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1、Technology Data Of Ultrasonic Testingxxx 有限公司2008 年 3 月 5 日本书简介本人从事超声波检测 2004 年 3 月从事检测工作近三年有余，在工作中收集了大量有关金属与非金属检测资料，超声波检测混凝土技术资料整理 第 1 页 整理人：x第一章 超声波平测法检测混凝土强度技术的研究在建筑物施工过程以及随后的质量评估中，检测混凝土强度是最重要的环节之一。根据超声波在混凝土中传播的速度及其它参量来推定混凝土的强度，从而对建筑物的质量进行评估,近年来已广泛应用于各项工程中。超声波在混凝土中的传播速度与混凝土的抗压强度之间有着良好的相关关系，即混凝土的强
2、度越高，相应的超声声速也越高。因此，可以根据超声波在混凝土中的传播速度来推定混凝土的强度。在实际工程中，由于混凝土强度的无损检测受外界环境条件的限制，超声换能器的布置大致有两种方式：直接穿透对测法和单面平测法。其中对测法灵敏度高、测距明确、精度好，是通常采用的方法，并且前人已经回归总结出一套可靠的混凝土测强经验公式利用对测声速值推定出混凝土的强度。但是在建筑物结构混凝土只有一个可测平面的情况下，只能采用单面平测法布置换能器，例如水池壁、底板、飞机跑道、路面、地下室及沉井井壁等。尽管在同一混凝土构件上，但平测法与对测法所测得的声速值并不相同；此外，平测法不能准确地确定超声路径的距离，简单采用换能
3、器边-边或中-中间距使计算的声速值产生偏差，因此平测法测得的声速不能直接采用现有的对测法声速测强公式推定混凝土强度。在工程中有些检测单位直接用平测法的声速代替对测法的声速，缺乏科学依据。针对这一问题，本文成型了一系列不同强度等级的普通混凝土试件，旨在现有的超声波检测混凝土强度技术的基础上，分八个龄期在混凝土试件上进行对测和平测的声速对比测定。通过混凝土龄期及强度变化的试验，分别用常规方法求出对测及用“时-距”回归方式求得平测的声速，确定对测声速（V d）与平测声速（ Vp）两者的比例系数、亦同时建立平测声速与对测声速的线性方程，其经检验的平均相对误差和相对标准误差均很小。依据平测声速的换算值，
4、使得在工程检测中就能应用超声平测法检测混凝土的强度。 1试验方法1.1 试验设计1.1.1 试验原材料水泥：32.5 #普通硅酸盐水泥粗骨料：碎石（531.5mm）细骨料：中砂（ f=2.5）超声波检测混凝土技术资料整理 第 2 页 整理人：x水：自来水1.1.2 混凝土强度等级及配合比设计根据试验要拉开混凝土强度范围的要求，设计了C15、 C20、 C30、C40、C50 五个普通混凝土强度等级，配合比见表 1。表 1 设计强度等级及配合比设计强度等级 单位 C S G Wkg/m3 524 472 1336 183C50配合比 1 0.90 2.55 0.35kg/m3 495 490 1
5、327 183C40配合比 1 0.99 2.68 0.37kg/m3 418 493 1333 184C30配合比 1 1.18 3.19 0.44kg/m3 323 614 1308 184C20配合比 1 1.90 4.05 0.57kg/m3 279 650 1320 184C15配合比 1 2.33 4.73 0.661.1.3 试件制作、养护方法及龄期采用 150150600mm 的钢模，振动台密实振捣成型。试块在试模中停置两天拆模、标准养护 8 天后，在室内自然养护。混凝土试块按 10 天、20 天、28 天、40 天、50 天、60 天、70 天、90 天龄期进行超声波声速测定
6、。 1.2 声速测试方法及步骤在每块混凝土试块的 2 个 150600mm 侧面中选择一个侧面作为平测面，两个 150150mm 的端面作为对测面。声速测试面上换能器测点布置如图 1 所示：平测面上取 7 对测点，间距 a=50mm，检测时固定发射换能器、接收换能器以间距 a 的整数倍移动；对测面上布置 5 对测点。使用 CTS-25 型非金属超声波检测仪，测试时固定发射电压 200V、增益 2，超声波换能器频率 50 kHz。超声波检测混凝土技术资料整理 第 3 页 整理人：x1.2.1 对测直接采用常规方法，在两个对测面 5 对测点上用等压力等幅分别测得各点的超声波传播时间，计算出各点的超
7、声声速值，然后求 5 对测点的平均声速Vd。对测时首波等幅 4cm。1.2.2 平测在平测面一条中线上固定发射换能器于第一点，等间距移动接收换能器，使两换能器边-边间距 d 为 50mm、100mm、350mm，共 7 对间距，分别测得不同距离时各自的超声波传播时间 ti，然后采用时-距回归法求得 di=a0 + Vpti的线性方程。式中 Vp 为回归系数，即平测声速值。平测时首波等幅2cm。2试验数据处理各组试块各个龄期所测得的 Vd、V p值如下表 2 所示：表 2 测试结果 Vd、V p值编号 Vd(km/s) Vp(km/s) 编号 Vd(km/s) Vp(km/s)C15-10 3.
