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1、土木工程检测技术-超声法检测混凝土缺陷Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望1 1 混凝土缺陷的特征波形混凝土缺陷的特征波形v声时、幅度、频率等，都是表征混凝土质量的超声参数声时、幅度、频率等，都是表征混凝土质量的超声参数v检测时主要测试参数是声时，原因如下：检测时主要测试参数是声时，原因如下：v相对幅度、频率而言，混凝土的声速不易受换能器性质、相对幅度、频率而言，混凝土的声速不易受换能器性质、耦合状态等因素的干扰。耦合状态等因素的干扰。v超声幅度除了与超声波在混凝土中的衰
2、减有关外，还与超声幅度除了与超声波在混凝土中的衰减有关外，还与换能器与混凝土测试面之间的耦合状况有关。另外测试换能器与混凝土测试面之间的耦合状况有关。另外测试时耦合作用力的细微变化都足以造成首波幅度的大大波时耦合作用力的细微变化都足以造成首波幅度的大大波动，而测试人员按压换能器的压力大小在测试过程难以动，而测试人员按压换能器的压力大小在测试过程难以保证统一。保证统一。v频率则与换能器频率相关，同时存在检测较繁琐等原因，频率则与换能器频率相关，同时存在检测较繁琐等原因，因此一般不单独将频率作为主要参数。因此一般不单独将频率作为主要参数。v但是，首波幅度、频率与声时综合起来，则称为超声波但是，首波
3、幅度、频率与声时综合起来，则称为超声波的波形，又是判断混凝土质量的主要依据。的波形，又是判断混凝土质量的主要依据。混凝土波形特征混凝土波形特征v正常混凝土的特征波形。图中正常混凝土的特征波形。图中t1、t2、t3、t4、t5分别是接收波第分别是接收波第一个周期的声时，一个周期的声时，t1为首波声首波声时，t2为1/4周期声周期声时，t3为半周期半周期声声时，t4为3/4周期声周期声时，t5为一周期一周期声时，通过测量这些声时差，声时，通过测量这些声时差，可以初步估算接收信号的频率可以初步估算接收信号的频率(精确计算需要进行频谱分析精确计算需要进行频谱分析)。正。正常混凝土特征波形的大致特点为：
4、常混凝土特征波形的大致特点为：首波前沿较陡；首波前沿较陡；首波幅首波幅度较高；度较高；波形比较饱满，接近于正弦波，随着绕射波的到达，波形比较饱满，接近于正弦波，随着绕射波的到达，后续波的幅度越来越大；后续波的幅度越来越大；频率较高，接近于发射波频率频率较高，接近于发射波频率(一般一般为换能器频率，混凝土检测采用的超声波频率一般在为换能器频率，混凝土检测采用的超声波频率一般在50300kHz)；通过声时计算得到的声速一般在通过声时计算得到的声速一般在40005000m/s。混凝土波形特征混凝土波形特征v正常混凝土的特征波形正常混凝土的特征波形v异常混凝土波形出现畸变，特征：异常混凝土波形出现畸变
5、，特征：首波前沿平缓；首波前沿平缓；首波幅度较低，首波幅度较低，有的甚至淹没在背景噪声中；有的甚至淹没在背景噪声中；波形波形不饱满，有时不能呈正弦波特征；不饱满，有时不能呈正弦波特征；频率很低，大大低于发射波频率；频率很低，大大低于发射波频率；通过声时计算得到的声速通常大大低通过声时计算得到的声速通常大大低于于4000m/s5000m/s。有的甚至低。有的甚至低于于1000m/s。混凝土波形实测图混凝土波形实测图v正常混凝正常混凝土波形土波形v异常混凝异常混凝土波形土波形v上图的异常混凝土波形常见于混凝土中夹杂上图的异常混凝土波形常见于混凝土中夹杂(如夹泥如夹泥)、孔洞、疏松、裂缝、分层、孔洞
