超聲法檢測(cè)混凝土缺陷

超聲法檢測(cè)砼缺陷2011-092/5/20231一、概述混凝土缺陷：內(nèi)部不密實(shí)或空洞，外部蜂窩麻面、裂縫或損傷層檢測(cè)目的：查明混凝土缺陷的性質(zhì)、范圍及尺寸檢測(cè)方法：機(jī)械波法：超聲脈沖波、沖擊脈沖波、聲發(fā)射穿透幅射法：x射線、γ射線、中子流超聲波介紹在彈性介質(zhì)中傳播的振動(dòng)叫彈性波，人耳可聞范圍的彈性波為20-20000Hz，叫聲波，低于此范圍叫次聲波，頻率超過2萬Hz,并不能引起聽覺的彈性波叫超聲波。2/5/20232一、概述超聲法定義

指采用帶波形顯示的低頻超聲波檢測(cè)儀和頻率為20～250kHz的聲波換能器，測(cè)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(duì)變化分析判斷混凝土缺陷的方法在混凝土檢測(cè)中的應(yīng)用非破損檢測(cè)混凝土內(nèi)部的空洞、離析檢測(cè)混凝土裂縫的深度檢測(cè)混凝土接觸面的結(jié)合質(zhì)量檢測(cè)混凝土表面的損傷層厚度2/5/20233二、超聲法檢測(cè)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(duì)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(cè)試距離一致）2/5/20234一、超聲波法缺陷檢測(cè)原理假設(shè)混凝土中有一處缺陷，用超聲法檢測(cè)時(shí)，由于正?；炷潦沁B續(xù)體，超聲波在其中正常傳播。當(dāng)換能器正對(duì)著缺陷時(shí)，由于混凝土連續(xù)性中斷，缺陷區(qū)與混凝土之間出現(xiàn)界面（空氣與混凝土）。在界面上超聲波傳播發(fā)生反射、散射與繞射。超聲波用于混凝土缺陷評(píng)估的4個(gè)聲學(xué)參數(shù)——聲時(shí)（或波速）、振幅、頻率和波形將發(fā)生變化。2/5/20235二、超聲波法聲學(xué)參數(shù)的變化聲時(shí)（波速）當(dāng)超聲波在傳播路徑上遇到缺陷時(shí)，超聲波的傳播有兩種可能：一是直接穿過缺陷介質(zhì)，缺陷介質(zhì)可能是空氣、水或夾雜雜質(zhì)的非正?；炷粒@些介質(zhì)的共同特點(diǎn)是聲速低；二是超聲波繞過缺陷與正?；炷恋慕缑?zhèn)鞑?。?dāng)超聲波直接穿過缺陷，由于缺陷速度較混凝土低，在同樣測(cè)距下傳播時(shí)間要長(zhǎng)，而繞過缺陷的傳播路徑比直線傳播的路徑長(zhǎng)。2/5/20236上述兩種情況測(cè)得的聲時(shí)都將比正常部位長(zhǎng)。在計(jì)算測(cè)點(diǎn)聲速時(shí)，總是以換能器間的直線距離L作為傳播距離，因此有缺陷處的計(jì)算聲速就減小。2/5/20237波幅由于缺陷對(duì)聲波的反射或吸收比正?；炷链?，所以當(dāng)超聲波通過缺陷后，衰減比正常混凝土大，即接收波的振幅將減少。根據(jù)接收波首波振幅的異常變化也可以發(fā)現(xiàn)缺陷的存在。振幅值雖然與混凝土質(zhì)量有相關(guān)性，但也取決于測(cè)試距離和換能器的聲學(xué)性能（儀器和換能器靈敏度、自振頻率、頻譜特性等），因此難以定出一種統(tǒng)一的指標(biāo)，只能在同一儀器設(shè)備和測(cè)距情況下作相對(duì)比較用。2/5/20238主頻（頻譜）對(duì)接收波信號(hào)的頻譜分析表明，不同質(zhì)量的混凝土對(duì)超聲波中高頻分量的吸收、衰減不同。因此，當(dāng)超聲波通過不同質(zhì)量的混凝土后，接收波的頻譜也不同。有內(nèi)部缺陷的混凝土，其接收波中高頻分量相對(duì)減少而低頻分量相對(duì)增大，接收波的主頻率值下降。頻率值也只能在同一儀器設(shè)備和測(cè)距情況下作相對(duì)比較用。2/5/20239波形當(dāng)超聲波通過混凝土內(nèi)部缺陷時(shí)，由于混凝土的連續(xù)性已被破壞，使超聲波的傳播路徑復(fù)雜化，直達(dá)波、繞射波等各類波相繼到達(dá)接收換能器。它們各有不同的頻率和相位。這些波的疊加有時(shí)會(huì)造成波形的崎變。目前，對(duì)波形的研究還不夠，只能是半定性的參數(shù)，作為判斷缺陷的參考。

