CECS_21：2000超声波检测混凝土缺陷技术规程条 文 说 明.pdf

中国工程建设标准化协会标准中国工程建设标准化协会标准超声法检测混凝土缺陷技术规程超声法检测混凝土缺陷技术规程CECSCECS 21:200021:2000TechnicalTechnical specificationspecification forfor inspectioninspection ofofConcreteConcrete defectsdefects byby ultrasonicultrasonic methodmethod条条 文文 说说 明明中国工程建设标准化协会标准超声法检测混凝土缺陷技术规程TechnicalTechnical specificationspecification forfor inspectioninspection ofofconcreteconcrete defectsdefects byby ultrasonicultrasonic methodmethodCECSCECS 21:200021:2000条文说明主编部门陕西省建筑科学研究设计院上海同济大学批准部门中国工程建设标准化协会施行日期 2001 年 1 月 1 日目 录1 总则.53 超声波检测设备.63.1 波检测仪的技术要求.63.2 换能器的技术要求.83.3 超声波检测仪的检定.84 声学参数测量.94.1 一般规定.94.2 声学参数测量.105 裂缝深度检测.125.1 一般规定.125.2 单面平测法.125.3 双面斜测法.135.4 钻孔对测法.136 不密实区和空洞检测.156.1 一般规定.156.2 测试方法.156.3 数据处理及判断.167 混凝土结合面测质量检测.177.1 一般规定.177.2 测试方法.177.3 数据处理及判断.178 表面损伤层检测.198.1 一般规定.198.2 测试方法.198.3 数据处理及判断.209 灌注桩混凝土缺陷检测.229.1 一般规定.229.2 埋设超声检测管.229.3 检测前的准备.229.4 检测方法.239.5 数据处理与判断.2310 钢管混凝土缺陷检测.2510.1 一般规定.2510.2 检测方法.2510.3 数据处理及判断.26附录A 测量空气声速进行声时计算.27附录B 径向振动式换能器声时初读数T00的测目.28附录C 空洞尺寸估算方法.291 总则1.0.21.2.3 本规程适用于各种混凝土和钢筋混凝土的缺陷检测根据我国工程质量检测的实际需要增添了灌注桩和钢管混凝土缺陷检测本规程的修订反映了混凝土超声检测技术不断成熟以及用于混凝土检测的超声仪器已发展到一个新水平1.0.4 由于混凝土是非均质的弹粘塑性材料对超声脉冲波的吸收散射衰减较大其中高频成份更易衰减因此超声波检测混凝土缺陷一般采用较低的发射频率当混凝土的组成材料工艺条件内部质量及测试距离一定时其超声传播速度首波幅度和接收信号主频等声学参数一般无明显差异如果某部分混凝土存在空洞不密实或裂缝等缺陷破坏了混凝土的整体性与无缺陷混凝土相比较声时值偏大波幅和频率值降低超声波检测混凝土缺陷正是根据这一基本原理对同条件下的混凝土进行声速波幅和主频测量值的相对比较从而判定混凝土的缺陷情况1.0.5 在进行混凝土缺陷检测时还应遵守现行的安全技术和劳动保护等有关规定3 超声波检测设备3.1 波检测仪的技术要求3.1.1 原规程编制过程中我国尚未生产数字式混凝土超声检测仪超声检测设备的技术要求是按当时模拟式非金属超声仪的技术性能提出的近年来国内先后研制生产了性能好功能多的数字式非金属超声检测仪为了适应这两类混凝土超声检测仪的使用修订中除了保留两类仪器的共性要求外还分别对模拟式和数字式超声波检测仪的技术性能提出了要求两类混凝土超声波检测仪的含义是1 式仪器用游标读取首波声时并由数码管显示也可由接收信号首波波幅起跳达到一定电平后关断声时计数电路并自动显示声时值但当信号软弱时声时读数的误差较大波幅的读数采取固定屏幕波幅调节衰减器衰减值读取或者保持衰减器不动直接在屏幕上读取首波高度的刻度数2 数字式仪器是将接收信号按一定时序转换成二进制数字量存入计算机内存可通过软件程序判读首波声时其判读精确度由数字波形样品时间间隔和软件功能决定应能在低信噪比情况下准确判读而波幅值由软件判读计算直接读取并显示于仪器屏幕上3.1.2 波检测仪应按现行国家有关标准要求进行严格的质量检定每项指标应达到规定的质量要求方可使用3.1.3 声波检测仪应满足下列技术要求1 结构混凝土存在缺陷时会使声时波幅主频和波形发生变化因此测量这些声学参数都须使用波形稳定清晰的波形显示系统2 声时最小分度是声时测量精度的决定因素因此超声检测仪应满足这个要求3 在测距一定且测线平行的条件下接收信号首波的大小可以反映混凝土缺陷的存在与否模拟仪器一般采用衰减器测量波幅值因此超声仪应具有最小分度为 