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1、中铁八局集团有限公司工程检测中心超声法检测砼缺 陷2011-09*1中铁八局集团有限公司工程检测中心一、概述n混凝土缺陷：内部不密实或空洞，外部蜂窝麻面、裂 缝或损伤层n检测目的：查明混凝土缺陷的性质、范围及尺寸n检测方法：l机械波法：超声脉冲波、冲击脉冲波、声发射l穿透幅射法：x射线、射线、中子流l超声波介绍l 在弹性介质中传播的振动叫弹性波，人耳可闻范 围的弹性波为20-20000Hz，叫声波，低于此范围叫次 声波，频率超过2万Hz,并不能引起听觉的弹性波叫超 声波。Date2中铁八局集团有限公司工程检测中心一、概述n超声法定义指采用带波形显示的低频超声波检测仪和频率为20 250kHz的
2、声波换能器，测量混凝土的声速、波幅 和主频等声学参数，并根据这些参数及其相对变化分 析判断混凝土缺陷的方法n在混凝土检测中的应用l非破损检测混凝土内部的空洞、离析l检测混凝土裂缝的深度l检测混凝土接触面的结合质量l检测混凝土表面的损伤层厚度Date3中铁八局集团有限公司工程检测中心二、超声法检测的基本原理 （一）基本原理利用脉冲波在技术条件相同的混凝土中传 播的时间（或速度）、接收波的振幅和频率 等声学参数的相对变化，来判定混凝土的缺 陷。（注：技术条件相同：指混凝土的原材料 、配合比、龄期和测试距离一致）Date4中铁八局集团有限公司工程检测中心n一、超声波法缺陷检测原理n假设混凝土中有一处
3、缺陷，用超声法检测时 ，由于正常混凝土是连续体，超声波在其中 正常传播。当换能器正对着缺陷时，由于混 凝土连续性中断，缺陷区与混凝土之间出现 界面（空气与混凝土）。在界面上超声波传 播发生反射、散射与绕射。超声波用于混凝 土缺陷评估的4个声学参数声时（或波速 ）、振幅、频率和波形将发生变化。 Date5中铁八局集团有限公司工程检测中心p 二、超声波法声学参数的变化p 声时（波速）n 当超声波在传播路径上遇到缺陷时，超声波的传 播有两种可能： 一是直接穿过缺陷介质，缺陷介质可能是空气、水或 夹杂杂质的非正常混凝土，这些介质的共同特点是声 速低； 二是超声波绕过缺陷与正常混凝土的界面传播。当超 声
4、波直接穿过缺陷，由于缺陷速度较混凝土低，在同 样测距下传播时间要长，而绕过缺陷的传播路径比直 线传播的路径长。Date6中铁八局集团有限公司工程检测中心p 上述两种情况测得的声时都将比正 常部位长。在计算测点声速时，总是以 换能器间的直线距离L作为传播距离， 因此有缺陷处的计算声速就减小。Date7中铁八局集团有限公司工程检测中心p 波幅由于缺陷对声波的反射或吸收比正常混凝土大，所以 当超声波通过缺陷后，衰减比正常混凝土大，即接收波的 振幅将减少。根据接收波首波振幅的异常变化也可以发现 缺陷的存在。振幅值虽然与混凝土质量有相关性，但也取决于测试 距离和换能器的声学性能（仪器和换能器灵敏度、自振
5、频 率、频谱特性等），因此难以定出一种统一的指标，只能 在同一仪器设备和测距情况下作相对比较用。Date8中铁八局集团有限公司工程检测中心p主频（频谱） p 对接收波信号的频谱分析表明，不同质量的 混凝土对超声波中高频分量的吸收、衰减不同。 因此，当超声波通过不同质量的混凝土后，接收 波的频谱也不同。有内部缺陷的混凝土，其接收 波中高频分量相对减少而低频分量相对增大，接 收波的主频率值下降。频率值也只能在同一仪器 设备和测距情况下作相对比较用。Date9中铁八局集团有限公司工程检测中心p波形当超声波通过混凝土内部缺陷时，由于混 凝土的连续性已被破坏，使超声波的传播路径复 杂化，直达波、绕射波等
6、各类波相继到达接收换 能器。它们各有不同的频率和相位。这些波的叠 加有时会造成波形的崎变。目前，对波形的研究 还不够，只能是半定性的参数，作为判断缺陷的 参考。 Date10中铁八局集团有限公司工程检测中心二、超声法检测的基本原理（二）声学参数 1. 声速l弹性模量,孔隙率,密实度,声速l强度，声速l混凝土内部有缺陷(孔洞、蜂窝)，声速l超声波穿过裂缝传播，声速l声速可以反映混凝土的性能与内部情况Date11中铁八局集团有限公司工程检测中心二、超声法检测的基本原理2. 振幅l指首波，即第一个波前半周的幅值，反映了接收到声 波的强弱l强度，振幅l内部有缺陷、裂缝，振幅l振幅与仪器性能、耦合状况、
