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1、超聲法檢測混凝土缺陷,福建省建筑科學研究院 陳松,一 混凝土無損檢測概述,混凝土無損檢測技術是以電子學、物理學、計算機技術為基礎的測試儀器，直接在材料試體或結構物上，非破損地測量與材料物理、力學、結構質(zhì)量有關的物理量，藉材料學、應用力學、數(shù)理統(tǒng)計和信息分析處理等方法，確定和評價材料和結構的彈性、強度、均勻性與密實度等的一種新興的測試方法。,一 混凝土無損檢測概述,結構混凝土無損檢測技術工程應用，主要有結構混凝土的強度、缺陷和損傷的診斷測試，而鋼筋的位置、直徑和保護層厚度，以及鋼結構焊縫質(zhì)量檢測也得到比較廣泛的應用，隨著新技術的開發(fā)，結構水滲漏、氣密性和保溫性能、鋼筋腐蝕程度的檢測也日益得到重視

2、。 無損檢測技術的應用，已遍及建筑、交通、水利、電力、地礦、鐵道等系統(tǒng)的建設工程質(zhì)量檢測與評估，正如國際上權威人士早就預言的“混凝土工程應用無損檢測技術程度，是標志著一個國家對結構工程驗收和質(zhì)量檢測技術的高低”，正說明了發(fā)展無損檢測技術的必要性和實際意義。,,無損檢測技術的特點： 無損于材料、結構的組織和使用性能； 可以直接在試體或結構上，對質(zhì)量或強度進行重復、全面的檢測，彌補了因各種因素影響造成材料試件與結構物質(zhì)量差別的缺點； 選用不同的方法，檢測和判別結構表層和內(nèi)部的質(zhì)量或損傷，操作簡便、迅速； 隨著信息處理技術的發(fā)展，有利于實現(xiàn)“在線檢測和生產(chǎn)自動化”。,國內(nèi)外無損檢測方法分類(一),國

3、內(nèi)外無損檢測方法分類(二),國內(nèi)外無損檢測方法分類(三),國內(nèi)外無損檢測方法分類(四),國內(nèi)外無損檢測方法分類(五),二 超聲波檢測基本概念,1 混凝土超聲檢測技術發(fā)展概況 1928年世界上第一臺連續(xù)波的超聲波石材探測儀問世。20世紀30年代初開始有學者嘗試進行混凝土中聲波傳播性質(zhì)的研究，有的采用金屬超聲波探傷儀，有的采用敲擊產(chǎn)生振動的方法。40年代末50年代初，加拿大、德國和英國的一些學者開創(chuàng)了超聲波檢測混凝土質(zhì)量這一新領域。至20世紀70年代末，隨著電子技術的發(fā)展，超聲波檢測儀的不斷改進和完善，促進了超聲波檢測技術的發(fā)展。,,我國自20世紀50年代末60年代初開始超聲法檢測混凝土質(zhì)量技術的

4、研究和應用，先后完成了“超聲波檢測混凝土缺陷”、“超聲波檢測混凝土強度”、“超聲回彈綜合法檢測混凝土強度”、“超聲波檢測灌注樁完整性”、“超聲波檢測鋼管混凝土質(zhì)量”等課題的應用研究，目前都具有相應的技術規(guī)程。同時，國產(chǎn)的超聲檢測儀也達到了國際先進水平，形成了從模擬式的CTS-25(汕頭超聲儀器公司)到數(shù)字式的CTS-45以及智能化的NM系列(北京康科瑞公司)、ZBL-U系列(北京智博聯(lián)公司)、RSM-SY5(武漢巖海公司)等品種繁多、性能穩(wěn)定可靠、使用方便的一系列儀器。,,值得一提的是，國內(nèi)的超聲檢測儀比較注重波型的顯示，無論是模擬式還是數(shù)字式、智能型的儀器，都具備波型顯示、手動游標判讀功能。

5、而國外的儀器，基本上都不具備波型顯示功能，超聲參數(shù)均由儀器自動判讀，必要的時候可以將顯示信號輸出到示波器上顯示波型，在實際使用中反而不如國產(chǎn)儀器方便。,2 超聲波的基本知識,振動與波 超聲波是一種機械振動波。當物體中某一個質(zhì)點突然獲得一定能量，在其自身的平衡位置產(chǎn)生往復運動時，機械振動即產(chǎn)生了。由于物體介質(zhì)的連續(xù)性，則這種振動會傳遞到鄰近的質(zhì)點，并且一個個傳遞下去，從而使得振動在物體內(nèi)傳播，這就是機械振動波。注意在機械振動波傳播過程中，質(zhì)點本身是不會傳播的，傳播的僅僅是振動這種運動方式以及能量。,2 超聲波的基本知識,波的種類 a 縱波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波稱為縱波。產(chǎn)生于媒質(zhì)受

6、到拉、壓交變力的作用，在固體、液體和氣體中均能傳播。這是混凝土超聲檢測中應用最廣泛的形式。從形態(tài)上看，也叫“疏密波”，即有的質(zhì)點之間因為振動互相遠離(疏)，有的質(zhì)點直接互相靠近(密)。 b 橫波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直的波稱為橫波。具有切變彈性變形能力的物體，其媒質(zhì)受到剪切力作用的時候，產(chǎn)生剪切變形，使質(zhì)點沿切線方向振動而產(chǎn)生橫波。只有固體才具有切變彈性變形能力，因此橫波只能在固體中傳播。,,c 表面波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向具有縱波和橫波質(zhì)點振動的綜合特性，固體介質(zhì)表面質(zhì)點以縱向和橫向兩種振動的合成振動，便圍繞其平衡位置做橢圓形振動。表面波的振動能量隨著深度的增加而迅速減小，故

7、只能沿著固體表面?zhèn)鞑ァ．a(chǎn)生在固體介質(zhì)自由表面的表面波稱為瑞利波，瑞利波的最大特點是其波速只與介質(zhì)的彈性常數(shù)有關，與振動頻率無關，且屬于二維振動的波，在固體表面?zhèn)鬏數(shù)哪芰繐p耗小，傳播距離遠，可用于檢測水下混凝土的表面裂縫情況。 縱波波速最高。,縱波,橫波,表面波,波的形式,根據(jù)波陣面，波可以分為平面波、球面波和柱面波。 波陣面：振動傳播過程中相位相同的所有質(zhì)點軌跡的集合所形成的面。 波線：振動傳播的方向。 波前：在某一瞬間振動傳播到最前沿的各質(zhì)點軌跡形成的面。,,a 平面波：波陣面呈平面的波?？梢钥醋魇怯蔁o限大板狀振源或從無限遠處的點狀振源發(fā)出的振動波。例如光線，可以看作平面波。 b 球面波：波