6、、疏松、裂缝、分层(界面结合不良界面结合不良)等质量等质量缺陷中。但当换能器与混凝土之间耦合不良时缺陷中。但当换能器与混凝土之间耦合不良时(如混如混凝土表面不平整、混凝土与混凝土接触面存在泥沙、凝土表面不平整、混凝土与混凝土接触面存在泥沙、耦合剂不正常等情况耦合剂不正常等情况)，也会出现类似的波形，需要，也会出现类似的波形，需要根据经验判断，及时排除耦合不良造成的干扰。根据经验判断，及时排除耦合不良造成的干扰。v不同的缺陷有的波形也有一些差别，需要在实践中不同的缺陷有的波形也有一些差别，需要在实践中积累经验，不断总结。积累经验，不断总结。v还有一种异常情况即波形很正常，其基本特征与正常还有一种
7、异常情况即波形很正常，其基本特征与正常混凝土波形类似，唯一的问题是声速偏低，如在混凝土波形类似，唯一的问题是声速偏低，如在3000m/s3500m/s左右，而波形甚至比混凝土中还左右，而波形甚至比混凝土中还饱满，首波幅度很高。这种情况一般是超声波在缺少饱满，首波幅度很高。这种情况一般是超声波在缺少石子的砂浆中传播造成的，由于砂浆相当于混凝土而石子的砂浆中传播造成的，由于砂浆相当于混凝土而言，缺少石子，因此对超声波的散射衰减大大降低。言，缺少石子，因此对超声波的散射衰减大大降低。但砂浆的声速一般只有但砂浆的声速一般只有3500m/s左右，而砂浆的强度左右，而砂浆的强度偏低，无法满足承载能力要求，
8、因此检测中也应注意。偏低，无法满足承载能力要求，因此检测中也应注意。v总的来说，超声检测混凝土缺陷目前基本上停留在半总的来说，超声检测混凝土缺陷目前基本上停留在半定性的阶段，尚不能很好地区分缺陷类型，需要结合定性的阶段，尚不能很好地区分缺陷类型，需要结合工程实际来判断。工程实际来判断。2 2 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷v1 1）基本原理基本原理v超声法检测混凝土缺陷的基本原理就是，通过超声波在混凝土超声法检测混凝土缺陷的基本原理就是，通过超声波在混凝土中传播后发生的波形变化、利用声时、频率、波幅等参数的特中传播后发生的波形变化、利用声时、频率、波幅等参数的特征，来综合分析判断其内
9、部状况。征，来综合分析判断其内部状况。v超声波在混凝土中由于受到石子、气孔、微裂缝、钢筋等影响，超声波在混凝土中由于受到石子、气孔、微裂缝、钢筋等影响，会产生散射、绕射等过程，致使其传播方向改变会产生散射、绕射等过程，致使其传播方向改变(非直线传播非直线传播)，但由于测量时主要取首波，因此基本上还是认为在正常混凝，但由于测量时主要取首波，因此基本上还是认为在正常混凝土中，超声波沿近似直线的路径传播。当遇到缺陷时则绕射是土中，超声波沿近似直线的路径传播。当遇到缺陷时则绕射是主要的，因此导致了声速及波幅、频率均下降，波形产生畸变。主要的，因此导致了声速及波幅、频率均下降，波形产生畸变。在对缺陷进行
10、定位时，也是以超声在混凝土中的直线传播为假在对缺陷进行定位时，也是以超声在混凝土中的直线传播为假设前提的。设前提的。2 2）检测依据检测依据v超声波在混凝土缺陷检测中的应用，主要依据是超声波在混凝土缺陷检测中的应用，主要依据是超超声法检测混凝土缺陷技术规程声法检测混凝土缺陷技术规程(CECS 21:2000)，主，主要应用在：孔洞、疏松等内部缺陷检测、新旧混凝土要应用在：孔洞、疏松等内部缺陷检测、新旧混凝土结合面质量检测、裂缝深度检测、表面损伤层深度检结合面质量检测、裂缝深度检测、表面损伤层深度检测、钢管混凝土质量检测、声波透射法检测混凝土灌测、钢管混凝土质量检测、声波透射法检测混凝土灌注桩桩
