超声法检测混凝土缺陷课件

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1、2019/4/23,1,超声法检测砼缺陷,2011-09,2019/4/23,2,一、概述,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 检测目的：查明混凝土缺陷的性质、范围及尺寸 检测方法： 机械波法：超声脉冲波、冲击脉冲波、声发射 穿透幅射法：x射线、射线、中子流 超声波介绍 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。,2019/4/23,3,一、概述,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20250kHz的声波换能器，测量混凝土的声速、波幅和主频等声

2、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 在混凝土检测中的应用 非破损检测混凝土内部的空洞、离析 检测混凝土裂缝的深度 检测混凝土接触面的结合质量 检测混凝土表面的损伤层厚度,2019/4/23,4,二、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）,2019/4/23,5,一、超声波法缺陷检测原理 假设混凝土中有一处缺陷，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

3、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。,2019/4/23,6,二、超声波法声学参数的变化 声时（波速） 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。,2019/4/23,7,上

4、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。,2019/4/23,8,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。,2019/4/23,9,主频（频谱） 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

5、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。,2019/4/23,10,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。,2019/4/23,11,二、超声法检测的基本原理,（二）声学参数 1. 声速 弹性模量,

6、孔隙率,密实度,声速 强度，声速 混凝土内部有缺陷(孔洞、蜂窝)，声速 超声波穿过裂缝传播，声速 声速可以反映混凝土的性能与内部情况,2019/4/23,12,二、超声法检测的基本原理,2. 振幅 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 强度，振幅 内部有缺陷、裂缝，振幅 振幅与仪器性能、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,2019/4/23,13,二、超声法检测的基本原理,3. 频率 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 测距越远，高频成分衰减越多 混凝土内部

7、缺陷及裂缝使主频下降 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 各频率成分通过频谱分析取得,2019/4/23,14,二、超声法检测的基本原理,4. 波形 显示屏上显示的接收波波形 直达波、反射波、绕射波、纵波、横波、表面波等的综合反映 波形分析常集中于波前部的纵波 目前对波形的研究只能作一般的观察、记录,2019/4/23,15,二、超声法检测的基本原理,5. 声速的测量方法 v=l/t, l为测距，t为声时 5.1 测距的测量方法 对测时，钢卷尺测量T、R间距离 平测时，钢卷尺测量T、R间净距离 5.2 声

8、时的测读方法 游标测读 自动关门,适用于信号较强时测量 计算机自动寻找,2019/4/23,16,二、超声法检测的基本原理,5.3 零读数t0的标定方法 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，t=t1-t0 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 长短测距法，适用各类平面换能器t0标定 标准棒法,2019/4/23,17,二、超声法检测的基本原理,6. 振幅的测量方法 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 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

9、高度，此时从衰减器读得的dB值即为首波幅度的指标,2019/4/23,18,二、超声法检测的基本原理,7. 频率的测量方法 测量周期法 f=1/4(t2-t1) =1/2(t3-t2) =1/(t4-t2) 一般取前一、二个周期的波形,2019/4/23,19,三、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 只有一个表面可供超声检测 裂缝深度不大于500mm,2019/4/23,20,三、超声波法检测混凝土缺陷,1.2 检测步骤： 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

10、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=b,2019/4/23,21,三、超声波法检测混凝土缺陷,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 第三步，计算：裂缝深度按下式计算,2019/4/23,22,三、超声波法检测混凝土缺陷,1.3 裂缝深度的确定 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 无反相，则将剔除li3mhc数据，取余下的hci的平均

11、值 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（4050） 裂缝中不得有水或泥浆充填,2019/4/23,23,三、超声波法检测混凝土缺陷,2. 斜测法 2.1 适用范围 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 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,2019/4/23,24,三、超声波法检测混凝土缺陷,3. 钻孔测法 3.1 适用范围 大体积混凝土，裂缝深度大于500mm 被测混凝土允许在裂缝两侧钻测试孔,2

12、019/4/23,25,三、超声波法检测混凝土缺陷,3.2 钻孔要求 孔径大于换能器直径510mm 测孔深度应大于裂缝深度600800mm 对应的两个测孔应始终位于裂缝两侧，且平行 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 孔中粉末碎屑应清理干净 横向测孔的轴线应具在一定的倾斜角 宜在裂缝一侧多钻一个孔距相同但较浅的孔,2019/4/23,26,三、超声波法检测混凝土缺陷,3.3 测试方法 测试孔注满清水，将T、R置于裂缝同侧的B、C孔中 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 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

13、和换能器所处深度,2019/4/23,27,三、超声波法检测混凝土缺陷,3.4 裂缝深度判定 主要以波幅测值作为判据 绘制深度-波幅坐标图 波幅最大并基本保持稳定位置即对应裂缝深度,2019/4/23,28,三、超声波法检测混凝土缺陷,3.5 裂缝末端位置的判定 采用斜测法 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 AB、CD两条测线的连线交点便是裂缝的末端位置,2019/4/23,29,三、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 结构被测部位有两对互相平行表面 在测区的两对平行表面上，画10

14、0300mm网格并逐点编号,测量对应测点的声时、波幅和频率,2019/4/23,30,三、超声波法检测混凝土缺陷,1.2 平面斜测 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,2019/4/23,31,三、超声波法检测混凝土缺陷,1.3 钻孔测法 适用于大体积混凝土 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,耦合：测孔用清水，侧面用黄油 测量同一高度或同步高度差的声时、波幅或频率,2019/4/23,32,三、超声波法检测混凝土缺陷,2. 不密实区和空洞的判定 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 异

15、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）,2019/4/23,33,三、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,2019/4/23,34,三、超声波法检测混凝土缺陷,2.2 异常值的判别 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 以x0= mt+1St为异

16、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tn+1放进去统计和判别，其余类推,2019/4/23,35,三、超声波法检测混凝土缺陷,用声速、波幅或频率进行统计判断。将测区各测点的声速、波幅或主频值按大小顺序排列，x1 x2x3 xn，视排在后面明显小的数为可疑值，将可疑值中最大的一个数同其前面的数进行平均值（mx）和标准差（Sx）的统计。 以X0= mx-1Sx为异常值的临界值,当参与统计的可疑值xnX0时，则xn及排列于其后的数均为异常值，再将x1xn-1进行统计判断，直至判不出异常值为止。若xnX0时，再将xn+1放进去统计和判别，其余类推,2019/4/23,36,三、超声波法检测混凝土缺陷,相邻测点异常的临界值，按下式进行统计判断。 X0= mx-2Sx 或 X0= mx-3Sx 1、2、3与测点数量有关，查规范表可得。 2