超声法检测混凝土缺陷优秀PPT.ppt

超声法检测混凝土缺陷后勤工程检测中心后勤工程检测中心 葛增超葛增超一、概述o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o检测目的：查明混凝土缺陷的性质、范围及尺寸o检测方法：o机械波法：超声脉冲波、冲击脉冲波、声放射o穿透幅射法：x射线、射线、中子流一、概述o超声法定义o 指接受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、波幅和主频等声学参数，并依据这些参数及其相对变更分析推断混凝土缺陷的方法o在混凝土检测中的应用o非破损检测混凝土内部的空洞、离析o检测混凝土裂缝的深度o检测混凝土接触面的结合质量o检测混凝土表面的损伤层厚度二、超声法检测的基本原理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更，来判定混凝土的缺陷。（注：技术条件相同：指混凝土的原材料、协作比、龄期和测试距离一样）二、超声法检测的基本原理超声法检测的基本原理（二）声学参数1.声速弹性模量,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状况二、超声法检测的基本原理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、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）下相对比较用二、超声法检测的基本原理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（FFT）二、超声法检测的基本原理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探讨只能作一般的视察、记录二、超声法检测的基本原理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找寻二、超声法检测的基本原理超声法检测的基本原理5.3 5.3 零读数零读数t0t0的标定方法的标定方法仪器显示时间仪器显示时间t1t1包含超声波在被测物体中传包含超声波在被测物体中传播时间播时间t t、延迟时间（电延迟、电声转换、延迟时间（电延迟、电声转换、声延迟）声延迟）t0t0，t=t1-t0t=t1-t0干脆相对法，适用于作为精度要求不高或测干脆相对法，适用于作为精度要求不高或测距较大状况下，夹心式换能器的距较大状况下，夹心式换能器的t0t0标定标定长短测距法，适用各类平面换能器长短测距法，适用各类平面换能器t0t0标定标定标准棒法标准棒法二、超声法检测的基本原理超声法检测的基本原理6.振幅的测量方法直读法：固定放射电压、衰减器刻度及增益值，干脆读取首波波谷（峰）距水平刻线的高度衰减器法：固定放射电压、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二、超声法检测的基本原理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一般取前一、二个周期的波形三、超声波法检测混凝土缺陷（一）混凝土裂缝深度检测（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500mm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，绘制“时-距”坐标图，或用回来分析求出：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三、超声波法检测混凝土缺陷l其次步，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更l第三步，计算：裂缝深度按下式计算三、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，当在某测距发觉首波反相时，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的平均值当有钢筋穿过裂缝时，换能器须离开钢筋确定距离或将T、R连线与钢筋轴线形成确定角度（4050）裂缝中不得有水或泥浆充填三、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、倾斜角一样，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确定的倾斜角宜在裂缝一侧多钻一个孔距相同但较浅的孔三、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三、超声波法检测混凝土缺陷3.5 裂缝末端位置的判定接受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（二）混凝土不密实区和空洞检测1.测试方法测试方法1.1 平面对测平面对测结构被测部位有两对相互平行表面结构被测部位有两对相互平行表面在测区的两对平行表面上，画在测区的两对平行表面上，画100300mm网格并逐点编号网格并逐点编号l测量对应测点的声时、波幅和频率三、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，孔深依据测试要求确定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样值的判别方法：依据概率统计理论确定，即置信范围（mx1Sx)以外的观测值为异样值，同时应避开观测失误造成数据异样（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）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三、超声波法检测混凝土缺陷2.2 异样值的判别当测区各测点的测距相同时，可干脆用声时进行统计推断。