现代水工测试技术(武大课件二).

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1、第四章 水工混凝土裂缝检测 第一节 概 述 裂缝按深度不同分为：表层裂缝、深层裂缝和贯穿 裂缝； 按裂缝开度变化分为：死缝（其宽度和长度不再变 化）、活缝(其宽度随外界环境条件和荷载条件变化 而变化,长度不变或变化不大)和增长缝(其宽度或长 度随时间而增长)； 按产生原因分为：温度裂缝、干缩裂缝、钢筋锈蚀 裂缝、超载裂缝、碱骨料反应裂缝、地基不均匀沉 陷裂缝等。 第二节 超声波检测混凝土裂缝深度（平测法） 使用条件 只适用于测量混凝土建筑物中深度不大于50cm的 裂缝。裂缝内有水或穿过裂缝的钢筋太密时不适用该方法。 图 41 裂 缝 深 度 测 试 一、基本原理 利用超声波绕过裂缝末端的传播时

2、间(简称声时)来计算裂缝深度。 如图4-1所示，若换能器对称地置于裂缝两侧，测得传播时间为tl(超 声波绕过裂缝末端所需的时间)。设混凝土波速为v，可得：t1v/2=AD 。则裂缝深度为： 若换能器平置于无缝的混凝土表面上,相距同样为d，测得传播时间 为t0，则t0v=d，代人式(4-1)，则可得： 二、检测步骤 （1）无缝处平测声时和传播距离的计算。 主要确定在无缝混凝土中的波速。 将发、收换能器平置于裂缝附近有代表性的、质量均匀的无缝混凝 土表面上，两换能器内边缘相距为d； 在不同的d值（如5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm 等,必要时再适当增加）的情况下，分别测读出

3、相应的传播时间t0； 以距离d为纵坐标，时间为t0为横坐标,将数据点绘在坐标纸上； 若被测处的混凝土质量均匀、无缺陷,则各点应大致在一条不通过 原点的直线上； 根据图形计算出这条直线的斜率（用直线回归计算法)，即为超声 波在该处混凝土中的传播速度V； 按公式d=t0V计算出发、收换能器在不同t0值下相应的超声波传播 距离d（d略大于d）。 （2）绕缝传播时间的测量。 1）垂直裂缝。 将发、收换能器平置于混凝土表面上裂缝的各一侧,并以裂缝为轴对称，两 换能器中心的连线应垂直于裂缝的走向。 沿着同一直线，改变换能器边缘距离d。在不同的d值（如5cm、10cm 、15cm、20cm、25cm、30c

4、m等）的情况下，分别读出相应的绕裂缝传播时 间t1。 2) 倾斜裂缝。 如图4-2所示，先将发、收换能器分别布置在A、B位置（对称于裂缝顶) ，测读出传播时间t1； 然后A换能器固定，将B换能器移至C，测读出另一传播时间t2。以上为一 组测量数据。 改变AB、AC距离,即可测得不同的几组数据。 裂缝倾斜方向判断 如图4-3所示，将一只换能器B靠近裂缝，另一只位于A处，测传播时间。 接着将B换能器向外稍许移动，若传播时间减小，则裂缝向换能器移动方向倾 斜； 若传播时间增加，则进行固定B移动A的反方向检验。 图4-2 倾斜裂缝 图4-3 裂缝倾斜的 的测试 方向判断法 三、检测结果处理 （1）垂直

5、裂缝深度按式（43）计算： （43） 式中 h一垂直裂缝深度,cm； tl一绕缝的传播时间,s； t0一相应的无缝平测传播时间,s； d一相应的换能器之间声波的传播距离,d=t0v，cm。 根据换能器在不同距离下测得的t1、t0和d值,可算出一系列 的h值。把d2h的数据舍弃，取其余(不少于两个)h 值的算术平均值作为裂缝深度的测试结果。 (2)倾斜裂缝深度用作图法求得。 如图4-4所示,在坐标纸上按比例标出换能器及裂缝顶的位置（按超声传播距 离d计）。 以第一次测量时两换能器位置A、B为焦点，以t1v为两动径之和作一椭圆； 再以第二次测量时两换能器的位置A、C 为焦点，以t2v为两动径之和作