8、陣面呈球面的波。由點狀振源發(fā)出。對于混凝土質(zhì)量檢測，因振源(換能器)尺寸較小，振動頻率不太高，傳播距離有限，因此一般都看成球面波。 c 柱面波：波陣面為同軸圓柱面的波。由無限長直棒振源發(fā)出的振動波。,波陣面形狀不同的波,(a)平面波 (b)球面波(剖面示意圖) (c)柱面波 1波線 2波陣面 3波前,,,,振動頻率,根據(jù)機械波的振動頻率，可分為次聲波、可聞聲波、超聲波和特超聲波。 a 次聲波：振動頻率小于10Hz，人耳聽不見。一些動物可聽見次聲波。傳播距離遠，可應用于聲納導航、海底潛艇聲納探測等等。 b 可聞聲波：振動頻率10Hz20kHz，人耳理論上能聽到的聲波。實際上，50Hz以下的低

9、音一般人無法分辨，隨著年齡的增大，很多人對于高頻聲波的聽覺也在不斷退化。 c 超聲波：振動頻率在20kHz107kHz。廣泛應用于無損檢測?；炷林谐Ｓ玫念l率范圍是20kHz300kHz，金屬探傷的一般為500kHz2MHz。低頻超聲波常常與可聞聲波伴隨在一起。 d 特超聲波：振動頻率超過107kHz。,振動形式,聲波振動中，還可根據(jù)質(zhì)點振動的連續(xù)與否分為脈沖波和連續(xù)波。 a 脈沖波：波在傳播過程中，媒質(zhì)的質(zhì)點作單個或間歇振動的波。在科研、檢測中最常用的一種波，在混凝土超聲檢測中用的就是脈沖超聲波。 b 連續(xù)波：波在傳播過程中，各個質(zhì)點均連續(xù)不斷地振動。當各個質(zhì)點都作同一頻率的連續(xù)不斷振動時，

10、稱為余弦波(也稱正弦波或簡諧波)。 脈沖波在數(shù)學上可以分解為許多不同頻率的余弦波，是一種復合波，因此余弦波是超聲波研究的數(shù)學基礎。,3 超聲波的物理量,基本量： 速度：超聲波單位時間傳播的距離，用v表示，單位m/s； 頻率：等于超聲波傳播介質(zhì)中質(zhì)點振動的頻率，用f表示，單位赫茲Hz； 周期：在超聲波傳播介質(zhì)中，相鄰兩個同相位質(zhì)點間波傳播的時間間隔，用T表示，單位秒s。f和T互為倒數(shù)。 波長：振動傳播一個周期所走的路程，用表示，單位m; 振幅：質(zhì)點振動幅度，用A表示。 它們之間有這樣的關系：Tv,,聲場：被聲波充滿的空間。 聲場的狀態(tài)可用聲壓、聲強、聲阻抗等特征量來描述。 聲壓：聲場中某一點在某

11、一瞬間因聲波所引起的壓強，用p表示，單位是帕斯卡Pa。 p=cv 是介質(zhì)密度。c是介質(zhì)質(zhì)點振動速度，v在聲學之中稱為聲阻抗，用Z表示。 聲強：垂直于聲波傳播方向上的單位面積在單位時間內(nèi)通過的聲波能量。用I表示。,,,近場區(qū)：圓板狀聲源的聲場特性之一。即從聲源發(fā)射點起，有一個N點，從聲源發(fā)射點到該點之間聲壓出現(xiàn)若干個極大值和極小值，這是由于圓板狀聲源各單元點輻射的聲波在軸線互相干涉、疊加的結果，0N的范圍稱為近場區(qū)。超過N點后，聲壓p隨距離的增加而明顯減小，稱為遠場區(qū)。N的大小取決于圓板狀聲源的直徑D和聲波的波長，它們之間存在如下關系：,,由于近場區(qū)聲壓變化很復雜，在實際應用中應避開這一區(qū)域。在

12、混凝土超聲波檢測中，超聲波頻率不高，波長一般為30mm90mm，聲速一般為3.8km/s5.4km/s，換能器的直徑為35mm45mm，所以N都在10mm以內(nèi)，一般不會對檢測造成影響。,4 聲波在介質(zhì)中的傳播特性,一般把超聲波在混凝土中的傳播路徑看成直線。和其它波類似，聲波也會發(fā)生干涉、繞射和衍射等等。 聲波的干涉：兩個頻率、波長以及相位相同或相位差恒定的波源稱為相干波源，它們產(chǎn)生的波稱為相干波，兩個相干波在同一介質(zhì)中相遇時，兩個諧振頻率疊加，從而產(chǎn)生某些點因為相位相同而振動加強，某些點因為相位相反振動減弱甚至抵消。這種在空間出現(xiàn)固定的最大振幅點和最小振幅點的現(xiàn)象，稱為波的干涉現(xiàn)象。,,根據(jù)惠

13、更斯-菲涅耳原理，平面波在均勻媒質(zhì)中傳播時，在其傳播方向上遇到一定尺寸的孔或障礙物時，會出現(xiàn)下列兩種情況： 孔或障礙物的尺寸比波長大許多，則聲波基本仍沿直線傳播，在孔的外側和障礙物后面沒有聲波，如圖3所示。 當園孔或障礙物尺寸較小，接近于波長時，在園孔或障礙物處形成許多子波源，都向園孔另一側或障礙物表面發(fā)出球面子波，這些子波干涉疊加的結果使得聲波局部改變方向通過小孔或繞過小障礙物繼續(xù)傳播，稱為聲波的繞射現(xiàn)象，如下圖所示。,聲波遇到大孔洞或大障礙物后的傳播,(a)孔徑遠大于 (b)障礙物遠大于,,,聲波的繞射現(xiàn)象,(a)平面波在小孔處的繞射 (b)平面波在小障礙物處的繞射,,,5 超聲

14、波在媒質(zhì)界面上的傳播特性,當聲波從一種媒質(zhì)傳播到另一種媒質(zhì)時，在兩種媒質(zhì)的分界面上，只有一部分聲波穿透界面，在另一媒質(zhì)中繼續(xù)傳播，稱之為折射波或透射波；另一部分聲波被反射回原媒質(zhì)稱為反射波。穿過界面繼續(xù)傳播的聲波，其傳播方向、能量及波形等都會發(fā)生變化，變化的情況取決于兩種媒質(zhì)的阻抗、聲波入射方向等因素。,,當超聲波垂直于媒質(zhì)界面入射時，通常在界面產(chǎn)生兩部分超聲波：一為反射波，一為透射波。當超聲波不垂直于媒質(zhì)界面入射時，則根據(jù)入射角度，在界面會產(chǎn)生反射波、折射波，折射波的方向產(chǎn)生改變，服從Snell定律(光學折射定律)。在一定的角度范圍內(nèi)，折射波會分解成折射縱波、折射橫波。在特定的角度下，對于入