2/5/202310二、超聲法檢測(cè)的基本原理（二）聲學(xué)參數(shù)1.聲速彈性模量↑,孔隙率↓,密實(shí)度↑,聲速↑強(qiáng)度↑，聲速↑混凝土內(nèi)部有缺陷(孔洞、蜂窩)，聲速↘超聲波穿過裂縫傳播，聲速↘聲速可以反映混凝土的性能與內(nèi)部情況2/5/202311二、超聲法檢測(cè)的基本原理2.振幅指首波，即第一個(gè)波前半周的幅值，反映了接收到聲波的強(qiáng)弱強(qiáng)度↑，振幅↑內(nèi)部有缺陷、裂縫，振幅↓振幅與儀器性能、耦合狀況、測(cè)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(cè)距）下相對(duì)比較用2/5/202312二、超聲法檢測(cè)的基本原理3.頻率超聲波檢測(cè)中，電脈沖激發(fā)出的聲脈沖信號(hào)是復(fù)頻超聲脈沖波，包含了一系列不同頻率成分測(cè)距越遠(yuǎn)，高頻成分衰減越多混凝土內(nèi)部缺陷及裂縫使主頻下降頻率與儀器性能、耦合狀況、測(cè)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(cè)距)下相對(duì)比較用各頻率成分通過頻譜分析取得2/5/202313二、超聲法檢測(cè)的基本原理4.波形顯示屏上顯示的接收波波形直達(dá)波、反射波、繞射波、縱波、橫波、表面波等的綜合反映波形分析常集中于波前部的縱波目前對(duì)波形的研究只能作一般的觀察、記錄2/5/202314二、超聲法檢測(cè)的基本原理5.聲速的測(cè)量方法v=l/t,l為測(cè)距，t為聲時(shí)5.1測(cè)距的測(cè)量方法對(duì)測(cè)時(shí)，鋼卷尺測(cè)量T、R間距離平測(cè)時(shí)，鋼卷尺測(cè)量T、R間凈距離5.2聲時(shí)的測(cè)讀方法游標(biāo)測(cè)讀自動(dòng)關(guān)門,適用于信號(hào)較強(qiáng)時(shí)測(cè)量計(jì)算機(jī)自動(dòng)尋找2/5/202315二、超聲法檢測(cè)的基本原理5.3零讀數(shù)t0的標(biāo)定方法儀器顯示時(shí)間t1包含超聲波在被測(cè)物體中傳播時(shí)間t、延遲時(shí)間（電延遲、電聲轉(zhuǎn)換、聲延遲）t0，t=t1-t0直接相對(duì)法，適用于作為精度要求不高或測(cè)距較大情況下，夾心式換能器的t0標(biāo)定長(zhǎng)短測(cè)距法，適用各類平面換能器t0標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)棒法2/5/202316二、超聲法檢測(cè)的基本原理6.振幅的測(cè)量方法直讀法：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)2/5/202317二、超聲法檢測(cè)的基本原理7.頻率的測(cè)量方法測(cè)量周期法f=1/4(t2-t1)=1/2(t3-t2)=1/(t4-t2)一般取前一、二個(gè)周期的波形2/5/202318三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷（一）混凝土裂縫深度檢測(cè)1.平測(cè)法1.1適用范圍只有一個(gè)表面可供超聲檢測(cè)裂縫深度不大于500mm2/5/202319三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷1.2檢測(cè)步驟：第一步，不跨縫聲時(shí)測(cè)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(cè)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=b2/5/202320三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷第二步，跨縫聲時(shí)測(cè)量：將T和R置于裂縫對(duì)稱的兩側(cè)，li’取100、150、200mm…，分別讀取聲時(shí)值tci，同時(shí)觀測(cè)首波相位的變化第三步，計(jì)算：裂縫深度按下式計(jì)算2/5/202321三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷1.3裂縫深度的確定跨縫測(cè)量中，當(dāng)在某測(cè)距發(fā)現(xiàn)首波反相時(shí)，取該測(cè)距及兩個(gè)相鄰測(cè)距的裂縫深度平均值無反相，則將剔除li’<mhc和li’>3mhc數(shù)據(jù)，取余下的hci的平均值當(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（40～50°）裂縫中不得有水或泥漿充填2/5/202322三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷2.斜測(cè)法2.1適用范圍結(jié)構(gòu)裂縫部位有一對(duì)相互平行的表面時(shí)，優(yōu)先選用2.2測(cè)量方法保持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(cè)，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(cè)點(diǎn)比較，存在顯著差異2/5/202323三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷3.