11、身完整性等。注桩桩身完整性等。3 3）基本原则基本原则超声波优先选择最短路径超声波优先选择最短路径v即在超声传播路径周围，当存在不同介质时，根据不同介质的即在超声传播路径周围，当存在不同介质时，根据不同介质的声速差异，超声波总是优先选择最快到达的那一条路径，由于声速差异，超声波总是优先选择最快到达的那一条路径，由于钢筋中的纵波声速大大高于混凝土钢筋中的纵波声速大大高于混凝土(5900m/s)，因此，当超声，因此，当超声传播路径周围存在钢筋时，则超声波往往会从钢筋传播路径周围存在钢筋时，则超声波往往会从钢筋“短路短路”。为避免钢筋的影响，一般应使传播路径不与钢筋轴线平行或离为避免钢筋的影响，一般
12、应使传播路径不与钢筋轴线平行或离开钢筋约开钢筋约l/5l/6。同时，超声波的这种特性也是用来检测混凝。同时，超声波的这种特性也是用来检测混凝土表层损伤深度、裂缝深度等的一个依据。当混凝土是均质的土表层损伤深度、裂缝深度等的一个依据。当混凝土是均质的时候，一般认为超声波在混凝土中是直线传播的。因此，当检时候，一般认为超声波在混凝土中是直线传播的。因此，当检测混凝土结合质量时，就必须让超声波穿过结合面，为此常常测混凝土结合质量时，就必须让超声波穿过结合面，为此常常必须采用斜测法等必须采用斜测法等。正常混凝土的超声参数基本上符合正态分布：正常混凝土的超声参数基本上符合正态分布：v这是判断混凝土中是否
13、存在异常测点的主要依据。这种方法也这是判断混凝土中是否存在异常测点的主要依据。这种方法也叫叫“概率法概率法”，是混凝土缺陷检测中最常用的判据，即混凝土，是混凝土缺陷检测中最常用的判据，即混凝土的超声声速等各参数基本在其平均值附近，当出现偏离平均值的超声声速等各参数基本在其平均值附近，当出现偏离平均值较大的值时，则可判断其为异常值。异常值判定值的大小与测较大的值时，则可判断其为异常值。异常值判定值的大小与测点数有关，也与被测混凝土本身的质量波动点数有关，也与被测混凝土本身的质量波动(标准差标准差)有关。必有关。必须指出的是，仅当测距可以准确测量的前提下这一假设才能成须指出的是，仅当测距可以准确测
14、量的前提下这一假设才能成立，这就意味着对于预埋声测管进行声波透射法检测的灌注桩，立，这就意味着对于预埋声测管进行声波透射法检测的灌注桩，由于测距实际上是变化的由于测距实际上是变化的(因为声测管总是难免在埋设后产生因为声测管总是难免在埋设后产生扭曲扭曲)，因此一般不采用这种数理统计的方法判断异常部位，因此一般不采用这种数理统计的方法判断异常部位，其判据另外介绍。同时，进行数理统计的超声参量一般是声时其判据另外介绍。同时，进行数理统计的超声参量一般是声时或声速，较少采用频率、波幅等参数。或声速，较少采用频率、波幅等参数。4）基本方法基本方法v根据构件的几何外形、大小以及现场条件根据构件的几何外形、
15、大小以及现场条件(所能布置所能布置的检测面的检测面)、测试面状况、缺陷类型等，选择不同的、测试面状况、缺陷类型等，选择不同的测试方法。常用的有：测试方法。常用的有：v采用平面换能器测试时采用平面换能器测试时(厚度振动换能器厚度振动换能器)v优先采用对测法：当被测部位具有相互平行的相优先采用对测法：当被测部位具有相互平行的相对的测试面时，应优先选择对测法。此时收发换能对的测试面时，应优先选择对测法。此时收发换能器位于两个相对测试面，超声测线垂直于测试面，器位于两个相对测试面，超声测线垂直于测试面，接收波的波前正对接收探头，接收信号强度是所有接收波的波前正对接收探头，接收信号强度是所有方法中最大的
16、，因此最容易进行结果判断。方法中最大的，因此最容易进行结果判断。v其次选择斜测法：斜测法有两种，一种是指两个检测面相其次选择斜测法：斜测法有两种，一种是指两个检测面相交交(检测面相邻检测面相邻)，两个探头在丁角进行测试；一种是指两个，两个探头在丁角进行测试；一种是指两个相对的测试面，但两个探头轴线与被测面形成不等于相对的测试面，但两个探头轴线与被测面形成不等于90的的角度，如果测试面是垂直于地面的角度，如果测试面是垂直于地面的(这种情况是常见的这种情况是常见的)，那，那么探头轴线则非水平，常用于新旧混凝土接合面质量检测，么探头轴线则非水平，常用于新旧混凝土接合面质量检测，目的是使得超声波能穿过