15、射縱波，會出現(xiàn)一個臨界角，使得折射縱波消失，該角度稱為第一臨界角，這是超聲檢測中用來獲取橫波的一種方法。 折射角度的變化與兩種媒質(zhì)的阻抗、入射角度等都有關系。,6 超聲波傳播過程中的能量衰減,超聲波在媒質(zhì)中傳播時，其振幅隨傳播距離的增大而逐漸減小，這種現(xiàn)象稱為衰減。 衰減是限制超聲波檢測距離的主要因素。當測距較大時，會降低測試靈敏度，增大測試誤差。另一方面，可利用衰減大小判斷混凝土的質(zhì)量狀況(聲波透射法測樁時常用)。 振幅隨距離增大而減小的規(guī)律可用下式表示：,,,上式中稱為媒質(zhì)的衰減系數(shù)，其度量單位是dB/cm，即單位長度上損耗的分貝數(shù)，用聲壓或振幅表示為：,在實際應用中，可以從儀器上直接讀取

16、波幅值，并配合衰減按鍵進行衰減量的測讀。 對于平面波，其衰減主要來源于吸收和散射，對于球面波，除了吸收衰減和散射衰減，還有波束本身的擴散衰減。,,,,吸收衰減：超聲波傳播過程中，由于媒質(zhì)的黏滯性，導致質(zhì)點間產(chǎn)生內(nèi)摩擦，使一部分聲能轉換成熱能；同時超聲波作為機械波，在傳播的過程中，是質(zhì)點(或分子)通過相互作用碰撞來傳遞能量的，這中間有一個時間過程，稱之為“分子馳豫過程”，這兩方面的損耗導致了媒質(zhì)的吸收衰減。吸收衰減隨超聲波頻率提高而增大，與頻率的二次方成正比。 超聲波在氣體和非均質(zhì)固體中吸收衰減比較大，在液體和均勻固體中吸收衰減較小。,,散射衰減：當媒質(zhì)中存在小尺寸的異物時，當超聲波入射到這些異

17、物時，這些異物會形成新的振源向四周發(fā)射超聲波，這些聲波相互干涉、疊加的結果造成超聲能量的衰減，稱之為散射衰減。由于混凝土是由水泥砂漿、石子等組成的多相堆聚體，其內(nèi)部結構復雜，既有石子、砂漿等固體顆粒，又有氣孔、微裂縫等不連續(xù)構造，因此其散射衰減很大。當超聲波進入混凝土后，在砂漿中沿直線傳播，當遇到石子后，波長比石子小的高頻脈沖被反射，一部分折射進入石子(改變傳播方向)，到石子-砂漿邊界又折射進入砂漿；波長比石子尺寸大的低頻超聲脈沖則繞過石子繼續(xù)傳播。當超聲波氣孔或微裂縫時，其中波長比較小的高頻脈沖也被反射，而波長比較大的低頻脈沖則繞過。因此最終接收的超聲波比發(fā)射波振幅減小、頻率降低。,,擴散衰

18、減：聲束都有一定的擴散角，隨著傳播距離的增大，擴散的面積增大，而能量并不增加，導致單位面積上的能流密度降低，叫做擴散衰減。擴散衰減僅取決于超聲波換能器的直徑和振動頻率，與傳播媒質(zhì)的性質(zhì)無關。,7 混凝土超聲檢測特點：,由于混凝土由固-液-氣三相組成的具有彈黏塑性的復合材料，其內(nèi)部存在分布極其復雜的界面，例如砂漿-石子界面、砂漿-氣孔界面、砂漿-微裂縫界面等等，因此超聲波在混凝土中的傳播情況比均勻介質(zhì)中負責得多，因此決定了混凝土超聲檢測具有如下特點： 只能采用低頻超聲波 混凝土中存在多相，相互之間的聲阻抗差異很大(如砂漿-氣孔界面)，導致散射衰減嚴重，散射衰減對高頻超聲波影響更大，而混凝土結構構

19、件尺寸一般都有幾百mm甚至幾米，為了超聲波傳播距離足夠長，必須采用低頻超聲波，一般采用20kHz300kHz的低頻超聲波。而金屬超聲探傷中采用的超聲波頻率一般都在1000kHz以上(1000kHz=1MHz)。,,超聲波指向性差 由于混凝土超聲波采用的低頻換能器在混凝土中的傳播波長長(=40mm90mm)，換能器直徑較小(D30mm40mm)，由下式：,,可知，波束的擴散角2一般為5090，近似于球面波。同時，由于混凝土內(nèi)的石子等存在不規(guī)則界面，超聲波在混凝土內(nèi)產(chǎn)生反射、折射，并且互相干涉、疊加，使得大部分聲波產(chǎn)生漫反射。,,超聲波在混凝土內(nèi)并非直線傳播 由于混凝土的非均質(zhì)性，超聲波在無數(shù)不規(guī)

20、則的石子與砂漿界面上發(fā)生反射和折射，使得接收到的聲波并非嚴格地沿測試方向直線傳播，只能大致上近似到看作沿直線傳播。 接收到的信號十分復雜 由于超聲縱波在混凝土內(nèi)傳播時，沿途會產(chǎn)生許多次生反射縱波、折射縱波以及波型轉換產(chǎn)生的橫波，這些波以不同相位、不同路徑相互疊加、干涉，造成接收到的超聲波信號十分復雜。,三 超聲檢測設備簡介,超聲波應用范圍：包括醫(yī)學、各種探測等等； 醫(yī)學上采用的超聲儀比較先進，現(xiàn)在B型超聲(成像顯示)已經(jīng)普遍得到應用； 金屬探傷中采用的則是A型超聲，即反射波顯示型，成像技術也在研究中。 由于混凝土對超聲波的衰減大，且混凝土結構構件的特點決定了其截面尺寸較大因此超聲測距長，因此混

21、凝土超聲波檢測儀目前只能采用透射式(一發(fā)一收式)，而無法采用金屬探傷中的反射式，目前對于混凝土超聲成像的技術也在研究中，但其難度相當大。當前常用的透射式超聲檢測設備的基本功能，就是通過發(fā)射換能器(也叫發(fā)射探頭)向混凝土中發(fā)射低頻超聲脈沖，然后通過接收換能器(接收探頭)接收透射超聲信號并將信號經(jīng)過放大、濾波等信號處理以后顯示出來，某些智能化的超聲儀器能將信號儲存下來進行后期的信號處理，通過對這些信號的計算、加工，可以分析被測混凝土的內(nèi)部質(zhì)量。,1 超聲檢測儀,超聲檢測儀器的發(fā)展經(jīng)歷：電子管、晶體管、大規(guī)模集成電路、計算機處理系統(tǒng)等四代。 汕頭超聲電子公司生產(chǎn)的CTS-25型超聲儀就是晶體管為主、