鉆孔測(cè)法3.1適用范圍大體積混凝土，裂縫深度大于500mm被測(cè)混凝土允許在裂縫兩側(cè)鉆測(cè)試孔2/5/202324三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷3.2鉆孔要求孔徑大于換能器直徑5～10mm測(cè)孔深度應(yīng)大于裂縫深度600～800mm對(duì)應(yīng)的兩個(gè)測(cè)孔應(yīng)始終位于裂縫兩側(cè)，且平行對(duì)應(yīng)測(cè)孔間距宜2m左右，同一結(jié)構(gòu)各對(duì)應(yīng)測(cè)孔的間距應(yīng)相同孔中粉末碎屑應(yīng)清理干凈橫向測(cè)孔的軸線應(yīng)具在一定的傾斜角宜在裂縫一側(cè)多鉆一個(gè)孔距相同但較淺的孔2/5/202325三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷3.3測(cè)試方法測(cè)試孔注滿清水，將T、R置于裂縫同側(cè)的B、C孔中以200～300mm的相同步距向下移動(dòng)T、R，并讀取相應(yīng)的聲時(shí)與波幅值將T、R置于裂縫兩側(cè)對(duì)應(yīng)的A、B測(cè)孔中，同步向下移動(dòng)，逐點(diǎn)讀取聲時(shí)、波幅和換能器所處深度2/5/202326三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷3.4裂縫深度判定主要以波幅測(cè)值作為判據(jù)繪制深度-波幅坐標(biāo)圖波幅最大并基本保持穩(wěn)定位置即對(duì)應(yīng)裂縫深度2/5/202327三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷3.5裂縫末端位置的判定采用斜測(cè)法當(dāng)兩個(gè)換能器的連線超過裂縫末端后，波幅測(cè)值保持最大值，判定測(cè)線AB、CD的位置通過裂縫的末端AB、CD兩條測(cè)線的連線交點(diǎn)便是裂縫的末端位置2/5/202328三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷（二）混凝土不密實(shí)區(qū)和空洞檢測(cè)1.測(cè)試方法1.1平面對(duì)測(cè)結(jié)構(gòu)被測(cè)部位有兩對(duì)互相平行表面在測(cè)區(qū)的兩對(duì)平行表面上，畫100～300mm網(wǎng)格并逐點(diǎn)編號(hào)測(cè)量對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)、波幅和頻率2/5/202329三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷1.2平面斜測(cè)被測(cè)部位只在一對(duì)平行表面可供測(cè)試，或被測(cè)部位處于結(jié)構(gòu)的特殊位置2/5/202330三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷1.3鉆孔測(cè)法適用于大體積混凝土鉆一個(gè)或多個(gè)平行于側(cè)面的測(cè)孔，直徑38～45mm，孔深根據(jù)測(cè)試要求確定耦合：測(cè)孔用清水，側(cè)面用黃油測(cè)量同一高度或同步高度差的聲時(shí)、波幅或頻率2/5/202331三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷2.不密實(shí)區(qū)和空洞的判定基本原理：超聲波遇不密實(shí)區(qū)或空洞時(shí)，其測(cè)得的聲時(shí)、振幅、頻率必將與正?；炷劣胁顒e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（mx±λ1·Sx)以外的觀測(cè)值為異常值，同時(shí)應(yīng)避免觀測(cè)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(cè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)試）2/5/202332三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷2.1混凝土聲學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算2/5/202333三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷2.2異常值的判別當(dāng)測(cè)區(qū)各測(cè)點(diǎn)的測(cè)距相同時(shí)，可直接用聲時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)判斷。將各測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值ti按大小順序排列，t1≤t2≤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)值進(jìn)行平均值（mt）和標(biāo)準(zhǔn)差（St）的統(tǒng)計(jì)以x0=mt+λ1·St為異常值的臨界值，當(dāng)參與統(tǒng)計(jì)的可疑值tn≥x0時(shí)，則tn及排列于其后的聲時(shí)值為異常值，再將t1～tn-1進(jìn)行統(tǒng)計(jì)判斷，直至判不出異常值為止。若tn<x0時(shí)，再將tn+1放進(jìn)去統(tǒng)計(jì)和判別，其余類推2/5/202334三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷用聲速、波幅或頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)判斷。將測(cè)區(qū)各測(cè)點(diǎn)的聲速、波幅或主頻值按大小順序排列，x1≥x2≥x3…xn，視排在后面明顯小的數(shù)為可疑值，將可疑值中最大的一個(gè)數(shù)同其前面的數(shù)進(jìn)行平均值（mx）和標(biāo)準(zhǔn)差（Sx）的統(tǒng)計(jì)。以X0=mx-λ1·Sx為異常值的臨界值,當(dāng)參與統(tǒng)計(jì)的可疑值xn≤X0時(shí)，則xn及排列于其后的數(shù)均為異常值，再將x1~xn-1進(jìn)行統(tǒng)計(jì)判斷，直至判不出異常值為止。若xn>X0時(shí)，再將xn+1放進(jìn)去統(tǒng)計(jì)和判別，其余類推2/5/202335三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷相鄰測(cè)點(diǎn)異常的臨界值，按下式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)判斷。