6、另 一椭圆； 两椭圆的交点E即为裂缝末端，DE为裂缝深度h。 图4-4 斜缝深度图解法 四、注意事项 （1）测试时,换能器必须与混凝土藕合良好。 （2）当有钢筋穿过裂缝时,发、收换能器的布置应使换能器连 线离开钢筋轴线。离开的最短距离宜为裂缝深度的1.5倍。 （3）在测量绕缝传播时间时,应读取第一个接收信号。有时因 换能器与混凝土藕合不良等原因,使第一个信号微弱,误读了 后面的叠加信号,将造成测量错误。一般随着探头相互距离逐 级增加,第一个接收信号的幅度应逐渐减小。如果情况反常, 应检查测量有无错误。 第三节 超声波检测混凝土裂缝深度（对、斜测法） 使用条件： 用对、斜测法测量混凝土裂缝深度，

7、适用于有条件两面对测或可钻孔 对测的混凝土建筑物。但该方法不适用测量有水的裂缝。 一、基本原理 如果超声波传播路径被裂缝截断，则超声波能量将部分被反射，接 收信号振幅、声时将发生变化。根据接收信号的变化,可判断裂缝的存在, 从而测知其深度。 二、检测步骤 （1）对于有条件两面对测的结构,如梁、墩、墙体,可采用两面 斜测法。检测步骤如下： 如图4-5所示，在结构（如梁）一侧或两侧发现裂缝A和B，可布置 换能器进行斜测。其中11、22、33、44、55测线斜穿过 裂缝所在平面AB。作为比较，再布置不穿过裂缝所在平面的测线66 。测试面必须平整，换能器与结构表面耦合必须良好。 测量各条测线接收信号振

8、幅和声传播时间，以振幅参数作为判断的 主要依据。 在穿裂缝所在平面的各条测线中，若某（些）条测线振幅测值明显 小于66测线，则表明裂缝已深入到这些测线位置,从而确定裂缝的深 度。 图 4-5 双面斜测法 （a）侧视图 （b）端视图 （c）俯视图 （2） 对于没有条件两面对测但可钻孔对测的结构，如坝体、 底板、廊道等，可采用钻孔对测法。检测步骤如下： 1） 在裂缝两侧对称地打两个垂直于混凝土表面的钻孔，两 孔口的连线应与裂缝走向垂直。孔径大小以能自由地放入径 向换能器为度。两孔的间距、深度按以下原则选择： 超声波穿过两孔之间的无缝混凝土后，接收信号第一个半波的振幅能 有20mm以上； 当裂缝倾斜

9、时，估计裂缝底部不致超出两孔之间；一般情况下两孔间 距为13m，如图4-6所示； 钻孔深度应大于裂缝深度0.5m以上。 2） 钻孔应冲洗干净，注满清水，将发、收换能器分别置于两 钻孔中同样高程上。测量并记录超声传播时间、接收信号振 幅等参数。 图4-6 深层裂缝测量法 3）关于接收信号的振幅,可采用两种方法测读: 直接测量示波器荧光屏上接收信号第一个半波（或第二 个半波）的振幅毫米数； 利用串接在接收回路中的衰减器，将接收信号衰减至 某一预定高度（此高度应小于测量过程中最小的振幅），然 后读取衰减器上的数值。 4）使换能器在孔中上下移动进行测量,直至发现当换 能器达到某一深度h时,振幅出现最大

10、值,再向下则基 本稳定在这个数值左右。此时,换能器在孔中的深度 即为裂缝的深度（以换能器中部计）。 5）为便于判断,可绘制孔深一振幅曲线,如下图所示。 根据振幅沿孔深变化情况来判断裂缝深度。 6）当裂缝倾斜时,可用下图所示方法进行测量。使 换能器在两孔中不同深度以等速移动方式斜测,寻找 测量参数突变时两换能器中部的连线,多条（图上只 画两条）连线的交点N即为裂缝的末端,判别的根据 主要是振幅。 第五章 超声波检测混凝土内部缺陷 超声波检测混凝土内部缺陷通常有三种方法: 直接传递法； 半直接传递法； 表面传递法。 通常采用直接传递法测出超声波在混凝土中传递的速度。 在脉冲路径中如果有空洞,脉冲的

11、视速度就会降低,这种现象 可以用来检测水工建筑物混凝土内部缺陷，如蜂窝、空洞、 架空、夹泥层、低强区等。 使用条件：超声波适用于能进行穿透测量以及经钻孔或预埋 管可进行穿透测量的建筑物和构件。 第一节 仪器设备 （1）非金属超声检测仪。 （2）各种声波频率的平面换能器。 当测距小于1m时,宜采用50l00kHz换能器； 当测距大于2m时,宜采用50KHz以下的换能器。 在穿透能力允许情况下，宜用高频率的换能器，孔中测量 应采用径向换能器。 （3）长度测量工具,如钢卷尺等。 第二节 检测步骤. （1）超声波仪器零读数校正。 当采用平面换能器测量时,仪器零读数t0的定义及校正见 超声波检测混凝土裂