22、帶有部分集成電路的儀器，而智博聯(lián)的ZBU520自動測樁儀則是第四代智能化儀器。前者為模擬式，其接收信號為連續(xù)的模擬量，后者為數(shù)字式智能型，其接收信號是間斷的數(shù)字信號，經(jīng)模/數(shù)(A/D)以及數(shù)/模(D/A)轉換后顯示成波形。 超聲檢測儀的性能要求依據(jù)標準是混凝土超聲波檢測儀(JG/T 5004-92)。 目前超聲檢測儀，國產(chǎn)的比進口的更加實用，價格也比較實在。主要原因是國產(chǎn)儀器都帶有波形顯示功能，即使是智能儀器也帶有模擬式讀數(shù)、手動游標等功能，而進口儀器很多不帶波形顯示，完全靠儀器自動判讀，容易出現(xiàn)丟失首波的問題。,2 超聲換能器,換能器，即具有能量轉換功能的傳感器。 因為超聲儀能處理電信號，即

23、電壓隨時間的波動，而混凝土中傳播的超聲波是機械波，首先需要將電信號轉變成機械振動，以發(fā)生超聲波，同時還需要將機械振動轉變?yōu)殡娦盘枺越邮粘暡ǖ綑z測儀器。 通過“壓電效應”可以達到這個目的。,壓電效應,正壓電效應：當晶體受到某固定方向外力的作用時，內(nèi)部就產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，同時在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當外力撤去后，晶體又恢復到不帶電的狀態(tài)；當外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。 逆壓電效應：對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現(xiàn)象，又稱電致伸縮效應。 壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型 5種基

24、本形式。 壓電晶體是各向異性的，并非所有晶體都能在這 5種狀態(tài)下產(chǎn)生壓電效應。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應，但具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。 依據(jù)電介質(zhì)壓電效應研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。,,目前用于混凝土超聲檢測的壓電材料一般都同時具有正壓電效應和逆壓電效應，這意味著我們不必區(qū)分發(fā)射換能器和接收換能器，儀器都能正常工作。常用的材料是壓電陶瓷復合材料，如鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鉛(PbTiO2)、鋯鈦酸鉛(PbZrO2PbTiO2)、偏鈮酸鉛(PbNb2O6)等。 用于混凝土檢測的超聲換能器，按照波型可分為縱波換能器和橫波換能器，按壓電體振動模式可分為平面式換能器和徑向

25、式換能器。簡單地說，我們常用的是縱波換能器，其中平面式換能器用于上部結構混凝土檢測，徑向式換能器用于聲波透射法檢測混凝土灌注樁。 橫波換能器一般用于測量材料的動彈特性(彈性模量、泊松比)，有時也可用于檢測填充了水的缺陷混凝土(如充滿水的裂縫或孔洞等)。,,換能器與混凝土表面接觸時，總是存在一定的空隙，為了保證超聲能量最大程度地進入混凝土、以及接收信號最大程度地進入換能器，必須通過耦合劑將接觸面空隙中的空氣排除。對于縱波換能器，平面式換能器一般采用黃油、凡士林等作為耦合劑，徑向式換能器一般采用水作為耦合劑。而橫波換能器不能采用黃油等耦合劑進行柔性耦合，因為橫波無法在液體、氣體中傳播，因此必須采用

26、膠黏劑將換能器牢固地粘結在混凝土表面或采用多層鋁箔作耦合層，將換能器緊貼于混凝土測試表面，才能將發(fā)射并接收超聲橫波，給實際應用增加了許多困難。,3 超聲儀的檢定,檢定的主要項目是聲時測量的準確性，通過測定空氣聲速的方法來檢驗儀器的聲時計量是否準確?？諝庵械穆曀僦饕軠囟茸兓挠绊憽＞唧w操作方法見超聲法檢測混凝土缺陷技術規(guī)程(CECS 21:2000)。簡要步驟如下： 準備一個如下圖所示的測量裝置，其中換能器之間的距離可以調(diào)節(jié)，并通過刻度尺測量其測距。分別測量兩換能器之間距離為50mm、100mm、150mm500mm下的聲時讀數(shù)(一般要求10組數(shù)據(jù))，同時準確測量空氣溫度Tk(精確至0.5)。

27、理論上測距l(xiāng)(mm)-聲時t(s)之間呈線性關系，則對測距-聲時進行線性回歸，求其斜率則為空氣中聲速va，并根據(jù)下式計算室溫Tk下空氣中的聲速vb：,,,則測量值va與理論計算值vb之間的相對誤差er為：,,要求er0.5%。如誤差超過范圍，首先應檢查測距、聲時、室溫測量的誤差，最后檢查儀器是否正常。,,空氣中聲速測量裝置 空氣中聲時-測距關系圖 1-滑輪 2-刻度尺 3-換能器 4-支架,,,4 超聲儀的保養(yǎng),只有保養(yǎng)良好的儀器，才能提供準確可靠的檢測數(shù)據(jù)，才能延長儀器使用壽命，創(chuàng)造良好效益。 超聲儀的保養(yǎng)需要注意以下幾點： 作為電子設備，避潮、避塵是最基本的要求。在使用中應注意避開潮濕

28、環(huán)境，露天操作時避開雨水，采用必要的遮擋(如覆蓋塑料布等等)。檢測完畢后應擦拭灰塵后裝箱。 避免振動對儀器的影響。振動會造成儀器零部件松動，從而影響其穩(wěn)定性甚至出現(xiàn)接觸不良。振動主要源于搬運途中。 正確連接各接頭。超聲儀的接頭主要有：發(fā)射、接收等各種傳感器連線，以及電源連線。注意CTS-25型儀器具有交、直流兩種電源供電方式，當采用直流供電(電瓶)時，應注意電源的極性，切忌反接，反接則造成儀器的供電部分燒毀，從而造成儀器不能使用。另外，換能器的連線接頭注意切忌用力拉扯，以免造成接觸不良出現(xiàn)干擾信號影響檢測。,四 超聲參數(shù)的檢測,1 超聲參數(shù)簡介 混凝土超聲檢測中常用的參數(shù)主要是：聲時(傳播時間

29、)或聲速、頻率、波幅(衰減)以及波形。 2 超聲聲時的測量 超聲聲時是混凝土超聲檢測中最基本的參數(shù)，通過聲時、測距可以計算被測混凝土的聲速，通常認為混凝土的聲速與其彈性模量、泊松比等相關，因而通過混凝土的聲速大小可以反映其密實度、強度等質(zhì)量狀況。只有準確測量超聲聲時值，才能準確判斷被測混凝土的內(nèi)部狀況。,,根據(jù)所采用的儀器不同，模擬式儀器和數(shù)字式儀器的聲時測量方法是不同的，但基本原理是一致的，即都是通過測量儀器發(fā)射超聲信號到接收到超聲信號首波之間的時間差來確定聲時的。 模擬式儀器的聲時測量注意事項 模擬式儀器通過手動游標判讀首波聲時，因此我們需要先了解超聲信號的波形特征，如圖7所示。圖中有一掃