17、接缝。目的是使得超声波能穿过接缝。v平测法：当被测部位仅有一个测试面时，采用此方法，即平测法：当被测部位仅有一个测试面时，采用此方法，即发射、接收探头位于同一个测试面，此时一般必须将两个探发射、接收探头位于同一个测试面，此时一般必须将两个探头的间距进行等距离变化测得一组数据，根据测点间距与声头的间距进行等距离变化测得一组数据，根据测点间距与声时的线性关系变化来进行判断。一般用于混凝土表面损伤深时的线性关系变化来进行判断。一般用于混凝土表面损伤深度测试、裂缝深度测试等。度测试、裂缝深度测试等。v钻孔、预埋管检测钻孔、预埋管检测(采用径向振动式换能器采用径向振动式换能器)v管管(孔孔)中对测：适用
18、于灌注桩以及大体积混凝土。灌注桩中中对测：适用于灌注桩以及大体积混凝土。灌注桩中预埋预埋2根以上声测管，采用柱状径向振动式换能器进行检测是根以上声测管，采用柱状径向振动式换能器进行检测是目前常规检测方法之一。除此之外，对于大体积混凝土，由于目前常规检测方法之一。除此之外，对于大体积混凝土，由于测距太大，无法直接在两个相对面直接测试测距太大，无法直接在两个相对面直接测试(比如大底板比如大底板)，或，或者浇注侧面均被遮挡、隐蔽无法布置测点者浇注侧面均被遮挡、隐蔽无法布置测点(比如大底板比如大底板)，也可，也可采用预埋声测管或者钻孔的办法进行检测。测试时两个探头位采用预埋声测管或者钻孔的办法进行检测
19、。测试时两个探头位于同一高度，同步提升。于同一高度，同步提升。v管管(孔孔)中斜测：上述构件中，当存在水平缺陷，对测有可能中斜测：上述构件中，当存在水平缺陷，对测有可能漏测漏测(比如水平裂缝比如水平裂缝)，此时可将两个探头取不同高度进行斜测，此时可将两个探头取不同高度进行斜测，探头同步提升探头同步提升。v孔中平测：将一对径向振动式探头或者一发双收探头置于孔中平测：将一对径向振动式探头或者一发双收探头置于同一个测孔中同一个测孔中(声测管不用此法声测管不用此法)，测试孔壁周边混凝土状况。，测试孔壁周边混凝土状况。较少采用。较少采用。v混合检测：同时采用柱状径向换能器和平面式换能器进行混合检测：同时
20、采用柱状径向换能器和平面式换能器进行检测，孔中放径向换能器，侧面布置平面换能器。比较少用。检测，孔中放径向换能器，侧面布置平面换能器。比较少用。3 3 超声检测影响因素超声检测影响因素v耦合状态：所谓耦合状态：所谓“耦合耦合”，是指让超声波探头和被测混凝，是指让超声波探头和被测混凝土表面密切接触，尽量避免能量损失。对于平面探头，虽然土表面密切接触，尽量避免能量损失。对于平面探头，虽然探头面和混凝土测试面都是平的，但是实际上混凝土和探头探头面和混凝土测试面都是平的，但是实际上混凝土和探头表面都有无数肉眼无法观察到的凹凸，里面存在空气，如果表面都有无数肉眼无法观察到的凹凸，里面存在空气，如果直接进
21、行测试会导致超声能量被这些表面的凹凸部位中的空直接进行测试会导致超声能量被这些表面的凹凸部位中的空气吸收衰减，大大影响超声穿透能力，因此必须采用黄油、气吸收衰减，大大影响超声穿透能力，因此必须采用黄油、凡士林等糊状物来填补混凝土测试面与探头接触面之间的空凡士林等糊状物来填补混凝土测试面与探头接触面之间的空隙，形成良好的耦合。对于柱状径向探头，采用水进行耦合，隙，形成良好的耦合。对于柱状径向探头，采用水进行耦合，因此柱状径向探头具有水密性的指标要求，因此柱状径向探头具有水密性的指标要求，0.4MPa下不允下不允许漏水。许漏水。v钢筋：超声波在钢中的传播速度钢筋：超声波在钢中的传播速度(纵波声速一
