結(jié)構(gòu)實驗技術(shù)講稿非破損檢測第014次課-39課件

1結(jié)構(gòu)實驗技術(shù)

田石柱教授2

超聲波是一種頻率超過20kHz的機(jī)械波，一般由高頻電振蕩激勵壓電晶體發(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，也是通過壓電晶體把機(jī)械振蕩轉(zhuǎn)換成電訊號進(jìn)行傳輸、放大與量測?！?.3

超聲波法3

超聲法探測的基本原理

基于超生波在介質(zhì)中傳播時，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、振幅、波形、頻率等發(fā)生相應(yīng)變化，測定這些規(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5

非金屬超聲波探測儀的組成部分，主要包括超聲波的發(fā)生、傳遞、接收、放大、時間測量和顯示等裝置。換能器與被測體表面保持良好聲耦合，以減小聲能耗損，為此，測點必須平整，并涂刷耦合劑，如黃油，凡士林等?！?.3

超聲波法6

1.混凝土強(qiáng)度檢測

基于混凝土強(qiáng)度與其彈性模量、密實度等密切相關(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。這就是超聲法檢測混凝土強(qiáng)度的基本原理。7

由于影響因素的復(fù)雜性和隨機(jī)性，檢測必須有事先建立的的相關(guān)曲線。采用的幾種函數(shù)類型:平拋物線型

指數(shù)函數(shù)型

冪函數(shù)型

9§3.3

超聲波法

對測法接收換能器接收探頭

發(fā)射換能器發(fā)射探頭

頂面及底面測試時，修正10

混凝土超聲測強(qiáng)的影響因素很多，除了儀器性能和檢測方式外，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，均會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。所以，我國目前超聲測強(qiáng)，只作為與回彈法的綜合使用?！?.3

超聲波法11

2.混凝土裂縫檢測已建結(jié)構(gòu)在長期使用中，可能產(chǎn)生各種裂縫和損傷，為了評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)場結(jié)構(gòu)加載試驗中，也常需要檢測裂縫的出現(xiàn)及發(fā)展過程。對于裝配式結(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。非金屬超聲波檢測儀則提供了一種方便、快速的檢測手段。13

條件允許，也可采用對測法，二探頭相對，從裂縫頂部開始，逐漸向尖端移動掃描，當(dāng)測得聲速為混凝土聲速時，即為裂縫的終止?！?.3

超聲波法14

對很深的裂縫，側(cè)向又無法探測，當(dāng)用一般方法穿透能量不足時，可鉆孔用徑向增壓式探頭如圖的方法檢測?！?.3

超聲波法15

對于傾斜裂縫，應(yīng)先確定其走向。方法是在測試面上畫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點A，另一探頭置于裂縫的另一邊靠近裂縫的B1點，測得聲時t1后再稍許外移，此時聲時若減小，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的移動過程中，記下聲時值最小的測點B3，從B3引測試面的垂直線，該直線必與裂縫末端O相交。17波形法，利用超聲波遇到缺陷時，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)接收探頭時間的滯后，來判別缺陷，如圖所示。（a）無缺陷時波形

(b)有缺陷時波形18振幅法，利用缺陷對聲波的衰減比無缺陷處大，接收波振幅將減小的特點，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減少，低頻分量則相對增大。因此可從接收的頻率值檢出缺陷。194．混凝土勻質(zhì)性檢測超聲波檢測混凝土勻質(zhì)性，可與探測缺陷相結(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（等聲速）線表示勻質(zhì)性的例子。21超聲回彈綜合法是國際上20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種非破損檢測方法，由于其精度高，已在我國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。我國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會已推薦頒布了《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS02：88）應(yīng)用范圍與特點: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檢驗結(jié)果有疑問時，可按該規(guī)程進(jìn)行檢測推定混凝土強(qiáng)度。可作為處理混凝土質(zhì)量問題的一個主要依據(jù)。服役結(jié)構(gòu)多為長齡期混凝土，其碳化深度對測試結(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)程對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行檢測和強(qiáng)度評定。23

分別以前述的回彈法和超聲法測出測區(qū)的回彈值N和聲速值v，然后查專用或地區(qū)的超聲回彈綜合測強(qiáng)曲線，求得混凝土強(qiáng)度換算值。計算采用下列回歸方程式：超聲—回彈綜合曲線經(jīng)驗公式§3.4

超聲—回彈綜合法檢測砼強(qiáng)度法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、石子粒徑等均無顯著影響，是現(xiàn)場混凝土強(qiáng)度檢測的一個方便、可靠、費(fèi)用低的非破損檢測方法?！?.4

超聲—回彈綜合法檢測砼強(qiáng)度法26

采用綜合法，能對混凝土的某些物理參量在采用超聲法或回彈法單一測量時產(chǎn)生的影響得到相互補(bǔ)償。

如對回彈值影響最為顯著的碳化深度在回彈法檢測時是一項重要的參數(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，不須測量碳化深度和考慮它所造成的影響。試驗證明：超聲回彈綜合法的測量精度優(yōu)于超聲或回彈單一方法。29

我國的規(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0.95～2.05倍，以直徑與高度均為10cm作為標(biāo)準(zhǔn)試件?！?.5

鉆芯法30加工后端面的不平度≤0．1％為合格不平整的應(yīng)抹平或用環(huán)氧樹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)；試驗前應(yīng)對芯樣做精確測量和特征描述，諸如各種缺陷、骨料種類與最大粒徑、是否含有鋼筋及其直徑等，以供評定參考。為使芯樣抗壓試驗在與結(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，潮濕狀態(tài)(試件在清水中浸泡40～48h后)試驗兩種方法。32芯樣混凝土強(qiáng)度換算值，按下式計算：§3.5

鉆芯法芯樣試件混凝土強(qiáng)度換算系數(shù)33

鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度的特點：可靠性比較大試驗費(fèi)用較高取樣不很方便，試驗周期較長造成結(jié)構(gòu)一些局部破損

應(yīng)與其他非破損方法綜合應(yīng)用，分析與評定，提高效益。34

撥出法是用一根螺栓式類似的裝置，部分埋入混凝土中，然后撥出，測定其撥出力的大小來評定混凝土強(qiáng)度的方法?！?.6

撥出法

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主要方法有兩類：一類是把錨頭預(yù)埋在混凝土內(nèi)，到達(dá)齡期后做撥出試驗，稱先裝法，僅適應(yīng)工程施工及驗收需要；另一類是在硬化的混凝土表面上鉆孔，然后裝上撥出裝置，進(jìn)行撥出試驗稱鉆孔后裝法。該方法靈活性較大，較適用于已建結(jié)構(gòu)的檢測?！?.6

撥出法

36拔出法的特點：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)點是能比較直接地反映砼強(qiáng)度，雖只測表面某一深度，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深度為30～35mm的孔，用吹風(fēng)機(jī)清除孔內(nèi)粉塵后，把一個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?！?.6

撥出法

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操作方法：

拉拔時以一定速度連續(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?！?.6

撥出法

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注意的問題：拔出設(shè)備有多種形式，較簡單的可用扭矩儀，也可用張拉千斤頂或其他適當(dāng)方法。無論何種方法，都要求通過一定試驗建立率定曲線。這種拔出法，力的傳遞相當(dāng)復(fù)雜。混凝土骨料與脹管的相對位置等都有影響，試驗結(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、鋼筋位置和裂縫等的影響和干擾。最小拔出深度建議不小于骨料最大粒徑，并不小干20mm。40第二種鉆孔后裝