30、描基線，接收信號呈類似于正弦波形，掃描基線上的小三角形稱為手動游標，儀器能將它所在的位置轉換成從發(fā)射信號算起的時間(聲時)，單位為s(微秒)，通過儀器的旋鈕可以調(diào)節(jié)其位置，從而將游標切到接收信號的首波前沿上，即可判讀接收信號的首波聲時，如下圖所示。,,模擬式儀器超聲信號基本特征 手動游標判讀聲時的位置,,,圖中游標的位置比較靠前，屬于剛剛碰到首波前沿的情況，實際上在檢測中較少采用這種方法。,,在用手動游標判讀首波聲時的時候，必須注意以下兩個方面的影響： 第一是游標的位置，顯然，游標位置靠前則測讀的聲時值偏低，相應的聲速測量值偏大；游標靠后則判斷的聲時值偏大，相應的聲速測量值偏小，因此有必要確

31、立一個比較統(tǒng)一的標準來進行游標的定位。,,檢測中常用的方法，即游標稍向后一些，使得游標向上突起的部分與首波向下的趨勢接近剛好抵消從而看不到游標的突起為準。,游標過分靠后，使得首波前沿的一部分被游標抵消以后變成“斷線”，因為這種位置標準不統(tǒng)一，檢測中應避免這樣的測讀法。,,第二是首波幅度的大小。 當首波幅度過小時，則其前沿的起始位置不易查找，聲時判讀值偏大。,首波幅度過大時，首波前沿容易判讀但易于靠前，使得聲時判讀值偏小。,通過儀器的“增益”與“衰減”調(diào)節(jié)首波幅度，通?！霸鲆妗笔遣浑S便動的，因為增益增大則掃描基線上的本底噪聲(雜波、干擾信號)也隨之增大，一般調(diào)節(jié)到“2”，主要通過調(diào)節(jié)衰減按鈕，使

32、得首波達到滿45格即可。,,,數(shù)字式、智能化儀器的聲時測量注意事項,數(shù)字式儀器以及智能化儀器都是根據(jù)超聲信號波形上的一些普遍規(guī)律進行聲時自動判讀的，這種普遍規(guī)律即超聲信號都具有一個比較陡峭的前沿，因此儀器設置了一個比較小的電壓稱為“門檻電壓”，即讀數(shù)的門檻，也叫閾值，其意義是當信號幅度超過該幅值時，則認為是信號首波，儀器測讀其位置，相當于儀器自動把“游標”調(diào)整到首波。這樣作的好處是自動判讀，但其缺點是，儀器判讀的首波比實際首波位置稍后一些。,,儀器自動判斷首波 自動判斷時實際首波位置的偏差,,,,當讀數(shù)門檻設置不當時，還會出現(xiàn)異常情況。,讀數(shù)門檻太大時，則出現(xiàn)“丟波”現(xiàn)象，即把低

33、于門檻的首波信號當作噪聲給“忽略”了。,門檻設置過低時把噪聲信號當作首波，出現(xiàn)誤判。,通過調(diào)節(jié)儀器的增益和門檻電壓來避免。 目前多數(shù)數(shù)字式、智能化儀器，都具備了手動游標讀數(shù)功能，必要時可以切換到手動模式。,,,聲時初讀數(shù)及其扣除,聲時初讀數(shù)也叫“零讀數(shù)”，主要來源于： 一是儀器各相關電路在處理交變電信號過程中產(chǎn)生的滯后，稱為“電延遲”；二是換能器在對信號進行電-聲轉換過程中產(chǎn)生的滯后效應，稱為“聲延遲”；三是換能器在與混凝土測試面的耦合過程中產(chǎn)生滯后，也是一種“聲延遲”，這幾部分的延遲累加起來，形成了超聲信號的初讀數(shù)，以t0表示。 為精確測量聲時值，則必須扣除t0。常用的方法有： 在儀器中直接

34、扣除法，這是大部分儀器采用的方法。即利用經(jīng)過檢定已知聲時的標準棒進行檢測，然后通過“調(diào)零”的方法，使儀器測讀的聲時讀數(shù)等于標準棒的聲時，則完成了初讀數(shù)的之間扣除。 還可以讀取聲時后再扣除，仍然是采用標準棒，測量儀器測讀標準棒的聲時值與其標準值之間的差值即為t0。其中標準棒也可以采用各向同性的、長方體形狀的有機玻璃等均質(zhì)體，通過測量不同方向的聲時值計算出其聲速以及t0再予以扣除。,柱狀徑向探頭聲時初讀數(shù)測量原理,對于柱狀徑向探頭，由于無法直接和標準棒耦合，則通過測量不同測距下水中聲時的辦法來計算初讀數(shù)。 其原理在于假設水中聲速處處相等，則不同測距l(xiāng)1和l2下的聲時t1和t2都包含了相同的初讀數(shù)，

35、通過下列方程，可以得出初讀數(shù)：,,3 混凝土缺陷的特征波形,超聲聲時、幅度、頻率等特征，都是表征混凝土質(zhì)量的超聲參數(shù)。 在檢測中，主要測量的參數(shù)是聲時，原因如下： 相對幅度、頻率而言，混凝土的聲速不容易受測試過程中換能器超聲性質(zhì)、耦合狀態(tài)等因素的干擾，從而能更準確地判斷混凝土質(zhì)量。超聲幅度除了與超聲波在混凝土中的衰減有關外，還與換能器與混凝土測試面之間的耦合狀況有關。當混凝土表面不平整、或耦合劑不夠時，則超聲信號幅度大大降低。更重要的是，即使是測試時耦合作用力的細微變化都足以造成首波幅度的大大波動，而測試人員按壓換能器的壓力大小在測試過程難以保證統(tǒng)一，因此首波幅度不能作為超聲檢測中的主要參數(shù)。

36、頻率則與換能器頻率相關，同時存在檢測較繁瑣等原因，因此一般不單獨將頻率作為主要參數(shù)。但是，首波幅度、頻率與聲時綜合起來，則稱為超聲波的波形，又是判斷混凝土質(zhì)量的主要依據(jù)。,混凝土波形特征,正?；炷恋奶卣鞑ㄐ?。圖中t1、t2、t3、t4、t5分別是接收波第一個周期的聲時，t1為首波聲時，t2為1/4周期聲時，t3為半周期聲時，t4為3/4周期聲時，t5為一周期聲時，通過測量這些聲時差，可以初步估算接收信號的頻率(精確計算需要進行頻譜分析)。正?；炷撂卣鞑ㄐ蔚拇笾绿攸c為：首波前沿較陡；首波幅度較高；波形比較飽滿，接近于正弦波，隨著繞射波的到達，后續(xù)波的幅度越來越大；頻率較高，接近于發(fā)射波頻率(

