結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)技術(shù)講稿非破損檢測(cè)第014次課39課件

1、1蘇州科技學(xué)院 土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)技術(shù) 田石柱 教授2 超聲波是一種頻率超過(guò)20kHz的機(jī)械波，一般由高頻電振蕩激勵(lì)壓電晶體發(fā)射換能器，發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波經(jīng)耦合進(jìn)入混凝土，在混凝土中傳播后為接收換能器所接收，也是通過(guò)壓電晶體把機(jī)械振蕩轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)進(jìn)行傳輸、放大與量測(cè)。3.3 超聲波法3 超聲法探測(cè)的基本原理 基于超生波在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到不同介面，將產(chǎn)生反射、折射、繞射、衰減等現(xiàn)象，從而使傳播的聲時(shí)、振幅、波形、頻率等發(fā)生相應(yīng)變化，測(cè)定這些規(guī)律的變化，便可得到材料的某些性質(zhì)與內(nèi)部構(gòu)造情況。 3.3 超聲波法4 由于非金屬材料與金屬材料性質(zhì)不同，使用超聲波探測(cè)儀也分兩類(lèi)。用于非金屬探測(cè)的要

2、頻率低、功率大，聲波傳播能量才不易被衰減，才能滿足一定范圍的量測(cè)需要。用于金屬的，則需要頻率高，而功率不必太大，這樣探測(cè)靈敏度較高，精度較好。3.3 超聲波法5 非金屬超聲波探測(cè)儀的組成部分，主要包括超聲波的發(fā)生、傳遞、接收、放大、時(shí)間測(cè)量和顯示等裝置。換能器與被測(cè)體表面保持良好聲耦合，以減小聲能耗損，為此，測(cè)點(diǎn)必須平整，并涂刷耦合劑，如黃油，凡士林等。3.3 超聲波法6 1. 混凝土強(qiáng)度檢測(cè) 基于混凝土強(qiáng)度與其彈性模量、密實(shí)度等密切相關(guān)，而超聲波在其中傳播又與這些參數(shù)有如下式關(guān)系： 因此，砼的抗壓強(qiáng)度與超聲波在混凝土中的聲速v之間存在著正相關(guān)關(guān)系，混凝土強(qiáng)度越高，相應(yīng)聲速也越高。這就是超聲法

3、檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的基本原理。7 由于影響因素的復(fù)雜性和隨機(jī)性，檢測(cè)必須有事先建立的的相關(guān)曲線。 采用的幾種函數(shù)類(lèi)型: 平拋物線型 指數(shù)函數(shù)型 冪函數(shù)型 8 當(dāng)作為與回彈法綜合評(píng)定混凝土強(qiáng)度時(shí)，按照我國(guó)超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程（CECS02：88）進(jìn)行。因此，與回彈法相對(duì)應(yīng)，每個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)在混凝土澆筑方向的兩側(cè)面上布置三個(gè)對(duì)測(cè)點(diǎn)，每對(duì)測(cè)點(diǎn)的收、發(fā)探頭應(yīng)在同一軸線上進(jìn)行對(duì)測(cè)。每一構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)應(yīng)不少于十個(gè)，測(cè)區(qū)的測(cè)試結(jié)果以三對(duì)測(cè)點(diǎn)平均值計(jì)算。當(dāng)收發(fā)探頭分別布置在混凝土澆筑的頂面和底面對(duì)測(cè)時(shí)，與兩測(cè)面對(duì)測(cè)結(jié)果會(huì)有差異，應(yīng)加修正。93.3 超聲波法 對(duì)測(cè)法接收換能器接收探頭 發(fā)射換能器發(fā)射探頭 頂面

4、及底面測(cè)試時(shí)，修正 10 混凝土超聲測(cè)強(qiáng)的影響因素很多，除了儀器性能和檢測(cè)方式外，混凝土內(nèi)部構(gòu)造、石子品種、粒徑、水泥品種、含砂量，外加劑，養(yǎng)護(hù)條件，齡期，所含鋼筋的粗細(xì)等，均會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。所以，我國(guó)目前超聲測(cè)強(qiáng)，只作為與回彈法的綜合使用。3.3 超聲波法11 2. 混凝土裂縫檢測(cè) 已建結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用中，可能產(chǎn)生各種裂縫和損傷，為了評(píng)估其安全性和耐久性，常常需要了解裂縫的深度、形狀、走向?，F(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)加載試驗(yàn)中，也常需要檢測(cè)裂縫的出現(xiàn)及發(fā)展過(guò)程。對(duì)于裝配式結(jié)構(gòu)的接縫質(zhì)量、裂縫灌漿處理效果、新舊混凝土結(jié)合情況等。非金屬超聲波檢測(cè)儀則提供了一種方便、快速的檢測(cè)手段。12 對(duì)于垂直裂縫的檢測(cè)，發(fā)

