土木工程检测技术超声法检测混凝土缺陷.pptx
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1、超声法检测超声法检测(jin c)(jin c)混凝土缺混凝土缺陷陷第一页,共43页。1 1 混凝土缺陷的特征混凝土缺陷的特征(tzhng)(tzhng)波形波形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、耦合状态耦合状态(zhungti)等因素的干扰。等因素的干扰。v超声幅度除了与超声波在混凝土中的衰减有关外,还与换超声幅度除了与超声波在混凝土中的衰减有关外,还与换
2、能器与混凝土测试面之间的耦合状况有关。另外测试时耦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动,而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保证统一。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。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,则称为超声波的但是,首波幅度、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
3、的主要依据。波形,又是判断混凝土质量的主要依据。第二页,共43页。混凝土波形混凝土波形(b xn)(b xn)特征特征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分别是接收波第一个周分别是接收波第一个周期的声时,期的声时,t1为首波声时,为首波声时,t2为为1/4周期声时,周期声时,t3为半周期声时,为半周期声时,t4为为3/4周期声时,周期声时,t5为一周期声时,通过测量这些声时差,可以初步为一周期声时,通过测量这些声时差,可以初步(chb)估估算接收信号的频率算接收信号的频率(精确计算需要进行频谱分析精确计算需要进行频谱分析)。正常混凝土特征波形。正常
4、混凝土特征波形的大致特点为:的大致特点为:首波前沿较陡;首波前沿较陡;首波幅度较高;首波幅度较高;波形比较饱满,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;接近于正弦波,随着绕射波的到达,后续波的幅度越来越大;频率较频率较高,接近于发射波频率高,接近于发射波频率(一般为换能器频率,混凝土检测采用的超声波频一般为换能器频率,混凝土检测采用的超声波频率一般在率一般在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。第三页,共43页。混凝土波形混凝土波形(b xn)(b xn)特征特征v正常正常(zhngchng)混凝混凝土的
5、特征波形土的特征波形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,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;频率频率(pnl)很低,大大低于发射波频很低,大大低于发射波频率率(pnl);通过声时计算得到的声通过声时计算得到的声速通常大大低于速通常大大低于4000m/s5000m/s。有的甚至低于有的甚至低于1000m/s。第四页,共43页。混凝土波形混凝土波形(b xn)(b xn)实测图实测图v正常正常(zhngchng)混凝土混凝土波形波形v
6、异常异常(ychng)混凝土混凝土波形波形第五页,共43页。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、疏松、裂缝、分层(界面结合界面结合(jih)不良不良)等等质量缺陷中。但当换能器与混凝土之间耦合不良时质量缺陷中。但当换能器与混凝土之间耦合不良时(如混凝土表面不平整、混凝土与混凝土接触面存在如混凝土表面不平整、混凝土与混凝土接触面存在泥沙、耦合剂不正常等情况泥沙、耦合剂不正常等情况),也会出现类似的波形,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。需要根据经验判断,及时排除耦合不良造成的干
7、扰。v不同的缺陷有的波形也有一些差别,需要在实践中积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。累经验,不断总结。第六页,共43页。v还有一种异常情况即波形很正常,其基本特征与正常混凝土还有一种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饱满,首波幅度很左右,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石子的砂浆中传播造成的,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言,缺少石子,因此对超声
8、波的散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。但砂浆的声速一般只有射衰减大大降低。但砂浆的声速一般只有3500m/s左右,而左右,而砂浆的强度偏低,无法满足承载能力要求,因此检测中也应砂浆的强度偏低,无法满足承载能力要求,因此检测中也应注意。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定性的总的来说,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,需要结合工程阶段,尚不能很好地区分缺陷类型,需要结合工程(gngchng)实际来判断。实际来判断。第七页,共43页。2 2 超声法检测超声法检测(jin c)(jin c)混凝土缺陷混凝
9、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超声波在混凝土中传播后发生的波形(b xn)(b xn)变化、利用声时、频率、波幅等参数的特征,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部状况。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,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致使其传播方向改变(非直线传播非直线传播),但由于测,但由于测量时主要取首波,因此基
10、本上还是认为在正常量时主要取首波,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主要的,因此导致了声速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,波形及波幅、频率均下降,波形(b xn)(b xn)产生畸变。产生畸变。在对缺陷进行定位时,也是以超声在混凝土中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。的直线传播为假设前提的。第八页,共43页。2 2)检测依据)检测依据超声波在混凝土缺陷检测中的应用,主要依据是超声法检超声波在混凝土缺陷检测中的应用,主要依据是超声法检测混凝土缺陷技术规
11、程测混凝土缺陷技术规程(CECS 21:2000)(CECS 21:2000),主要应用在:,主要应用在:孔洞、疏松等内部孔洞、疏松等内部(nib)(nib)缺陷检测、新旧混凝土结合面缺陷检测、新旧混凝土结合面质量检测、裂缝深度检测、表面损伤层深度检测、钢管混质量检测、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注桩桩身完整性凝土质量检测、声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性等。等。第九页,共43页。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即在超声传播路径周围,当存在不同介质时,根据不同即在超声传播路径周围,当存在不同介质时,根据不