37、一般為換能器頻率，混凝土檢測采用的超聲波頻率一般在50kHz300kHz)；通過聲時計算得到的聲速一般在4000m/s5000m/s。,正?；炷恋奶卣鞑ㄐ?異?；炷敛ㄐ纬霈F(xiàn)畸變，特征：首波前沿平緩；首波幅度較低，有的甚至淹沒在背景噪聲中；波形不飽滿，有時不能呈正弦波特征；頻率很低，大大低于發(fā)射波頻率；通過聲時計算得到的聲速通常大大低于4000m/s5000m/s。有的甚至低于1000m/s。,混凝土波形實測圖,正?；炷敛ㄐ?異常混凝土波形,,上圖的異?；炷敛ㄐ纬Ｒ娪诨炷林袏A雜(如夾泥)、孔洞、疏松、裂縫、分層(界面結合不良)等質(zhì)量缺陷中。但當換能器與混凝土之間耦合不良時(如混凝土表面

38、不平整、混凝土與混凝土接觸面存在泥沙、耦合劑不正常等情況)，也會出現(xiàn)類似的波形，需要根據(jù)經(jīng)驗判斷，及時排除耦合不良造成的干擾。 不同的缺陷有的波形也有一些差別，需要在實踐中積累經(jīng)驗，不斷總結。,,另外，還有一種異常情況即波形很正常，其基本特征與正?；炷敛ㄐ晤愃疲ㄒ坏膯栴}是聲速偏低，如在3000m/s3500m/s左右，而波形甚至比混凝土中還飽滿，首波幅度很高。這種情況一般是超聲波在缺少石子的砂漿中傳播造成的，由于砂漿相當于混凝土而言，缺少石子，因此對超聲波的散射衰減大大降低。但砂漿的聲速一般只有3500m/s左右，而且砂漿的強度偏低，無法滿足承載能力要求，因此在檢測中也應注意。 總的來說，

39、超聲檢測混凝土缺陷目前基本上停留在半定性的階段，尚不能很好地區(qū)分缺陷類型，需要結合工程實際來判斷。,五 超聲法檢測混凝土缺陷,原理概述 1 基本原理 超聲法檢測混凝土缺陷的基本原理就是，通過超聲波在混凝土中傳播后發(fā)生的波形變化、利用聲時(本質(zhì)是聲速)、頻率、波幅等參數(shù)的特征，來綜合分析判斷其內(nèi)部狀況。 雖然實際上超聲波在混凝土中由于受到石子、氣孔、微裂縫、鋼筋等影響，會產(chǎn)生散射、繞射等過程，致使其傳播方向改變(非直線傳播)，但由于我們在測量時主要取首波，因此基本上還是認為在正常混凝土中，超聲波沿近似直線的路徑傳播。當遇到缺陷時則繞射是主要的，因此導致了聲速及波幅、頻率均下降，波形產(chǎn)生畸變。在對

40、缺陷進行定位時，也是以超聲在混凝土中的直線傳播為假設前提的。,,超聲波在混凝土缺陷檢測中的應用，主要依據(jù)是超聲法檢測混凝土缺陷技術規(guī)程(CECS 21:2000)，主要應用在：孔洞、疏松等內(nèi)部缺陷檢測、新舊混凝土結合面質(zhì)量檢測、裂縫深度檢測、表面損傷層深度檢測、鋼管混凝土質(zhì)量檢測、聲波透射法檢測混凝土灌注樁樁身完整性等。,超聲檢測中的基本原則(一),超聲波優(yōu)先選擇最短路徑： 即在超聲傳播路徑周圍，當存在不同介質(zhì)時，根據(jù)不同介質(zhì)的聲速差異，超聲波總是優(yōu)先選擇最快到達的那一條路徑，由于鋼筋中的縱波聲速大大高于混凝土(5900m/s)，因此，當超聲傳播路徑周圍存在鋼筋時，則超聲波往往會從鋼筋“短路”

41、。為避免鋼筋的影響，一般應使傳播路徑不與鋼筋軸線平行或離開鋼筋約l/5l/6。同時，超聲波的這種特性也是用來檢測混凝土表層損傷深度、裂縫深度等的一個依據(jù)。當混凝土是均質(zhì)的時候，一般認為超聲波在混凝土中是直線傳播的。因此，當檢測混凝土結合質(zhì)量時，就必須讓超聲波穿過結合面，為此常常必須采用斜測法等。,超聲檢測中的基本原則(二),正?；炷恋某晠⒘炕旧戏险龖B(tài)分布： 這是判斷混凝土中是否存在異常測點的主要依據(jù)。這種方法也叫“概率法”，是混凝土缺陷檢測中最常用的判據(jù)，即混凝土的超聲聲速等各參數(shù)基本在其平均值附近，當出現(xiàn)偏離平均值較大的值時，則可判斷其為異常值。異常值判定值的大小與測點數(shù)有關，也與被

42、測混凝土本身的質(zhì)量波動(標準差)有關。必須指出的是，僅當測距可以準確測量的前提下這一假設才能成立，這就意味著對于預埋聲測管進行聲波透射法檢測的灌注樁，由于測距實際上是變化的(因為聲測管總是難免在埋設后產(chǎn)生扭曲)，因此一般不采用這種數(shù)理統(tǒng)計的方法判斷異常部位，其判據(jù)另外介紹。同時，進行數(shù)理統(tǒng)計的超聲參量一般是聲時或聲速，較少采用頻率、波幅等參數(shù)。,,2 基本方法 根據(jù)構件的幾何外形、大小以及現(xiàn)場條件(所能布置的檢測面)、測試面狀況、缺陷類型等，選擇不同的測試方法。常用的有： 采用平面換能器測試時(厚度振動換能器) 優(yōu)先采用對測法：當被測部位具有相互平行的相對的測試面時，應優(yōu)先選擇對測法。此時收發(fā)

43、換能器位于兩個相對測試面，超聲測線垂直于測試面，接收波的波前正對接收探頭，接收信號強度是所有方法中最大的，因此最容易進行結果判斷。,,其次選擇斜測法：斜測法有兩種，一種是指兩個檢測面相交(檢測面相鄰)，兩個探頭在丁角進行測試；一種是指兩個相對的測試面，但兩個探頭軸線與被測面形成不等于90的角度，如果測試面是垂直于地面的(這種情況是常見的)，那么探頭軸線則非水平，常用于新舊混凝土接合面質(zhì)量檢測，目的是使得超聲波能穿過接縫。 平測法：當被測部位僅有一個測試面時，采用此方法，即發(fā)射、接收探頭位于同一個測試面，此時一般必須將兩個探頭的間距進行等距離變化測得一組數(shù)據(jù)，根據(jù)測點間距與聲時的線性關系變化來進

