混凝土缺陷检测教案资料.ppt

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1、中铁八局集团有限公司工程检测中心混凝土缺陷检测一、概述Y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Y在混凝土检测中的应用l非破损检测混凝土内部的空洞、离析l检测混凝土裂缝的深度l检测混凝土接触面的结合质量l检测混凝土表面的损伤层厚度2022/11/202二、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、

2、配合比、龄期和测试距离一致）2022/11/203Y一、超声波法缺陷检测原理Y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。2022/11/204p二、超声波法声学参数的变化p声时（波速）Y 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

3、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。2022/11/205p 上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。2022/11/206p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

4、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。2022/11/207p主频（频谱）p 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。2022/11/208p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

5、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。2022/11/209二、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l弹性模量,孔隙率,密实度,声速l强度，声速l混凝土内部有缺陷(孔洞、蜂窝)，声速l超声波穿过裂缝传播，声速l声速可以反映混凝土的性能与内部情况2022/11/2010二、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

6、较用2022/11/2011二、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2022/11/2012二、超声法检测的基本原理超声法检测的基本原理4.波形l显示屏上显示的接收波波形l直达波、反射波、绕射波、纵波、横波、表面波等的综合反映l波形分析常集中于波前部的纵波l目前对波形的研究只能作一般的观察、

7、记录2022/11/2013二、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lv=l/t,l为测距，t为声时5.1 5.1 测距的测量方法测距的测量方法l对测时，钢卷尺测量T、R间距离l平测时，钢卷尺测量T、R间净距离5.2 5.2 声时的测读方法声时的测读方法l游标测读l自动关门,适用于信号较强时测量l计算机自动寻找2022/11/2014二、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t t0 0的标定方法的标定方法l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-t0l直接相对法，适用于作为精度要

8、求不高或测距较大情况下，夹心式换能器的t0标定l长短测距法，适用各类平面换能器t0标定l标准棒法2022/11/2015二、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l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l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高度，此时从衰减器读得的dB值即为首波幅度的指标2022/11/2016二、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2022/11/2017三、超声波法

9、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500mm2022/11/2018三、超声波法检测混凝土缺陷1.2 检测步骤：l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=b2022/11/2019三、超声波法检测混凝土缺陷l第二步，跨缝声时测量：将T和R置于裂缝对称的两

10、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l第三步，计算：裂缝深度按下式计算2022/11/2020三、超声波法检测混凝土缺陷1.3 裂缝深度的确定l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l无反相，则将剔除li3mhc数据，取余下的hci的平均值l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）l裂缝中不得有水或泥浆充填21三、超声波法检测混凝土缺陷2.斜测法2.1 适用范围l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l保持T、R换能器连线的距离相等、倾斜

11、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22三、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2022/11/2023三、超声波法检测混凝土缺陷3.2 钻孔要求l孔径大于换能器直径510mml测孔深度应大于裂缝深度600800mml对应的两个测孔应始终位于裂缝两侧，且平行l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l孔中粉末碎屑应清理干净l横向测孔的轴线应具在一定的倾斜角l宜在裂缝一侧多钻一个孔距相同但较浅的孔2022/1

12、1/2024三、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2022/11/2025三、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2022/11/2026三、超声波法检测混凝土缺陷3.5 裂缝末端位置的判定l采用斜测法l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

13、末端lAB、CD两条测线的连线交点便是裂缝的末端位置27三、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1.1 平面对测l结构被测部位有两对互相平行表面l在测区的两对平行表面上，画100300mm网格并逐点编号l测量对应测点的声时、波幅和频率2022/11/2028三、超声波法检测混凝土缺陷1.2 平面斜测l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2022/11/2029三、超声波法检测混凝土缺陷1.3 钻孔测法l适用于大体积混凝土l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l耦合：测孔用清水，侧

14、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30三、超声波法检测混凝土缺陷2.不密实区和空洞的判定l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l异常值的判别方法：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）2022/11/2031三、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2022/11/2032三、超声波法检测混凝土缺陷2.2 异常值的判别l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

15、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 l 以x0=mt+1St为异常值的临界值，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xn+1放进去统计和判别，其余类推2022/11/2034三、超声波法检测混凝土缺陷l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。2.3 不密实混凝土和空洞范围的判定l根据异常测点的分

16、布及波形状况判定混凝土内部存在不密实区和空洞的范围l注意：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，容易产生误判和漏判2022/11/2035三、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 设空洞位于发射和接收换能器的正中央 适用于只有一对可供测试的表面时，按下式估算空洞半径：36三、超声波法检测混凝土缺陷3.2 设空洞位于发射和接收换能器连线的任意位置 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，则可根据X、Y值，由表C.0.1查得Z值，再计算空洞的大致半径r2022/11/2037三、超声波法检测混凝土缺陷（三）混

17、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l有对测法和斜测法两种，测点布置要求：l使测试范围覆盖全部结合面或有怀疑的部位l各对换能器连线应采用穿过和不穿过结合面布置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2022/11/2038三、超声波法检测混凝土缺陷2.数据处理及判定l测点数足够，仍用统计方法判定l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，可判为异常测点l被判为异常值的测点，查明无其他原因影响时，可判定这些部位的新老混凝土结合不良2022/11/2039三、超声波法

18、检测混凝土缺陷3.实例l根据声时判别结果，t3、t4、t8、t9、t12、t15为异常值l根据波幅统计和判别结果，A1、A3、A4、A8、A9、A12、A15为异常值2022/11/2040三、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hf41三、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

19、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，当损伤层较厚或不均匀时，应增加测点数量2022/11/2042三、超声波法检测混凝土缺陷3.损伤层厚度的判定l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l建立回归直线方程43三、超声波法检测混凝土缺陷l损伤层厚度的计算4.注意事项l为增强接收信号，宜选择低频换能器（3050kHz）l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，测量时必须准确测量T、R之间

20、距离l检测完成后，宜作局部破损验证检测结果44三、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l测面平整l耦合剂厚度均一l无泥砂粘附2.钢筋l换能器离开钢筋一定距离或与钢筋轴线形成一定夹角3.水分l力求混凝土处于干燥状态，缺陷内的空气不能被水充填45四、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

21、功能。如RS型超声仪、SY型超声仪2022/11/2046四、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l具有波形清晰，显示稳定的示波装置l声时最小分度为0.1sl具有最小分度为1dB的衰减系统l仪器应具有良好的稳定性l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50Vl电源电压波动范围在标称值10%的情况下能正常工作l连续正常工作时间不少于4h2022/11/2047四、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-20250

22、kHz l 径向振动方式-2060kHz2022/11/2048四、超声波检测的仪器设备超声波检测的仪器设备2022/11/2049四、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l取常用平面换能器一对，接于超声波仪上，将两个换能器的辐射面相互对准，以间距（精确至0.5%）50、100、150、200mm依次放置在空气中，在保持首波幅度一致的条件下，读取各间距所对应的声时值t1、t2、t3、tn，同时测量空气温度Tk（精确至0.2）2022/11/2050四、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（或求出回归直线方程），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%51四、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l将屏幕显示的首波幅度调至一定高度，然后把仪器衰减系统的衰减量增加或减少6dB，此时屏幕波幅高度应降低一半或升高一倍2022/11/20522022/11/2053中铁八局集团有限公司工程检测中心此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