12、同介质的声速差异,超声波总是优先选择最快到达的那介质的声速差异,超声波总是优先选择最快到达的那一条路径,由于钢筋中的纵波声速大大高于混凝土一条路径,由于钢筋中的纵波声速大大高于混凝土(5900m/s)(5900m/s),因此,当超声传播路径周围存在钢筋时,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则超声波往往会从钢筋“短路短路”。为避免钢筋的影响,。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开钢筋约一般应使传播路径不与钢筋轴线平行或离开钢筋约l/5l/5l/6l/6。同时,超声波的这种特性也是用来检测混。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
13、的一个依据。当混凝凝土表层损伤深度、裂缝深度等的一个依据。当混凝土是均质的时候,一般认为超声波在混凝土中是直线土是均质的时候,一般认为超声波在混凝土中是直线传播的。因此,当检测混凝土结合质量时,就必须让传播的。因此,当检测混凝土结合质量时,就必须让超声波穿过超声波穿过(chun u)(chun u)结合面,为此常常必须采用结合面,为此常常必须采用斜测法等。斜测法等。第十页,共43页。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: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“概概率法率法”,是混
14、凝土缺陷检测中最常用的判据,即混凝土的超声声速,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,当出现偏离平均值较大的值时,则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点数有关,也与被测可判断其为异常值。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混凝土本身的质量波动(标准差标准差)有关。必须指出的是,仅当测距可有关。必须指出的是,仅当测距可以准确测量的前提以准确测量的前提(qint)下这一假设才能成立,这就意味着对于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,由于
15、测距实际上是变化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的(因为声测管总是难免在埋设后产生扭曲因为声测管总是难免在埋设后产生扭曲),因此一般不采用这种,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或声速,较少采用频率、波幅等参数。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。第十一页,共43页。4)基本方法)基本方法根据构件的几何根据构件的几何(j h)外形、大小以及现场条件外形、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
16、类型等,选择不同的测、测试面状况、缺陷类型等,选择不同的测试方法。常用的有:试方法。常用的有: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)优先采用对测法:当被测部位具有相互平行的相对的测优先采用对测法: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。此时收发换能器位于两个试面时,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,接收波的波前正相对测试面,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方法中最大的,因此对接收探头,接收信号强度是所有方法中最大的,因此最容易进行结果判断。最容易进行结果判断。第十二页,
17、共43页。v其次其次(qc)选择斜测法:斜测法有两种,一种是指两个检测面相选择斜测法: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;一种是指两个相对,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的测试面,但两个探头轴线与被测面形成不等于90的角度,如果的角度,如果测试面是垂直于地面的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),那么探头轴线则非,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,目的是使得超声波能水平,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接缝。穿过接缝。v平测法:当
18、被测部位仅有一个测试面时,采用此方法,即发射、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头的间距进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,根据测点间距与声时的线性关系变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度测试、裂缝深度测化来进行判断。一般用于混凝土表面损伤深度测试、裂缝深度测试等。试等。第十三页,共43页。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:适用于灌注桩以及大体积混凝土。
19、灌注桩中预埋中对测:适用于灌注桩以及大体积混凝土。灌注桩中预埋2根以上声测管,采用柱状径向振动式换能器进行检测是目前常规检根以上声测管,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,由于测距太大,无法测方法之一。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直接在两个相对面直接测试(比如大底板比如大底板),或者浇注侧面,或者浇注侧面(cmin)均被遮挡、隐蔽无法布置测点均被遮挡、隐蔽无法布置测点(比如大底板比如大底板),也可采用预埋声测管,也可采用预埋声测管或者钻孔的办法进行检测。测试时两个探头位于同一高度,同步提或者钻孔的办法进行
20、检测。测试时两个探头位于同一高度,同步提升。升。v管管(孔孔)中斜测:上述构件中,当存在水平缺陷,对测有可能漏测中斜测:上述构件中,当存在水平缺陷,对测有可能漏测(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,探头同,此时可将两个探头取不同高度进行斜测,探头同步提升。步提升。第十四页,共43页。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
21、检测:同时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,侧面布置检测,孔中放径向换能器,侧面布置(bzh)平面换能器。比平面换能器。比较少用。较少用。第十五页,共43页。3 3 超声检测影响超声检测影响(yngxing)(yngxing)因素因素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土,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,虽然探表面密切接触,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表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面都有无数肉
22、眼无法(wf)观察到的凹凸,里面存在空气,观察到的凹凸,里面存在空气,如果直接进行测试会导致超声能量被这些表面的凹凸部位中如果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、凡士林等糊状物来填补混凝土测试面与探头接触面之间油、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隙,形成良好的耦合。对于柱状径向探头,采用水进行的空隙,形成良好的耦合。对于柱状径向探头,采用水进行耦合,因此柱状径向探头具有水密性的指标要求,下不允许耦合,因此柱状径向探头具有水密性的指标要求,下不允许漏水。漏水
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