8、541 3.451 C15-50 4.033 3.899C20-10 3.829 3.748 C20-50 4.128 4.067C30-10 3.904 3.804 C30-50 4.279 4.154C40-10 4.074 4.037 C40-50 4.408 4.334C50-10 4.130 4.049 C50-50 4.460 4.381超声波检测混凝土技术资料整理 第 4 页 整理人：xC15-20 3.742 3.689 C15-60 4.058 3.891C20-20 3.889 3.799 C20-60 4.181 4.121C30-20 4.061 3.935 C30-6
9、0 4.331 4.222C40-20 4.225 4.191 C40-60 4.451 4.374C50-20 4.264 4.160 C50-60 4.502 4.387C15-28 3.860 3.790 C15-70 4.094 4.009C20-28 4.002 3.914 C20-70 4.224 4.187C30-28 4.171 4.047 C30-70 4.370 4.273C40-28 4.312 4.242 C40-70 4.474 4.428C50-28 4.365 4.202 C50-70 4.525 4.420C15-40 3.931 3.845 C15-90 4.
10、152 4.045C20-40 4.050 4.002 C20-90 4.274 4.186C30-40 4.208 4.071 C30-90 4.422 4.376C40-40 4.354 4.280 C40-90 4.515 4.461C50-40 4.410 4.299 C50-90 4.573 4.486Vd平均值 4.194 Vp平均值 4.106注：C15-10 表示混凝土强度等级为 C15，龄期为 10 天 3对测声速与平测声速相关关系根据表 2 的对测声速 Vd与平测声速 Vp两组数据建立起 Vd-Vp的散点图见图 2所示。从图 2 的散点走势可以看出，图上各对数据散点基本都在
11、某一直线附近波动，说明 Vd与 Vp之间具有良好的线性相关关系，则二者之间应该有一个可确定的比例系数。由表 2 数据统计计算：超声波检测混凝土技术资料整理 第 5 页 整理人：xVd 平均 / Vp 平均 = 4.194/4.106 = 1.0214Vdj=1.0214Vp （1）式中 Vdj为对测声速的理论计算值。平均相对误差 (n=40)相对标准误差此外，如将表 2 Vd与 Vp值以最小二乘法作一元线性回归处理，其回归方程为：Vdj =0.1599+0.9825 Vp （2）即直线方程的截距为 0.1599，斜率为 0.9825。该直线方程经回归效果检验，相关系数 =0.99，平均相对误差
12、 =0.62%，相对标准误差 er =0.79%。4讨论超声波检测混凝土技术资料整理 第 6 页 整理人：x4.1 比例系数的确定根据前节所述，V dj 用简单的（1）式 Vd/Vp 算术平均值或用（2）式最小二乘法一元线性回归方程：V dj=0.1599+0.9825 Vp，按这两种方法计算的误差都相当小（= 0.6%，e r =0.8%），后者比前者精度略高，但前者采用 1.0214 的比例系数使用更方便且直观。4.2 超声波频率和首波波幅对声速测量的影响在 90 天龄期同时采用了 50kHz 和 100kHz 的换能器对各试块进行比对检测，且平测、对测均采用等幅 2cm 和等幅 4cm
13、的首波振幅进行重复试验，测试结果见表 3 和表 4。表 3 首波不同等幅读数对声速的影响90 天 / 50kHz C15 C20 C30 C40 C50 平均差值对测等幅 4cm 4.152 4.274 4.422 4.515 4.573 对测等幅 2cm 4.118 4.243 4.396 4.487 4.548 声速差值(km/s) 0.034 0.031 0.026 0.028 0.025 0.029平测等幅 4cm 4.060 4.197 4.399 4.483 4.512 平测等幅 2cm 4.045 4.186 4.376 4.461 4.486 声速差值(km/s) 0.015
14、0.011 0.023 0.022 0.026 0.019表 4 不同频率换能器对声速的影响90 天 / 对测 C15 C20 C30 C40 C50 平均差值100kHz 等幅 4cm 4.164 4.292 4.447 4.535 4.591 50kHz 等幅 4cm 4.152 4.274 4.422 4.515 4.573 声速差值(km/s) 0.012 0.018 0.025 0.020 0.018 0.019100kHz 等幅 2cm 4.136 4.267 4.423 4.509 4.564 50kHz 等幅 2cm 4.118 4.243 4.396 4.487 4.548
15、超声波检测混凝土技术资料整理 第 7 页 整理人：x声速差值(km/s) 0.018 0.024 0.027 0.022 0.016 0.021由表 3 可知对测和平测首波等幅 4cm 时测得的声速比等幅 2cm 时高，平均差值约为 0.024km/s。原因是等幅 4cm 时首波陡峭，声时读数准确；而等幅 2cm时波形首波幅值小，接收信号的前沿起弯点后移，使声时读数偏大，导致声速偏小。由表 4 可知 100kHz 换能器测得的声速值比 50kHz 换能器测出的大，平均差值约为 0.020km/s。这也是因为 100kHz 的首波陡峭程度优于 50kHz 的首波，声时读数较小，所以声速略高。平测时采用频率为 100kHz 的换能器检测，当固定发射电压为 200V、增益为2，首波幅度都能大于 2cm，即等幅 2cm 的设计可以满足，但 100kHz 不能满足首波等