22、般为纵波声速一般为5.9km/s左右左右)大大高于混凝土大大高于混凝土(纵波声速一般为纵波声速一般为4.0km/s5.0km/s)，如果在超声传播路径上或其周围存在钢筋，则会有部分或，如果在超声传播路径上或其周围存在钢筋，则会有部分或者大部分超声信号沿着钢筋传播而且比在混凝土中传播的信者大部分超声信号沿着钢筋传播而且比在混凝土中传播的信号先到达接收探头，从而导致检测到的声时值偏小，这叫做号先到达接收探头，从而导致检测到的声时值偏小，这叫做“视声时视声时”，即实验观察到的声时，它是受到干扰的不准确，即实验观察到的声时，它是受到干扰的不准确的声时。这样会导致计算出来的声速偏大，增加检测方风险。的声
23、时。这样会导致计算出来的声速偏大，增加检测方风险。v水分：水分填充了混凝土中的孔隙，混凝土孔隙中的空气水分：水分填充了混凝土中的孔隙，混凝土孔隙中的空气被水取代，由于水的超声波速度和阻抗比空气大得多，和空被水取代，由于水的超声波速度和阻抗比空气大得多，和空气相比，超声波在水中传播的速度大，衰减小，因此如果混气相比，超声波在水中传播的速度大，衰减小，因此如果混凝土中的缺陷被水分填充，将会造成超声传播的凝土中的缺陷被水分填充，将会造成超声传播的“水短路水短路”，导致缺陷判别的困难。，导致缺陷判别的困难。4 4 混凝土裂缝深度检测混凝土裂缝深度检测被测裂缝中不得有积水或泥浆被测裂缝中不得有积水或泥浆
24、v1）单面平测）单面平测v适用于结构只有一个表面可供测试时，如混凝土路面、地下适用于结构只有一个表面可供测试时，如混凝土路面、地下室剪力墙、飞机跑道、大体积混凝土等。最大检测深度为室剪力墙、飞机跑道、大体积混凝土等。最大检测深度为500mm。v平测裂缝如上图所示，基于下列的假设：平测裂缝如上图所示，基于下列的假设：v裂缝附近混凝土质量基本一致裂缝附近混凝土质量基本一致(声速基本相等声速基本相等)；v跨缝声速和不跨缝声速一致；跨缝声速和不跨缝声速一致；v超声波绕过裂缝尖端传播。超声波绕过裂缝尖端传播。v根据上述假设，通过上图的几何关系，可以推导出根据上述假设，通过上图的几何关系，可以推导出裂缝深
25、度的计算公式如下：裂缝深度的计算公式如下：v测点布置如下图所示。注意测距是测量两个换能器测点布置如下图所示。注意测距是测量两个换能器的内边缘距离。的内边缘距离。v在跨缝和不跨缝处均布置等间距测点，跨缝检测时测在跨缝和不跨缝处均布置等间距测点，跨缝检测时测点应在裂缝两侧对称分布，将不跨缝处测点声时读数点应在裂缝两侧对称分布，将不跨缝处测点声时读数作图，取其斜率为不跨缝处声速。在裂缝深度的平测作图，取其斜率为不跨缝处声速。在裂缝深度的平测法检测中，跨缝检测时常会遇到如下图所示的首波法检测中，跨缝检测时常会遇到如下图所示的首波“反相反相”现象。现象。v大量的实验室研究和工程检测表明，单面平测法检测裂
26、缝深度大量的实验室研究和工程检测表明，单面平测法检测裂缝深度时，当测距从大变小的过程中，存在这样一个临界点，首波开时，当测距从大变小的过程中，存在这样一个临界点，首波开始反相，低于这个测距后，首波基本上都是反相的。有个比较始反相，低于这个测距后，首波基本上都是反相的。有个比较简便的近似关系是，首波反相的临界点测距简便的近似关系是，首波反相的临界点测距l=2hc，也有观点，也有观点认为裂缝较深的时候认为裂缝较深的时候l=hc。规范。规范CECS 21:2000是规定：在发是规定：在发现反相的临界点，取该测距及其两个相邻测距的测量值计算裂现反相的临界点，取该测距及其两个相邻测距的测量值计算裂缝深度
