超声法检测混凝土缺陷.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、概述,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,检测目的：,查明混凝土缺陷的性质、范围及尺寸,检测方法：,机械波法：超声脉冲波、冲击脉冲波、声发射,穿透幅射法：,x,射线、,射线、中子流,一、概述,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,在混凝土检测中的应用,非破损检测混凝土内部的空洞、离析,检测混凝土裂缝的深度,检测混凝土接触面的结合质量,检测混凝土表面的损伤层厚度,二、,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、配合比、龄期和测试距离一致）,二、,超声法检测的基本原理,3.频率,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,测距越远，高频成分衰减越多,混凝土内部缺陷及裂缝使主频下降,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,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,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,目前对波形的研究只能作一般的观察、记录,二、,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,计算机自动寻找,二、,超声法检测的基本原理,5.3 零读数t,0,的标定方法,仪器显示时间,t,1,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）,t,0,，,t=t,1,-t,0,直接相对法，适用于作为精度要求不高或测距较大情况下，夹心式换能器的,t,0,标定,长短测距法，适用各类平面换能器,t,0,标定,标准棒法,二、,超声法检测的基本原理,6.振幅的测量方法,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,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,二、,超声法检测的基本原理,7.频率的测量方法,测量周期法,f=1/4(t,2,-t,1,),=1/2(t,3,-t,2,),=1/(t,4,-t,2,),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,1.平测法,1.1 适用范围,只有一个表面可供超声检测,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,l,i,为,100,、,150,、,200mm,，分别读取声时值,t,i,，绘制“时,-,距”坐标图，或用回归分析求出：,l,i,=a+bt,i,，则每测点超声波实际传播距离：,l,i,=,l,i,+|a,|,，得出超声波传播速度：,v=(l,n,-l,1,)/(t,n,-t,1,),或,v=b,三、超声波法检测混凝土缺陷,第二步，跨缝声时测量：将,T,和,R,置于裂缝对称的两侧，,l,i,取,100,、,150,、,200mm,，分别读取声时值,t,ci,，同时观测首波相位的变化,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,无反相，则将剔除,l,i,3m,hc,数据，取余下的,h,ci,的平均值,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（,40,50,）,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,三、超声波法检测混凝土缺陷,3.钻孔测法,3.1 适用范围,大体积混凝土，裂缝深度大于,500mm,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,5,10mm,测孔深度应大于裂缝深度,600,800mm,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一定的倾斜角,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,测试孔注满清水，将,T,、,R,置于裂缝同侧的,B,、,C,孔中,以,200,300mm,的相同步距向下移动,T,、,R,，并读取相应的声时与波幅值,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,主要以波幅测值作为判据,绘制深度,-,波幅坐标图,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,采用斜测法,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,1.测试方法,1.1 平面对测,结构被测部位有两对互相平行表面,在测区的两对平行表面上，画,100,300mm,网格并逐点编号,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,38,45mm,，孔深根据测试要求确定,耦合：测孔用清水，侧面用黄油,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,异常值的判别方法：根据概率统计理论确定，即置信范围（,m,x,1,S,x,),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）,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 异常值的判别,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,t,i,按大小顺序排列，,t,1,t,2,t,3,t,n,，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（,m,t,）和标准差（,S,t,）的统计 以,x,0,=,m,t,+,1,S,t,为异常值的临界值,，,当参与统计的可疑值,t,n,x,0,时，则,t,n,及排列于其后的声时值为异常值，再将,t,1,t,n-1,进行统计判断，直至判不出异常值为止。若,t,n,X,0,时，再将,x,n+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,相邻测点异常的临界值，按下式进行统计判断。,X,0,=,m,x,-,2,S,x,或,X,0,=,m,x,-,3,S,x,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,根据异常测点的分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,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,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：,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=(t,h,-t,m,)/t,m,，Y=l,h,/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r,三、超声波法检测混凝土缺陷,（三）混凝土结合面质量检测,1.测试方法,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,各对换能器连线应采用穿过和不穿过结合面布置,各对换能器连线的倾斜角、测距应相等,测点间距100300mm,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，可判为异常测点,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,三、超声波法检测混凝土缺陷,3.实例,根据声时判别结果，,t,3,、,t,4,、,t,8,、,t,9,、,t,12,、,t,15,为异常值,根据波幅统计和判别结果，,A,1,、,A,3,、,A,4,、,A,8,、,A,9,、,A,12,、,A,15,为异常值,三、超声波法检测混凝土缺陷,（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l,0,，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h,f,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t,1,、t,2,、t,3,、，并测量每次T、R内边缘之间的距离l,1,、l,2,、l,3,、，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,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,建立回归直线方程,三、超声波法检测混凝土缺陷,损伤层厚度的计算,4.注意事项,为增强接收信号，宜选择低频换能器（,30,50kHz,）,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,1.耦合状态的影响,测面平整,耦合剂厚度均一,无泥砂粘附,2.,钢筋,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,力求混凝土处于干燥状态，缺陷内的空气不能被水充填,四、,超声波检测的仪器设备,（一）超声波检测仪的技术要求,1.分类,模拟式，由时域波形信号测读声学参数。如,CTS-25,、,SYC-2,等,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,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,0.1,s,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,10,500kHz,，总增益不小于,80dB,，接收灵敏度,(S/N=3/1),不大于,50,V,电源电压波动范围在标称值,10%,的情况下能正常工作,连续正常工作时间不少于,4h,四、,超声波检测的仪器设备,（二）换能器的技术要求,1.分类,厚度振动方式,径向振动方式,2.,技术要求,频率选择：厚度振动方式,-20,250kHz,径向振动方式,-20,60kHz,四、,超声波检测的仪器设备,四、,超声波检测的仪器设备,（一）超声波检测仪的检定,1.声时计量校验,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,t,1,、,t,2,、,t,3,、,t,n,，同时测量空气温度,T,k,（精确至,0.2,）,四、,超声波检测的仪器设备,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,v,s,（精确至,0.1m/s,）,计算空气声速的标准值,v,c,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,2.波幅计量校验,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,五、重点内容,超声波检测的基本原理,声学参数与混凝土缺陷间的关系,平测法检测裂缝深度的方法步骤,混凝土不密实区与空洞检测异常数据的判别,超声法检测混凝土缺陷的影响因素,超声仪的零读数确定方法,换能器频率的选择,六、混凝土不密实区计算实例,本次讲课结束,