5、、收探頭放置在對(duì)稱(chēng)于裂縫的混凝土表面上，彼此相距為d，測(cè)得繞縫尖端的聲時(shí) ；然后以相同距離d將探頭置于附件無(wú)裂縫處的混凝土表面，測(cè)得沿表層傳播的聲時(shí) ?；炷谅曀?3 條件允許，也可采用對(duì)測(cè)法，二探頭相對(duì)，從裂縫頂部開(kāi)始，逐漸向尖端移動(dòng)掃描，當(dāng)測(cè)得聲速為混凝土聲速時(shí)，即為裂縫的終止。3.3 超聲波法14 對(duì)很深的裂縫，側(cè)向又無(wú)法探測(cè)，當(dāng)用一般方法穿透能量不足時(shí)，可鉆孔用徑向增壓式探頭如圖的方法檢測(cè)。 3.3 超聲波法15 對(duì)于傾斜裂縫，應(yīng)先確定其走向。方法是在測(cè)試面上畫(huà)一條與裂縫交叉并相垂直的直線，如圖所示，將一探頭固定放置在直線上某一測(cè)點(diǎn)A，另一探頭置于裂縫的另一邊靠近裂縫的B1點(diǎn)，測(cè)得聲時(shí)

6、t1后再稍許外移，此時(shí)聲時(shí)若減小，則裂縫走向右邊，反之則向左邊。裂縫末端的確定，如圖所示，在B探頭由B1到B2的移動(dòng)過(guò)程中，記下聲時(shí)值最小的測(cè)點(diǎn)B3，從B3引測(cè)試面的垂直線，該直線必與裂縫末端O相交。 163混凝土內(nèi)部缺陷的檢測(cè) 超聲波在混凝土中傳播遇到缺陷時(shí)，其正常傳播的某些聲學(xué)參數(shù)便發(fā)生變化，根據(jù)但只有缺陷大于探頭直徑時(shí)才較靈敏。主要方法有：聲時(shí)法(又稱(chēng)聲速法)，即利用超聲波遇到孔洞等缺陷時(shí)產(chǎn)生繞射或直接穿過(guò)缺陷中低速介質(zhì)時(shí)，從聲時(shí)的變化而進(jìn)行的量測(cè)；17波形法，利用超聲波遇到缺陷時(shí)，連續(xù)性被破壞，傳播路線受干擾，使接收波波形發(fā)生畸變和首波到達(dá)接收探頭時(shí)間的滯后，來(lái)判別缺陷，如圖所示。（a

7、）無(wú)缺陷時(shí)波形 (b) 有缺陷時(shí)波形18振幅法，利用缺陷對(duì)聲波的衰減比無(wú)缺陷處大，接收波振幅將減小的特點(diǎn)，根據(jù)首波振幅的異常變化確定缺陷；頻率法，即利用混凝土中質(zhì)量的不同，對(duì)超聲脈沖波中的高頻分量吸收、衰減也不同，致使接收波的頻譜發(fā)生變化。有缺陷處，接收波的高頻分量相對(duì)減少，低頻分量則相對(duì)增大。因此可從接收的頻率值檢出缺陷。194混凝土勻質(zhì)性檢測(cè) 超聲波檢測(cè)混凝土勻質(zhì)性，可與探測(cè)缺陷相結(jié)合進(jìn)行。方法一樣，僅把最后結(jié)果分別用圖形表示。如為一現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件用等聲時(shí)（等聲速）線表示勻質(zhì)性的例子。20 結(jié)構(gòu)檢測(cè)的方法很多，每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，都存在多因素的影響，各種因素對(duì)不同方法的影響又不相同，所以

8、應(yīng)采用兩種或兩種以上多因素綜合分析法，諸如超聲回彈綜合法、超聲鉆芯綜合法、聲速衰減系數(shù)綜合法等，它具有單一方法間優(yōu)缺互補(bǔ)、正負(fù)誤差相消的效果，能提高檢測(cè)和分析評(píng)定結(jié)果的精度與可靠性。3.4 超聲回彈綜合法檢測(cè)砼強(qiáng)度法21超聲回彈綜合法是國(guó)際上20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種非破損檢測(cè)方法，由于其精度高，已在我國(guó)混凝土工程中廣泛使用。該法是以超聲聲速和回彈值綜合反映混凝土強(qiáng)度的。我國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)已推薦頒布了超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程（CECS02：88）應(yīng)用范圍與特點(diǎn):22工程上由于管理不善、施工質(zhì)量不良，試塊與結(jié)構(gòu)中混凝土質(zhì)量不一致或?qū)υ噳K檢驗(yàn)結(jié)果有疑問(wèn)時(shí)，可按該規(guī)程進(jìn)行檢測(cè)推