27、后进行平均。当无法观察到首波反相时，则对每个测距缝深度后进行平均。当无法观察到首波反相时，则对每个测距计算裂缝深度，然后计算所有测点裂缝深度平均值，剔除其中计算裂缝深度，然后计算所有测点裂缝深度平均值，剔除其中小于平均值测距下的测试数据，以及大于小于平均值测距下的测试数据，以及大于3倍平均值的测试数倍平均值的测试数据，然后重新计算平均值作为裂缝深度计算值。据，然后重新计算平均值作为裂缝深度计算值。v当检测楼板、剪力墙等结构构件时，注意测点布置应保证超声当检测楼板、剪力墙等结构构件时，注意测点布置应保证超声传播路线和钢筋分布尽量呈传播路线和钢筋分布尽量呈45夹角，以避开钢筋影响。夹角，以避开钢筋
28、影响。2）裂缝双面斜测）裂缝双面斜测v单面平测法的前提条件是超声波绕过裂缝尖端传播。单面平测法的前提条件是超声波绕过裂缝尖端传播。当裂缝尖端存在水分、尘土颗粒等杂质时，或者裂当裂缝尖端存在水分、尘土颗粒等杂质时，或者裂缝局部被水分、尘土颗粒等填充时，会成为超声传缝局部被水分、尘土颗粒等填充时，会成为超声传播的通道，因此导致深度测试的误差播的通道，因此导致深度测试的误差(使裂缝深度偏使裂缝深度偏小小)。因此，当结构具有两个相互平行的可测面时，。因此，当结构具有两个相互平行的可测面时，优先选择双面斜测法。如下图所示。优先选择双面斜测法。如下图所示。v根据波幅、声时和主频的突变来判定超声波是否穿根据
29、波幅、声时和主频的突变来判定超声波是否穿过裂缝传播，可以判断裂缝是否贯通截面。过裂缝传播，可以判断裂缝是否贯通截面。3）钻孔检测裂缝深度）钻孔检测裂缝深度v钻孔对测法适用于大体积混凝土，预计深度在钻孔对测法适用于大体积混凝土，预计深度在500mm以上以上的裂缝检测，需要在被测混凝土上钻孔。钻孔有如下要求：的裂缝检测，需要在被测混凝土上钻孔。钻孔有如下要求：v孔径应大于换能器直径孔径应大于换能器直径5mm10mm；v孔深应超过预计裂缝深度孔深应超过预计裂缝深度700mm，可初测后补钻；，可初测后补钻；vA、B两个测孔必须始终位于裂缝两侧两个测孔必须始终位于裂缝两侧(对于斜裂缝要注意对于斜裂缝要注
30、意)，且测孔应保持平行；，且测孔应保持平行；v测孔间距测孔间距AB、BC宜为宜为2m左右，且左右，且AB=BC；v孔中粉末碎屑必须清除干净；孔中粉末碎屑必须清除干净；v必须在跨缝的必须在跨缝的AB和不跨缝的和不跨缝的BC两条连线上分别进行测试。两条连线上分别进行测试。C孔可浅些，以便于将跨缝和不跨缝测试数据加以对比。孔可浅些，以便于将跨缝和不跨缝测试数据加以对比。 钻孔检测裂缝示意图钻孔检测裂缝示意图工程实例工程实例v一般选择一般选择20kHz60kHz的径向振动式换能器，测的径向振动式换能器，测试前先向测孔中注满清水，径向换能器以试前先向测孔中注满清水，径向换能器以(100400)mm的测距
31、同步移动，读取各深度的声时、波的测距同步移动，读取各深度的声时、波幅等读数，绘制深度幅等读数，绘制深度-波幅以及深度波幅以及深度-声时曲线，如声时曲线，如图图25(C)所示。一般波幅对裂缝较为敏感，当波幅稳所示。一般波幅对裂缝较为敏感，当波幅稳定在较大的数值后，可认为已经超过裂缝尖端了，定在较大的数值后，可认为已经超过裂缝尖端了，通过图通过图25(C)的拐点可确定裂缝深度。的拐点可确定裂缝深度。5 5 不密实区和空洞检测不密实区和空洞检测v不密实区是指因振捣不足、漏浆、石子架空等原因造成的蜂不密实区是指因振捣不足、漏浆、石子架空等原因造成的蜂窝状缺陷，或者因水泥缺少而形成的松散状以及遭受意外损