44、行判斷。一般用于混凝土表面損傷深度測試、裂縫深度測試等。,,鉆孔、預埋管檢測(采用徑向振動式換能器) 管(孔)中對測：適用于灌注樁以及大體積混凝土以及。灌注樁中預埋2根以上聲測管，采用柱狀徑向振動式換能器進行檢測是目前常規(guī)檢測方法之一。除此之外，對于大體積混凝土，由于測距太大，無法直接在兩個相對面直接測試(比如大底板)，或者澆注側面均被遮擋、隱蔽無法布置測點(比如大底板)，也可采用預埋聲測管或者鉆孔的辦法進行檢測。測試時兩個探頭位于同一高度，同步提升。 管(孔)中斜測：上述構件中，當存在水平缺陷，對測有可能漏測(比如水平裂縫)，此時可將兩個探頭取不同高度進行斜測，探頭同步提升。,,孔中平測：將

45、一對徑向振動式探頭或者一發(fā)雙收探頭置于同一個測孔中(聲測管不用此法)，測試孔壁周邊混凝土狀況。較少采用。 混合檢測：同時采用柱狀徑向換能器和平面式換能器進行檢測，孔中放徑向換能器，側面布置平面換能器。比較少用。,3 超聲檢測影響因素,耦合狀態(tài)：所謂“耦合”，是指讓超聲波探頭和被測混凝土表面密切接觸，盡量避免能量損失。對于平面探頭，雖然探頭面和混凝土測試面都是平的，但是實際上混凝土和探頭表面都有無數(shù)肉眼無法觀察到的凹凸，里面存在空氣，如果直接進行測試會導致超聲能量被這些表面的凹凸部位中的空氣吸收衰減，大大影響超聲穿透能力，因此必須采用黃油、凡士林等糊狀物來填補混凝土測試面與探頭接觸面之間的空隙，

46、形成良好的耦合。對于柱狀徑向探頭，采用水進行耦合，因此柱狀徑向探頭具有水密性的指標要求，0.4MPa下不允許漏水。,,鋼筋：超聲波在鋼中的傳播速度(縱波聲速一般為5.9km/s左右)大大高于混凝土(縱波聲速一般為4.0km/s5.0km/s)，如果在超聲傳播路徑上或其周圍存在鋼筋，則會有部分或者大部分超聲信號沿著鋼筋傳播而且比在混凝土中傳播的信號先到達接收探頭，從而導致檢測到的聲時值偏小，這叫做“視聲時”，即實驗觀察到的聲時，它是受到干擾的不準確的聲時。這樣會導致計算出來的聲速偏大，增加檢測方風險。 水分：水分填充了混凝土中的孔隙，混凝土孔隙中的空氣被水取代，由于水的超聲波速度和阻抗比空氣大得

47、多，和空氣相比，超聲波在水中傳播的速度大，衰減小，因此如果混凝土中的缺陷被水分填充，將會造成超聲傳播的“水短路”，導致缺陷判別的困難。,混凝土裂縫深度檢測,1、單面平測 適用于結構只有一個表面可供測試時，如混凝土路面、地下室剪力墻、飛機跑道、大體積混凝土等。最大檢測深度為500mm。,,平測裂縫如上圖所示，基于下列的假設： 裂縫附近混凝土質(zhì)量基本一致(聲速基本相等)； 跨縫聲速和不跨縫聲速一致； 超聲波繞過裂縫尖端傳播。 根據(jù)上述假設，通過上圖的幾何關系，可以推導出裂縫深度的計算公式如下：,,,測點布置如下圖所示。注意測距是測量兩個換能器的內(nèi)邊緣距離。,,在跨縫和不跨縫處均布置等間距測點，跨縫

48、檢測時測點應在裂縫兩側對稱分布，將不跨縫處測點聲時讀數(shù)作圖，取其斜率為不跨縫處聲速。在裂縫深度的平測法檢測中，跨縫檢測時常會遇到如下圖所示的首波“反相”現(xiàn)象。,,大量的實驗室研究和工程檢測表明，單面平測法檢測裂縫深度時，當測距從大變小的過程中，存在這樣一個臨界點，首波開始反相，低于這個測距后，首波基本上都是反相的。有個比較簡便的近似關系是，首波反相的臨界點測距l(xiāng)=2hc，也有觀點認為裂縫較深的時候l=hc。規(guī)范CECS 21:2000是規(guī)定：在發(fā)現(xiàn)反相的臨界點，取該測距及其兩個相鄰測距的測量值計算裂縫深度后進行平均。當無法觀察到首波反相時，則對每個測距計算裂縫深度，然后計算所有測點裂縫深度平均

49、值，剔除其中小于平均值測距下的測試數(shù)據(jù)，以及大于3倍平均值的測試數(shù)據(jù)，然后重新計算平均值作為裂縫深度計算值。 當檢測樓板、剪力墻等結構構件時，注意測點布置應保證超聲傳播路線和鋼筋分布盡量呈45夾角，以避開鋼筋影響。,2、裂縫雙面斜測：,單面平測法的前提條件是超聲波繞過裂縫尖端傳播。當裂縫尖端存在水分、塵土顆粒等雜質(zhì)時，或者裂縫局部被水分、塵土顆粒等填充時，會成為超聲傳播的通道，因此導致深度測試的誤差(使裂縫深度偏小)。因此，當結構具有兩個相互平行的可測面時，優(yōu)先選擇雙面斜測法。如下圖所示。,,根據(jù)波幅、聲時和主頻的突變來判定超聲波是否穿過裂縫傳播，可以判斷裂縫是否貫通截面。,3、鉆孔檢測裂縫深

50、度,鉆孔對測法適用于大體積混凝土，預計深度在500mm以上的裂縫檢測，需要在被測混凝土上鉆孔。鉆孔有如下要求： 孔徑應大于換能器直徑5mm10mm； 孔深應超過預計裂縫深度700mm，可初測后補鉆； A、B兩個測孔必須始終位于裂縫兩側(對于斜裂縫要注意)，且測孔應保持平行； 測孔間距AB、BC宜為2m左右，且AB=BC； 孔中粉末碎屑必須清除干凈； 必須在跨縫的AB和不跨縫的BC兩條連線上分別進行測試。C孔可淺些，以便于將跨縫和不跨縫測試數(shù)據(jù)加以對比。,鉆孔檢測裂縫示意圖,,一般選擇20kHz60kHz的徑向振動式換能器，測試前先向測孔中注滿清水，徑向換能器以(100400)mm的測距同步移動

51、，讀取各深度的聲時、波幅等讀數(shù)，繪制深度-波幅以及深度-聲時曲線，如圖25(C)所示。一般波幅對裂縫較為敏感，當波幅穩(wěn)定在較大的數(shù)值后，可認為已經(jīng)超過裂縫尖端了，通過圖25(C)的拐點可確定裂縫深度。,不密實區(qū)和空洞檢測,不密實區(qū)是指因振搗不足、漏漿、石子架空等原因造成的蜂窩狀缺陷，或者因水泥缺少而形成的松散狀以及遭受意外損傷造成的疏松狀混凝土區(qū)域。不密實區(qū)和空洞檢測要求檢測部位必須具有一對或兩對相互平行的測試面。檢測的時候，應在同條件的正常混凝土上進行對比測試，對比測點數(shù)不得少于20點。 根據(jù)被測構件的實際情況，選擇下列方法之一進行檢測： 1、對測法：適用于構件具有兩對相互平行的測試面。如下

