìn)行計(jì)算和判別。 混凝土聲學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算2）當(dāng)測位中判出異常測點(diǎn)時，可根據(jù)異常測點(diǎn)的分布情況，按下式進(jìn)一步判別其相鄰測點(diǎn)是否異常：上面各式中的 為異常值判定系數(shù)，其值是根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

11、的個數(shù)“n”，分別由概率統(tǒng)計(jì)函數(shù) 在正態(tài)分布表中查得。 不密實(shí)混凝土和空洞范圍的判定 一般情況下混凝土內(nèi)部的不密實(shí)區(qū)和空洞，并非孤立的一小塊，由聲學(xué)參數(shù)測量值反映到測點(diǎn)也不是孤立一個點(diǎn)。因此，可根據(jù)異常測點(diǎn)二維平面或三維空間的分布情況，并結(jié)合波形特征綜合判斷不密實(shí)區(qū)域和空洞等缺陷的位置和范圍。有時因構(gòu)件整體質(zhì)量較差，各測點(diǎn)的聲速、波幅測量值的標(biāo)準(zhǔn)差較大，按上述方法判斷缺陷易產(chǎn)生漏判。此時，可利用另外一個同條件（構(gòu)件類型、混凝土的齡期、材料品種及用量相同，測試距離一致）正?；炷谅晫W(xué)參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行異常判斷依據(jù)。不密實(shí)混凝土和空洞范圍的判定注意：在進(jìn)行混凝土內(nèi)部缺陷判定時，不僅依靠檢測數(shù)據(jù)的分析和判別，還包含著檢驗(yàn)人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)不足者，容易產(chǎn)生漏判和誤判。另外，實(shí)踐證明，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，一般不太服從正態(tài)分布，在統(tǒng)計(jì)和判別過程中是作為正態(tài)分布來處理的，若以波幅為