9、定混凝土強(qiáng)度。可作為處理混凝土質(zhì)量問(wèn)題的一個(gè)主要依據(jù)。服役結(jié)構(gòu)多為長(zhǎng)齡期混凝土，其碳化深度對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，只有在鉆取芯樣試件作校核條件下，才能按規(guī)程對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)和強(qiáng)度評(píng)定。23 分別以前述的回彈法和超聲法測(cè)出測(cè)區(qū)的回彈值N和聲速值v，然后查專(zhuān)用或地區(qū)的超聲回彈綜合測(cè)強(qiáng)曲線，求得混凝土強(qiáng)度換算值。 計(jì)算采用下列回歸方程式： 超聲回彈綜合曲線經(jīng)驗(yàn)公式3.4 超聲回彈綜合法檢測(cè)砼強(qiáng)度法24測(cè)區(qū)布置基本上同回彈法，但單個(gè)構(gòu)件檢測(cè)時(shí)，測(cè)區(qū)應(yīng)不少于10個(gè)，若構(gòu)件長(zhǎng)度不足2m，也不得少于3個(gè)。測(cè)區(qū)內(nèi)先進(jìn)行回彈測(cè)試，再進(jìn)行超聲測(cè)試，避免耦合劑給回彈測(cè)試帶來(lái)影響。平均值與修正值的計(jì)算方法如前述。當(dāng)結(jié)

10、構(gòu)所用的材料與測(cè)強(qiáng)曲線的材料有較大差異時(shí)，須用同條件試塊或從結(jié)構(gòu)測(cè)區(qū)鉆取的混凝土芯樣進(jìn)行檢驗(yàn)修正，芯樣數(shù)量不少于3個(gè)。25 超聲回彈綜合法，比單一法精度高，一般誤差在12左右，影響因素也顯著減少。除石子品種及含量外，水泥品種及用量、砂子品種、石子粒徑等均無(wú)顯著影響，是現(xiàn)場(chǎng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的一個(gè)方便、可靠、費(fèi)用低的非破損檢測(cè)方法。3.4 超聲回彈綜合法檢測(cè)砼強(qiáng)度法26 采用綜合法，能對(duì)混凝土的某些物理參量在采用超聲法或回彈法單一測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的影響得到相互補(bǔ)償。 如對(duì)回彈值影響最為顯著的碳化深度在回彈法檢測(cè)時(shí)是一項(xiàng)重要的參數(shù)，但在綜合法中碳化因素可不予修正，原因是碳化深度較大的混凝土，由于它的齡期較長(zhǎng)

11、而其含水量相應(yīng)降低，以致聲速稍有下降，因此在綜合關(guān)系中可以抵消回彈值上升所造成的影響。所以用綜合法關(guān)系推算混凝土強(qiáng)度時(shí)，不須測(cè)量碳化深度和考慮它所造成的影響。試驗(yàn)證明：超聲回彈綜合法的測(cè)量精度優(yōu)于超聲或回彈單一方法。27 3.5 鉆芯法鉆芯法是在混凝土結(jié)構(gòu)有代表性部位鉆取芯樣，經(jīng)必要加工整理以后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度等試驗(yàn)。該法被認(rèn)為是一種直接而又可靠，能較好反映材料實(shí)際情況的微破損鑒定方法。在服役結(jié)構(gòu)上鉆取少量芯樣，可供非破損方法進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果對(duì)比，提高非破損檢測(cè)的精確度和可靠性28 可以直接觀察混凝土內(nèi)部各種情況與施工質(zhì)量。在某種意義上，其比預(yù)留混凝土立方體試塊法更能體現(xiàn)工程的實(shí)際情況。 我國(guó)工程建設(shè)