32、窝状缺陷，或者因水泥缺少而形成的松散状以及遭受意外损伤造成的疏松状混凝土区域。不密实区和空洞检测要求检测伤造成的疏松状混凝土区域。不密实区和空洞检测要求检测部位必须具有一对或两对相互平行的测试面。检测的时候，部位必须具有一对或两对相互平行的测试面。检测的时候，应在同条件的正常混凝土上进行对比测试，对比测点数不得应在同条件的正常混凝土上进行对比测试，对比测点数不得少于少于20点。点。v根据被测构件的实际情况，选择下列方法之一进行检测：根据被测构件的实际情况，选择下列方法之一进行检测：v1）对测法：适用于构件具有两对相互平行的测试面。如下）对测法：适用于构件具有两对相互平行的测试面。如下图所示。图
33、所示。对测法示意图对测法示意图v(a)平面图平面图 (b)立面图立面图 v2）斜测法：）斜测法：v当只有一对相互平行测试面时，可采用斜测、对测结合的方法，当只有一对相互平行测试面时，可采用斜测、对测结合的方法，如下图所示。如下图所示。v斜测的目的在于能发现水平走向的缺陷。斜测的目的在于能发现水平走向的缺陷。v3）钻孔法：）钻孔法：v当测距较大时，可采用钻孔或预埋管法。当测距较大时，可采用钻孔或预埋管法。v一般测距大于一般测距大于2m3m以上时采用此方法，钻孔内采用径向换以上时采用此方法，钻孔内采用径向换能器，侧壁采用平面换能器。钻孔间距也不得大于能器，侧壁采用平面换能器。钻孔间距也不得大于3m
34、，孔径要，孔径要比换能器直径大比换能器直径大5mm10mm，孔中注满清水。可以用径向换，孔中注满清水。可以用径向换能器和平面换能器结合成收发换能器对进行检测。能器和平面换能器结合成收发换能器对进行检测。（a）平面图）平面图 (b)立面图立面图v测试中，必须在测试部位弹画网格线，网格间距一测试中，必须在测试部位弹画网格线，网格间距一般为般为(100300)mm，测试部位表面必须清理干净、，测试部位表面必须清理干净、必要时打磨平整。如果存在缺陷，可以采用高强度必要时打磨平整。如果存在缺陷，可以采用高强度快凝砂浆抹平，干后测试。快凝砂浆抹平，干后测试。v测试前必须涂耦合剂，一般耦合剂为黄油或者凡士测
35、试前必须涂耦合剂，一般耦合剂为黄油或者凡士林。钻孔测试时注满清水耦合。测试前必须准确量林。钻孔测试时注满清水耦合。测试前必须准确量测超声测距，精确至测超声测距，精确至1%。v对于缺陷的判断，主要是采用数理统计，认为超声参数符合对于缺陷的判断，主要是采用数理统计，认为超声参数符合正态分布，将各测点的波幅、声速或主频值等超声正态分布，将各测点的波幅、声速或主频值等超声参数参数Xi由由大到小按大到小按顺序排列，将排在后面的明序排列，将排在后面的明显小的数据小的数据视为可疑，可疑，再将再将这些可疑数据中最大的一个些可疑数据中最大的一个Xn其前面的数据其前面的数据计算平均算平均值、标准差，并按下式准差，
36、并按下式计算异常情况判断算异常情况判断值：X0=mx-1Sx v将将X0同同Xn进行比行比较，如果，如果XnX0，则Xn及排列其后的数据均及排列其后的数据均为异常异常值，并且去掉，并且去掉Xn ，对X1 Xn1 再次再次进行行计算和判算和判别，直至比直至比较的的结果没有异常果没有异常值为止。当止。当Xn X0时，则应将，则应将Xn +1放进去重新进行计算和判别。放进去重新进行计算和判别。例题例题v采用超声法进行构件混凝土密实性检测，经过计算得到的声速采用超声法进行构件混凝土密实性检测，经过计算得到的声速数据如下表数据如下表1所示，请根据表所示，请根据表2所提供的所提供的1值分析判断是否存值分析
37、判断是否存在异常测点？如果有请将它们一一找出来。在异常测点？如果有请将它们一一找出来。 测点 声速(km/s) 测点声速(km/s)测点声速(km/s)14.5694.55174.5324.47104.49184.6234.45114.46194.5244.49124.23204.2554.63134.32214.3264.54144.49224.5674.57154.48234.4784.48164.51244.45例题例题v表表2v解：解：v(1)24个测点声速平均值、标准差：个测点声速平均值、标准差： n2022242611.651.691.731.77例题例题vN=24，查表2得1=1