12、缝深度时的方法。 对于在钻孔中或预埋声测管中以径向换能器进行检测的 场合，仪器零读数t0定义为：孔间混凝土介质厚度为零时 仪器的声时读数。 可采用以下方法标定计算。 将发、收径向换能器表面相互紧贴，置于水中，读取此 时的接收波首波声时t1(s)。则仪器（包括换能器）的零 读数t0（s）可按式（5-1）、式（5-2）计算。 在钻孔中测量时： （5-1） 式中 d1一钻孔直径，m； d2一径向换能器外直径，m； vw一水的声速，取1480m/s。 在预埋管中测量时： （5-2） 式中 d1一预埋管内直径，m； d2一径向换能器外直径，m； a预埋管管壁厚度，m； vs一预埋管材料的声速，若用钢管，

13、取 5900m/s。 （2）测点布置。 对于一般结构,如梁、柱、墩、墙等,在其相对的两面对 称地画出方格网,方格网交点即为测点。方格网的间距视结构 物尺寸和要求的测量精度而定,一般为0.21.0m。 对于钻孔或埋管法测量,则从孔口开始向下逐点对测。测 点间距通常为0.20.5m。在测得缺陷附近,测点还应加密。 一个构件或一个统计总体,测点数不得少于30。 （3）测点处理。测点处表面应打磨平整,然后涂上耦合剂(黄油 或浆糊)。表面凹凸严重难以整平的测点可涂抹石膏或砂浆, 硬化后待用。 钻孔或预埋管中充满淡水作耦合介质,应注意不能使水浑浊 。 （4）测距测量。相对二测点的间距称为测距,应以不大于土

14、1% 的误差准确测量。 钻孔或预埋管测量中的测距指的是二孔间混凝土的净距离 。要求每对测孔相互平行,在孔口处准确丈量测距。 (3)测点处理。测点处表面应打磨平整,然后涂上耦合剂(黄油或 浆糊)。表面凹凸严重难以整平的测点可涂抹石膏或砂浆,硬 化后待用。 钻孔或预埋管中充满淡水作耦合介质,应注意不能使水浑浊。 (4)测距测量。相对二测点的间距称为测距,应以不大于土1%的 误差准确测量。 钻孔或预埋管测量中的测距指的是二孔间混凝土的净距离。要 求每对测孔相互平行,在孔口处准确丈量测距。 （5）声学参数测量。调整仪器状态(发射电压、增益、衰减等),使适合于该 测量场合,逐点测量各测点全部或部分声学参

15、数。 1）声传播时间(声时ti)及声传播速度(声速vi)。以不低于1%的精度测读各测 点首波声时读数 ,则声时ti按式(5-3)计算: (5-3) 式中 t0该场合下的仪器零读数。 根据各测点声时按式(5-4)计算各测点声速: (5-4) 式中 li测点测距,m。 2）接收信号首波振幅(振幅A)。首波振幅是接收波第一个波前半波波谷(或 波峰)的幅度Ai (图5-1)。测试方法与超声波检测混凝土裂缝深度(对、斜 测法)中的测试方法相同。 3）接收信号频率(频率fi)。接收信号频 率是接收波第一个周波的主频率,可采用 下述两种方法之一进行测量。 图 51 超声波的波形 频谱法:凡具有快速频谱分析功

16、能的超声仪,可将采集的一串接收波中的前 一个周波,即图5-1中的ab段波,以不低于2KHz的分辨力进行频谱(振幅 谱)分析,把分析结果中的主频率(幅度最大者)作为频率值fi； 周期法:移动仪器时间游标(标刻),先对准波谷a,读取相应声时ta,再移动游 标对准波谷b,读取相应声时tb,则频率fi用式（5-5）计算: （5-5） 4)接收波波形(波形)。观察各测点波形,注意前一个周波是否有畸变。必要 时可采集打印或拍摄照片或描绘该波形。 (6)两个方向对测和斜交叉测。当在一个方向进行两面对测后,发现某些测点 声学参数明显偏低,这时首先应复测,确定无疑后,再在可疑点附近加密测 点测量。当证实这些部位有可能内部存在缺陷时,如果建筑物条件允许,可 采用两个方向对测或斜测的方法以确定缺陷的纵深位置。 1）两个方向对测。对于柱、墩一类构件,如图5-2所示 。当在II方向对测,发现33测线测值异常