12、標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)已推薦頒發(fā)有 鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程 (CECS03：88)。3.5 鉆芯法29 我國(guó)的規(guī)程規(guī)定，芯樣的直徑宜大于或等于混凝土骨料最大粒徑的3倍，特殊情況也不應(yīng)小于2倍； 高度為直徑的0.952.05倍，以直徑與高度均為10cm作為標(biāo)準(zhǔn)試件。3.5 鉆芯法30加工后端面的不平度01為合格不平整的應(yīng)抹平或用環(huán)氧樹(shù)脂水泥或熱硫磺抹平，并與軸線垂直；芯樣內(nèi)不應(yīng)包含鋼筋，若無(wú)法避免，只允許含有垂直于軸線而不露出端面、直徑不大于10mm的鋼筋2支。試件的制作要求：31鉆芯和鋸割設(shè)備應(yīng)有水冷卻裝置，并具有足夠的剛度，固定牢靠，不產(chǎn)生任何偏移。設(shè)備帶水作業(yè)，應(yīng)特別注意有效接地和安全防護(hù)；試

13、驗(yàn)前應(yīng)對(duì)芯樣做精確測(cè)量和特征描述，諸如各種缺陷、骨料種類(lèi)與最大粒徑、是否含有鋼筋及其直徑等，以供評(píng)定參考。為使芯樣抗壓試驗(yàn)在與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的濕度基本一致條件下進(jìn)行，分為自然干燥狀態(tài)(試件在室內(nèi)干燥3天后)試驗(yàn)，潮濕狀態(tài)(試件在清水中浸泡4048h后)試驗(yàn)兩種方法。32芯樣混凝土強(qiáng)度換算值，按下式計(jì)算：3.5 鉆芯法芯樣試件混凝土強(qiáng)度換算系數(shù) 33 鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的特點(diǎn)：可靠性比較大試驗(yàn)費(fèi)用較高取樣不很方便，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)造成結(jié)構(gòu)一些局部破損 應(yīng)與其他非破損方法綜合應(yīng)用，分析與評(píng)定，提高效益。34 撥出法是用一根螺栓式類(lèi)似的裝置，部分埋入混凝土中，然后撥出，測(cè)定其撥出力的大小來(lái)評(píng)定混凝土強(qiáng)度的

14、方法。3.6 撥出法 35 主要方法有兩類(lèi)：一類(lèi)是把錨頭預(yù)埋在混凝土內(nèi)，到達(dá)齡期后做撥出試驗(yàn)，稱(chēng)先裝法，僅適應(yīng)工程施工及驗(yàn)收需要；另一類(lèi)是在硬化的混凝土表面上鉆孔，然后裝上撥出裝置，進(jìn)行撥出試驗(yàn)稱(chēng)鉆孔后裝法。該方法靈活性較大，較適用于已建結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。3.6 撥出法 36拔出法的特點(diǎn)： 先裝法和后裝法的基本概念都是建立撥出力與混凝土抗壓強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系上，其優(yōu)點(diǎn)是能比較直接地反映砼強(qiáng)度，雖只測(cè)表面某一深度，但比回彈法深度大，比超聲法影響因素少，比取芯法方便，費(fèi)用低，損傷范圍小。37鉆孔后裝法在服役結(jié)構(gòu)檢測(cè)中常采用兩種方法：第一種方法： 采用直徑為6mm電鉆，在混凝土表面上鉆一個(gè)深度為3035mm的

15、孔，用吹風(fēng)機(jī)清除孔內(nèi)粉塵后，把一個(gè)6mm的楔形脹管錨栓插入孔內(nèi)，至混凝土表面以下規(guī)定深度，經(jīng)用靠尺檢查和調(diào)整錨栓與混凝土表面垂直度后，再裝上拉拔器進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。3.6 撥出法 38 操作方法： 拉拔時(shí)以一定速度連續(xù)進(jìn)行，并保持拉桿垂直，為此錨桿與拉拔器的連接應(yīng)為鉸接，進(jìn)行內(nèi)裂破壞力的測(cè)定。破壞力系指如圖所示的的荷載一位移曲線的峰值。根據(jù)事先建立的拔出峰值荷載與混凝土強(qiáng)度關(guān)系曲線確定混凝土強(qiáng)度。3.6 撥出法 39 注意的問(wèn)題：拔出設(shè)備有多種形式，較簡(jiǎn)單的可用扭矩儀，也可用張拉千斤頂或其他適當(dāng)方法。無(wú)論何種方法，都要求通過(guò)一定試驗(yàn)建立率定曲線。這種拔出法，力的傳遞相當(dāng)復(fù)雜?；炷凉橇吓c脹管的相對(duì)位置等都有影響，試驗(yàn)結(jié)果的變異性隨骨料的增大而增大。所以鉆孔基本尺寸的確定，應(yīng)考慮拔出力大小和脹管深度，避免表面碳化層、