7、测距大小均有关系，没 有统一的度量标准，目前只作为同条件（同一仪器、 同一状态、同一测距）下相对比较用Date12中铁八局集团有限公司工程检测中心二、超声法检测的基本原理3. 频率l超声波检测中，电脉冲激发出的声脉冲信号是复频超 声脉冲波，包含了一系列不同频率成分l测距越远，高频成分衰减越多l混凝土内部缺陷及裂缝使主频下降l频率与仪器性能、耦合状况、测距大小均有关系，没 有统一的度量标准，目前只作为同条件(同一仪器、 同一状态、同一测距)下相对比较用l各频率成分通过频谱分析取得Date13中铁八局集团有限公司工程检测中心二、超声法检测的基本原理4. 波形l显示屏上显示的接收波波形l直达波、反射
8、波、绕射波、纵波、横波、表面波等的 综合反映l波形分析常集中于波前部的纵波l目前对波形的研究只能作一般的观察、记录Date14中铁八局集团有限公司工程检测中心二、超声法检测的基本原理5. 声速的测量方法lv=l/t, l为测距，t为声时 5.1 测距的测量方法l对测时，钢卷尺测量T、R间距离l平测时，钢卷尺测量T、R间净距 离 5.2 声时的测读方法l游标测读l自动关门,适用于信号较强时测量l计算机自动寻找Date15中铁八局集团有限公司工程检测中心二、超声法检测的基本原理5.3 零读数t0的标定方法l仪器显示时间t1包含超声波在被测物体中传播时间t 、延迟时间（电延迟、电声转换、声延迟）t0
9、，t=t1 -t0l直接相对法，适用于作为精度要求不高或测距较大情 况下，夹心式换能器的t0标定l长短测距法，适用各类平面换能器t0标定l标准棒法Date16中铁八局集团有限公司工程检测中心二、超声法检测的基本原理6. 振幅的测量方法l直读法：固定发射电压、衰减器刻度及增益值，直接 读取首波波谷（峰）距水平刻线的高度l衰减器法：固定发射电压、增益刻度，将首波高度衰 减至某预定高度，此时从衰减器读得的dB值即为首波 幅度的指标Date17中铁八局集团有限公司工程检测中心二、超声法检测的基本原理7. 频率的测量方法l测量周期法f=1/4(t2-t1)=1/2(t3-t2)=1/(t4-t2)l一般
10、取前一、二个周期的波 形Date18中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷（一）混凝土裂缝深度检测 1. 平测法 1.1 适用范围l只有一个表面可供超声检测l裂缝深度不大于500mmDate19中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷1.2 检测步骤：l第一步，不跨缝声时测量：将T 和R置于裂缝同一侧，以两个换 能器内边缘距离li为100、150 、200mm，分别读取声时值ti ，绘制“时-距”坐标图，或用 回归分析求出：li=a+bti，则 每测点超声波实际传播距离： li= li+|a|，得出超声波传播 速度：v=(ln-l1)/(tn-t1)或 v
11、=b Date20中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷l第二步，跨缝声时测量：将T和R置于裂缝对称 的两侧，li取100、150、200mm，分别读取 声时值tci，同时观测首波相位的变化l第三步，计算：裂缝深度按下式计算Date21中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷 1.3 裂缝深度的确定l跨缝测量中，当在某测距发现首 波反相时，取该测距及两个相邻 测距的裂缝深度平均值l无反相，则将剔除li3mhc数据，取余下的hci的平 均值l当有钢筋穿过裂缝时，换能器须 离开钢筋一定距离或将T、R连线 与钢筋轴线形成一定角度（40 50）l裂缝中不得有水或泥