52、圖所示。,對測法示意圖,(a)平面圖 (b)立面圖,,,,2、斜測法： 當只有一對相互平行測試面時，可采用斜測、對測結合的方法，如下圖所示。 斜測的目的在于能發(fā)現(xiàn)水平走向的缺陷。,3、鉆孔法： 當測距較大時，可采用鉆孔或預埋管法。 一般測距大于2m3m以上時采用此方法，鉆孔內(nèi)采用徑向換能器，側壁采用平面換能器。鉆孔間距也不得大于3m，孔徑要比換能器直徑大5mm10mm，孔中注滿清水?？梢杂脧较驌Q能器和平面換能器結合成收發(fā)換能器對進行檢測。,,平面圖 (b)立面圖,,測試中，必須在測試部位彈畫網(wǎng)格線，網(wǎng)格間距一般為(100300)mm，測試部位表面必須清理干凈、必要時打磨平整。如果

53、存在缺陷，可以采用高強度快凝砂漿抹平，干后測試。 測試前必須涂耦合劑，一般耦合劑為黃油或者凡士林。鉆孔測試時注滿清水耦合。測試前必須準確量測超聲測距，精確至1%。,對于缺陷的判斷，主要是采用數(shù)理統(tǒng)計，認為超聲參數(shù)符合正態(tài)分布，將各測點的波幅、聲速或主頻值等超聲參數(shù)Xi由大到小按順序排列，將排在后面的明顯小的數(shù)據(jù)視為可疑，再將這些可疑數(shù)據(jù)中最大的一個Xn其前面的數(shù)據(jù)計算平均值、標準差，并按下式計算異常情況判斷值： X0=mx-1sx 將X0同Xn進行比較，如果XnX0，則Xn及排列其后的數(shù)據(jù)均為異常值，并且去掉Xn，對X1Xn-1再次進行計算和判別，直至比較的結果沒有異常值為止。當XnX0時，則

54、應將Xn+1放進去重新進行計算和判別。,例題,采用超聲法進行構件混凝土密實性檢測，經(jīng)過計算得到的聲速數(shù)據(jù)如下表1所示，請根據(jù)表2所提供的1值分析判斷是否存在異常測點？如果有請將它們一一找出來。,例題,表2,解： (1)24個測點聲速平均值、標準差：,,,例題,N=24，查表2得1=1.73 聲速異常值判定值 v0=mv-1Sv=4.48-1.730.10=4.31km/s 比較得v12=4.23km/s

55、22，查表2得1=1.69 聲速異常值判定值 v0=mv-1Sv=4.50-1.690.08=4.36km/s 比較得v13=4.32km/s

56、注的混凝土之間形成的接觸面，常見的有：梁柱節(jié)點施工縫、混凝土修補部位、混凝土加大截面法加固部位等。 可以根據(jù)結合面形狀選擇對測法和斜測法，如下圖所示。檢測中超聲信號必須穿過結合面?zhèn)鞑?，同時必須有在完好混凝土中傳播的數(shù)據(jù)作為對比。檢測數(shù)據(jù)可以按照“不密實區(qū)和空洞檢測”的方法進行處理、判斷。,,混凝土結合面質(zhì)量檢測示意圖,表面損傷層檢測,混凝土表面損傷層主要指凍害、化學侵蝕、高溫損傷(如火災)等造成的混凝土表層出現(xiàn)疏松、開裂、剝落等現(xiàn)象。,,,混凝土表面損傷層厚度檢測 損傷層檢測“時-距”圖,,將發(fā)射、接收換能器置于被測的混凝土損傷表面同一側，發(fā)射換能器不動，接收換能器逐漸遠離(測距增大)，

57、測距以兩換能器之間的內(nèi)邊距計算。由于混凝土損傷后聲速下降，同時假設損傷層聲速是不變的，則當測距較小時，超聲波從損傷層傳播的時間比繞過損傷層而從下部正?；炷羵鞑サ臅r間短，則超聲波主要從損傷層傳播；隨著測距的增大，則由于損傷層聲速比正常混凝土大大降低，則超聲波從正?；炷羵鞑サ臅r間比從表層損傷層傳播的時間短，將檢測得到的聲時-測距作圖，則從理論上，會出現(xiàn)前幾個測點形成一條直線，后幾個測點形成另一條直線，其斜率是不同的，如圖31所示，前幾個測點組成的直線斜率較小(聲速較小)，后一條直線斜率較大(聲速較大)，通過回歸或平均計算等方法，分別求出兩段直線的斜率(即不同層的聲速)，代入下式即可計算出損傷層

58、深度：,,,鋼管混凝土缺陷檢測,鋼管混凝土是指以封閉的鋼管作為外壁，內(nèi)部填充混凝土并結合成整體進行受力的復合結構材料。常見的鋼管混凝土一般是圓形截面的，常見于橋梁、高層建筑等。也有方形截面的鋼管混凝土。,例題,某鋼管混凝土截面尺寸為圓形，直徑為600mm，壁厚25mm，如采用超聲法進行徑向對測，假設混凝土中聲速為4.50km/s，鋼管聲速為5.40km/s，試計算： (1)未澆筑混凝土時，接收信號的首波聲時是多少？ (2)澆筑混凝土后，對于密實的混凝土，其接收信號的首波聲時是多少？ (3)如果存在如下圖所示的膠結不良，接收信號的首波聲時是多少？,例題,例題,解： (1)未澆筑混凝土時，超聲波沿

59、鋼管壁傳播，故接收信號首波聲時：,,(2)澆筑混凝土后，超聲信號可以穿過鋼管后沿內(nèi)部混凝土傳播：,,例題,(3)超聲波將從發(fā)射換能器繞過膠結不良的部位，從周圍的混凝土繞過鋼管到達接收換能器，如下圖所示。由于鋼管中的聲速較大，因此必須分別計算超聲波從左邊、右邊到達接收換能器的聲時。,例題,先計算左邊路徑的聲時： 發(fā)射混凝土端鋼管傳播時間：,,在混凝土中直線傳播的時間：,,例題,到達鋼管后接收端鋼管繞射的傳播時間：,,以上三項相加為：4.8+118.1+29.1=152.0(s) 再計算右邊路徑： 發(fā)射混凝土端鋼管傳播時間：,,,例題,在混凝土中直線傳播的時間：,,到達鋼管后接收端鋼管繞射的傳播時間：,,以上三項相加為：4.7+120.4+19.4=144.5(s) 由于左邊聲時152.0s 右邊聲時144.5s 接收信號首波聲時為144.5s。,謝謝大家！,