将各测点声时值ti按大小依次排列，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为异样值的临界值，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样值，再将t1tn-1进行统计推断，直至判不出异样值为止。若tnX0时，再将xn+1放进去统计和判别，其余类推三、超声波法检测混凝土缺陷l相邻测点异样的临界值，按下式进行统计推断。l X0=mx-2Sx 或l X0=mx-3Sxl 1、2、3与测点数量有关，查规范表可得。l2.3 不密实混凝土和空洞范围的判定l依据异样测点的分布及波形态况判定混凝土内部存在不密实区和空洞的范围l留意：波幅测量值虽然对缺陷的反映很敏感，但由于受声耦合状态的影响较大，简洁产生误判和漏判三、超声波法检测混凝土缺陷3.混凝土内部空洞尺寸的估算3.1 设空洞位于放射和接收换能器的正中心 适用于只有一对可供测试的表面时，按下式估算空洞半径：三、超声波法检测混凝土缺陷3.2 设空洞位于放射和接收换能器连线的随意位置 适用于有两对可供测试的表面时。设X=(th-tm)/tm，Y=lh/l，Z=r/l，则可依据X、Y值，由表C.0.1查得Z值，再计算空洞的大致半径r三、超声波法检测混凝土缺陷（三）混凝土结合面质量检测（三）混凝土结合面质量检测1.测试方法测试方法有对测法和斜测法两种，测点布置要求：有对测法和斜测法两种，测点布置要求：使测试范围覆盖全部结合面或有怀疑的部位使测试范围覆盖全部结合面或有怀疑的部位各对换能器连线应接受穿过和不穿过结合面各对换能器连线应接受穿过和不穿过结合面布置布置l各对换能器连线的倾斜角、测距应相等l测点间距100300mml测试各对测点的声时、波幅、主频值三、超声波法检测混凝土缺陷2.数据处理及判定测点数足够，仍用统计方法判定测点数不足，或数据较离散，可用通过结合面的声速、波幅值与不通过结合面的声速、波幅值比较，显著低者，可判为异样测点被判为异样值的测点，查明无其他缘由影响时，可判定这些部位的新老混凝土结合不良三、超声波法检测混凝土缺陷3.实例依据声时判别结果，t3、t4、t8、t9、t12、t15为异样值依据波幅统计和判别结果，A1、A3、A4、A8、A9、A12、A15为异样值三、超声波法检测混凝土缺陷（四）表层损伤层检测（四）表层损伤层检测1.测试原理 当T、R换能器间距较近时，脉冲波首先沿损伤层到达R，此时测得的为损伤层混凝土声速。当T、R换能器间距较大时，脉冲波透过损伤层沿未损伤层到达R，此时测得的为未损伤层混凝土声速。必有一测距l0，脉冲波穿过损伤层与未损伤层到达R的时间相同。据此建立方程求得hf三、超声波法检测混凝土缺陷2.测试方法 T耦合好保持不动，然后将R依次耦合在间距为30mm的测点1、2、3、位置上，读取相应的声时值t1、t2、t3、，并测量每次T、R内边缘之间的距离l1、l2、l3、，每一测位的测点数不得少于6点，当损伤层较厚或不匀整时，应增加测点数量三、超声波法检测混凝土缺陷3.损伤层厚度的判定用各测点的声时值和相应的测距绘制“时-距”坐标图，转折点前后分别代表损伤和未损伤混凝土的l和t相关直线建立回来直线方程三、超声波法检测混凝土缺陷l损伤层厚度的计算4.留意事项为增加接收信号，宜选择低频换能器（3050kHz）有时因损伤程度轻或损伤层厚度不大，可能出现两者速度差别不大，因此，测量时必需精确测量T、R之间距离检测完成后，宜作局部破损验证检测结果三、超声波法检测混凝土缺陷（五）超声法检测混凝土缺陷的主要影响因素（五）超声法检测混凝土缺陷的主要影响因素 1.耦合状态的影响耦合状态的影响测面平整测面平整耦合剂厚度均一耦合剂厚度均一无泥砂粘附无泥砂粘附2.钢筋钢筋换能器离开钢筋确定距离或与钢筋轴线形成确定夹换能器离开钢筋确定距离或与钢筋轴线形成确定夹角角3.水分水分力求混凝土处于干燥状态，缺陷内的空气不能被水力求混凝土处于干燥状态，缺陷内的空气不能被水充填充填四、超声波检测的仪器设备超声波检测的仪器设备（一）超声波检测仪的技术要求（一）超声波检测仪的技术要求 1.分类l模拟式，由时域波形信号测读声学参数。如CTS-25、SYC-2等l数字式，接收信号转化为离散数字量，具有采集、储存数字信号、测读声学参数和对数字信号处理的智能化功能。如RS型超声仪、SY型超声仪四、超声波检测的仪器设备超声波检测的仪器设备2.技术要求具有波形清晰，显示稳定的示波装置声时最小分度为0.1s具有最小分度为1dB的衰减系统仪器应具有良好的稳定性接收放大器频响10500kHz，总增益不小于80dB，接收灵敏度(S/N=3/1)不大于50V电源电压波动范围在标称值10%的状况下能正常工作连续正常工作时间不少于4h四、超声波检测的仪器设备超声波检测的仪器设备（二）换能器的技术要求（二）换能器的技术要求 1.分类l厚度振动方式l径向振动方式2.技术要求l频率选择：厚度振动方式-20250kHz 径向振动方式-2060kHz四、超声波检测的仪器设备超声波检测的仪器设备四、超声波检测的仪器设备超声波检测的仪器设备（一）超声波检测仪的检定（一）超声波检测仪的检定1.声时计量校验声时计量校验取常用平面换能器一对，接于超取常用平面换能器一对，接于超声波仪上，将两个换能器的声波仪上，将两个换能器的辐射面相互对准，以间距辐射面相互对准，以间距（精确至（精确至0.5%）50、100、150、200mm依次放置在依次放置在空气中，在保持首波幅度一空气中，在保持首波幅度一样的条件下，读取各间距所样的条件下，读取各间距所对应的声时值对应的声时值t1、t2、t3、tn，同时测量空气温度，同时测量空气温度Tk（精确至（精确至0.2）四、超声波检测的仪器设备超声波检测的仪器设备l绘制“时-距”坐标图（或求出回来直线方程），得出空气声速实测值vs（精确至0.1m/s）l计算空气声速的标准值vcl计算二者相对误差应不大于0.5%四、超声波检测的仪器设备超声波检测的仪器设备2.波幅计量校验将屏幕显示的首波幅度调至确定高度，然后把仪器衰减系统的衰减量增加或削减6dB，此时屏幕波幅高度应降低一半或上升一倍五、重点内容o超声波检测的基本原理o声学参数与混凝土缺陷间的关系o平测法检测裂缝深度的方法步骤o混凝土不密实区与空洞检测异样数据的判别o超声法检测混凝土缺陷的影响因素o超声仪的零读数确定方法o换能器频率的选择六、混凝土不密实区计算实例