12、浆充填Date22中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷2. 斜测法 2.1 适用范围l结构裂缝部位有一对相互平行 的表面时，优先选用 2.2 测量方法l保持T、R换能器连线的距离相 等、倾斜角一致，进行过缝与 不过缝检测，分别读取相应的 声时、波幅和频率值。T、R连 线通过裂缝时的波幅与频率比 不过缝测点比较，存在显著差 异 Date23中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷3. 钻孔测法 3.1 适用范围l大体积混凝土，裂 缝深度大于500mml被测混凝土允许在 裂缝两侧钻测试孔Date24中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷3
13、.2 钻孔要求l孔径大于换能器直径510mml测孔深度应大于裂缝深度600800mml对应的两个测孔应始终位于裂缝两侧，且平行l对应测孔间距宜2m左右，同一结构各对应测孔的间距 应相同l孔中粉末碎屑应清理干净l横向测孔的轴线应具在一定的倾斜角l宜在裂缝一侧多钻一个孔距相同但较浅的孔Date25中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷3.3 测试方法l测试孔注满清水，将T、R置于裂缝同侧的B、C孔中l以200300mm的相同步距向下移动T、R，并读取 相应的声时与波幅值l将T、R置于裂缝两侧对应的A、B测孔中，同步向下 移动，逐点读取声时、波幅和换能器所处深度Date26中铁八
14、局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷3.4 裂缝深度判定l主要以波幅测值作为 判据l绘制深度-波幅坐标图l波幅最大并基本保持 稳定位置即对应裂缝 深度Date27中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷3.5 裂缝末端位置的判定l采用斜测法l当两个换能器的连线超过 裂缝末端后，波幅测值保 持最大值，判定测线AB、 CD的位置通过裂缝的末端lAB、CD两条测线的连线交 点便是裂缝的末端位置Date28中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷（二）混凝土不密实区和空洞检测 1. 测试方法 1.1 平面对测l结构被测部位有两对互相平行表面l在测区的
15、两对平行表面上，画100300mm网格 并逐点编号l 测量对应测点的 声时、波幅和频 率Date29中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷1.2 平面斜测l被测部位只在一对平行表面可供测试，或被测部 位处于结构的特殊位置Date30中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷1.3 钻孔测法l适用于大体积混凝土l钻一个或多个平行于侧面的测孔，直径3845mm，孔 深根据测试要求确定l 耦合：测孔用清 水，侧面用黄油 l 测量同一高度或 同步高度差的声 时、波幅或频率Date31中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷2. 不密实区和空洞的判定
16、l基本原理：超声波遇不密实区或空洞时，其测得的声 时、振幅、频率必将与正常混凝土有差别l异常值的判别方法：根据概率统计理论确定，即置信 范围（mx1Sx)以外的观测值为异常值，同时应 避免观测失误造成数据异常（检查表面是否平整、干 净或是否存在别的干扰因素，必要时加密测点重复测 试）Date32中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷2.1 混凝土声学参数的统计计算Date33中铁八局集团有限公司工程检测中心三、超声波法检测混凝土缺陷2.2 异常值的判别l当测区各测点的测距相同时，可直接用声时进行统计 判断。将各测点声时值ti按大小顺序排列，t1t2 t3 tn，视排在后面明显偏大的声时为可疑值，将 可疑值中最小的一个数同其前面的声时值进行平均值 （mt）和标准差（St）的统计 l 以x0= mt+1St为异常值的临界值，当参与统计的 可疑值tnx0时，则tn及排列于其后的声时值为异常 值，再将t1tn-1进行统计判断，直至判不出异常值 为止。若tnX0时，再将xn+1放