X0=mx-λ2·Sx

或

X0=mx-λ3·Sx

λ1、λ2、λ3與測(cè)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根據(jù)異常測(cè)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)和空洞的范圍注意：波幅測(cè)量值雖然對(duì)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)生誤判和漏判2/5/202336三、超聲波法檢測(cè)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(duì)可供測(cè)試的表面時(shí)，按下式估算空洞半徑：2/5/202337三、超聲波法檢測(cè)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(duì)可供測(cè)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r2/5/202338三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷（三）混凝土結(jié)合面質(zhì)量檢測(cè)1.測(cè)試方法有對(duì)測(cè)法和斜測(cè)法兩種，測(cè)點(diǎn)布置要求：使測(cè)試范圍覆蓋全部結(jié)合面或有懷疑的部位各對(duì)換能器連線應(yīng)采用穿過和不穿過結(jié)合面布置各對(duì)換能器連線的傾斜角、測(cè)距應(yīng)相等測(cè)點(diǎn)間距100~300mm測(cè)試各對(duì)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)、波幅、主頻值2/5/202339三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷2.數(shù)據(jù)處理及判定測(cè)點(diǎn)數(shù)足夠，仍用統(tǒng)計(jì)方法判定測(cè)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(cè)點(diǎn)被判為異常值的測(cè)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2/5/202340三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷3.實(shí)例根據(jù)聲時(shí)判別結(jié)果，t3、t4、t8、t9、t12、t15為異常值根據(jù)波幅統(tǒng)計(jì)和判別結(jié)果，A1、A3、A4、A8、A9、A12、A15為異常值2/5/202341三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷（四）表層損傷層檢測(cè)1.測(cè)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(cè)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(cè)得的為未損傷層混凝土聲速。必有一測(cè)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hf2/5/202342三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷2.測(cè)試方法T耦合好保持不動(dòng)，然后將R依次耦合在間距為30mm的測(cè)點(diǎn)1、2、3、…位置上，讀取相應(yīng)的聲時(shí)值t1、t2、t3、…，并測(cè)量每次T、R內(nèi)邊緣之間的距離l1、l2、l3、…，每一測(cè)位的測(cè)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(cè)點(diǎn)數(shù)量2/5/202343三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷3.損傷層厚度的判定用各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)值和相應(yīng)的測(cè)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)直線建立回歸直線方程2/5/202344三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷損傷層厚度的計(jì)算4.注意事項(xiàng)為增強(qiáng)接收信號(hào)，宜選擇低頻換能器（30～50kHz）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(cè)量時(shí)必須準(zhǔn)確測(cè)量T、R之間距離檢測(cè)完成后，宜作局部破損驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果2/5/202345三、超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷（五）超聲法檢測(cè)混凝土缺陷的主要影響因素

1.耦合狀態(tài)的影響測(cè)面平整耦合劑厚度均一無泥砂粘附2.鋼筋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2/5/202346四、超聲波檢測(cè)的儀器設(shè)備（一）超聲波檢測(cè)儀的技術(shù)要求

1.分類模擬式，由時(shí)域波形信號(hào)測(cè)讀聲學(xué)參數(shù)。如CTS-25、SYC-2等數(shù)字式，接收信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散數(shù)字量，具有采集、儲(chǔ)存數(shù)字信號(hào)、測(cè)讀聲學(xué)參數(shù)和對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的智能化功能。如RS型超聲儀、SY型超聲儀2/5/202347四、超聲波檢測(cè)的儀器設(shè)備2.技術(shù)要求具有波形清晰，顯示穩(wěn)定的示波裝置聲時(shí)最小分度為0.1μs具有最小分度為1dB的衰減系統(tǒng)儀器應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性接收放大器頻