38、.73v声速异常值判定值vv0=mv-1Sv=4.48-1.730.10=4.31km/sv比较得v12=4.23km/sv0=4.31km/s，v20=4.25km/sv0=4.31km/s，故测点12和测点20为异常测点。v(2)剔除该2个测点后，继续计算剩余22个测点的声速平均值、标准差：例题例题vN=22，查表，查表2得得1=1.69v 声速异常值判定值声速异常值判定值vv0=mv-1Sv=4.50-1.690.08=4.36km/sv比较得比较得v13=4.32km/sv0=4.36km/s，v21=4.32km/sv0=4.44km/s，故再无异常值。，故再无异常值。混凝土结合面质
39、量检测混凝土结合面质量检测v所谓混凝土结合面系指前后两次浇注的混凝土之间所谓混凝土结合面系指前后两次浇注的混凝土之间形成的接触面，常见的有：梁柱节点施工缝、混凝形成的接触面，常见的有：梁柱节点施工缝、混凝土修补部位、混凝土加大截面法加固部位等。土修补部位、混凝土加大截面法加固部位等。v可以根据结合面形状选择对测法和斜测法，如下图可以根据结合面形状选择对测法和斜测法，如下图所示。检测中超声信号必须穿过结合面传播，同时所示。检测中超声信号必须穿过结合面传播，同时必须有在完好混凝土中传播的数据作为对比。检测必须有在完好混凝土中传播的数据作为对比。检测数据可以按照数据可以按照“不密实区和空洞检测不密实
40、区和空洞检测”的方法进的方法进行处理、判断。行处理、判断。混凝土结合面质量检测示意图混凝土结合面质量检测示意图6 6 表面损伤层检测表面损伤层检测v混凝土表面损伤层主要指冻害、化学侵蚀、高温损伤混凝土表面损伤层主要指冻害、化学侵蚀、高温损伤(如火灾如火灾)等造成的混凝土表层出现疏松、开裂、剥落等现象。等造成的混凝土表层出现疏松、开裂、剥落等现象。 v混凝土表面损伤层厚度检测混凝土表面损伤层厚度检测 损伤层检测损伤层检测“时时-距距”图图v将发射、接收换能器置于被测的混凝土损伤表面同一侧，发射将发射、接收换能器置于被测的混凝土损伤表面同一侧，发射换能器不动，接收换能器逐渐远离换能器不动，接收换能
41、器逐渐远离(测距增大测距增大)，测距以两换能，测距以两换能器之间的内边距计算。器之间的内边距计算。v由于混凝土损伤后声速下降，同时假设损伤层声速是不变的，由于混凝土损伤后声速下降，同时假设损伤层声速是不变的，则当测距较小时，超声波从损伤层传播的时间比绕过损伤层而则当测距较小时，超声波从损伤层传播的时间比绕过损伤层而从下部正常混凝土传播的时间短，则超声波主要从损伤层传播；从下部正常混凝土传播的时间短，则超声波主要从损伤层传播；v随着测距的增大，则由于损伤层声速比正常混凝土大大降低，随着测距的增大，则由于损伤层声速比正常混凝土大大降低，则超声波从正常混凝土传播的时间比从表层损伤层传播的时间则超声波
42、从正常混凝土传播的时间比从表层损伤层传播的时间短。短。v将检测得到的声时将检测得到的声时测距作图，则从理论上，会出现前几个测测距作图，则从理论上，会出现前几个测点形成一条直线，后几个测点形成另一条直线，其斜率是不同点形成一条直线，后几个测点形成另一条直线，其斜率是不同的，如上图所示，前几个测点组成的直线斜率较小的，如上图所示，前几个测点组成的直线斜率较小(声速较小声速较小)，后一条直线斜率较大，后一条直线斜率较大(声速较大声速较大)，通过回归或平均计算等方，通过回归或平均计算等方法，分别求出两段直线的斜率法，分别求出两段直线的斜率(即不同层的声速即不同层的声速)，代入下式即，代入下式即可计算出损伤层深度：可计算出损伤层深度：