1dB 的衰减器数字式仪器的波幅判读由软件计算其波幅的 dB 值或直接读取波幅的电压值其精度均已超过 ld4 仪器接收放大器的主频响应与混凝土超声检测中一般使用 20250kHZ 的换能器相适应所以接收放大器在此频响范围可以满足电气性能要求单纯考虑接收放大器的增益是不全面的应同时考虑其噪声水平所以用信噪比达到 3:l 时的接收灵敏度要更为实际它可以直观的反映出仪器与超声波穿透距离有关的重要技术因素5 仪器对电源电压的适应范围系指当电源在此范围内波动时其全部技术指标仍能达到额定值3.1.4 对模拟式超声波检测仪还应满足下列技术要求1 模拟式超声波检测仪必须具备手动游标读数功能以便准确判读首波声时自动整形声时读数功能一般仅适应于强信号弱噪声条件信噪比降低会导致自动整形序时读数的大误差甚至丢波要谨慎使用2 模拟仪器数码显示的稳定性是准确测量的基础现场测试一般要求仪器连续工作 4h 以上在工作期间仪器性能必须保持一定的稳定性3.1.5 对数字式超声波检测仪还应满足的技术要求1 数字式仪器以自动判读方式为主在大距离测试或信噪比极低的情况下需要用手动游标读数手动或自动判读声时在同一测试条件下测量数值的重复性是准确测量的基础故应建立一定的检查声时测量重复性的方法在重复测试中判定首波起始点的样本偏差点数乘以样本时间间隔即声时读数的差异2 数字化超声波检测仪波幅读数的精度取决于数字信号采样的精度和屏幕波形幅度在采样精度一定的条件下加大屏幕幅度可提高波幅读数的精度直接读取波幅电压值其读数精度应达到 mv 级并取小数点后有效位数两位在混凝土缺陷检测中结合波形畸变现象有利于缺陷判别因此要具备显示存储和打印数字化波形的功能波形最大存储长度由最大探测距离所决定3 自动判读声时及波幅时在屏幕上应显示其判读的位置这样可及时检查自动读数是否存在错误4 数字化超声波检测仪一般都具有幅度谱功能3.2 换能器的技术要求3.2.1 混凝土上缺陷超声检测中根据需要可采用平面测试单面测试和通过两个平面对穿测试或孔中测试单孔和双孔测试平面测试所用的换能器是厚度振动方式孔中测试用径向振动式换能器园管式换能器径向指向性一致3.2.2 混凝土缺陷检测一般选用频率为 20250kHz 的换能器径向振动式换能器目前最高频率有 60kHz 可根据测距大小和混凝土质量好坏选用合适频率的换能器一般在保证具有一定接收信号幅度的前提下尽量选用较高频率的换能器以提高对小缺陷反映的灵敏性3.2.3 换能器的实测频率与标称频率应尽量一致实际频率差异过大易使信号鉴别和数据对比造成混乱在水中检测一般水深不大于 100m 换能器水密性在 1MPa时不漏水是可以满足要求的3.3 超声波检测仪的检定3.3.1 这项检验方法为定期检验仪器综合性能提供一种声时理论值的标准不仅检验了仪器的计时机构是否可靠还验证了仪器操作者的声时读取方法是否准确3.3.2 波幅值一般按分贝 dB 计量表示波幅值被增加或减少 6dB 对应的屏幕波幅高度应升高或降低一倍如果波幅变化高度不符表示仪器衰减系统不正确或者波幅计量系统有误差但要注意波幅变化中应始终不超屏4 声学参数测量4.1 一般规定4.1.1 了解收集被测结构的有关资料和情况为综合分析产生质量问题的原因和拟定检测方案提供依据同时也是综合分析测试结果和存档必不可少的技术资料4.1.2 质量有怀疑的部位是大家关注的目标结合测试操作条件的可能性检测应突出重点选取对混凝土质量有争议或根据施工情况易产生质量事故的部位进行检测以求迅速而准确的判定质量问题4.1.3 超声测缺的基本目的是寻找隐蔽于结构混凝土内部的缺陷和不均匀性但反映混凝土质量的声学参数容易受混凝土表面状态影响为了使检测数据具有真实性和良好的可比性必须避免表面状况对检测的影响因此应保混凝土测试面平整清洁无泥砂灰尘4.1.4 因为超声波在混凝土中的衰减大小除了与混凝土质量有有关外与发射的超声波主频有关较高主频的超声波在混凝土中声能衰减更快首波幅度变化更明显判别缺陷的灵敏度高但选用的主频过高首波很微弱无法辨别波幅的变化也不能有效判别混凝土缺陷因此在工程检测中应视当时的测距大小选用较高主频换能器使用模拟式仪器时宜以无缺陷混凝土的首波幅度不小于 30mm 为前提4.1.5 换能器辐射应通过耦合剂与混凝土测试表面接触以保证良好的声耦合当耦合层中夹杂泥沙或者存在空气使声时延长波幅降低检测结果就不能真实反映混凝土内部质量情况4.1.6 由于钢筋声速比一般混凝土声速高当声传播路径与钢筋轴线平行且比较靠近时大部分路径沿钢筋轴向传播的声波比沿混凝土直接传播的声波早到达接收点即钢筋使声信号短路因此使测得声时波幅不能反映混凝土的实际质量情况通过理论当 TR 换能器的连线与钢筋的最小距离大于测距的 L/6 时可避免上述影响4.2 声学参数测量4.2.1 采用模拟式超声检测仪测量应按下列方法操作1 由于超声测缺技术是在相同技术条件混凝土的原材料配合比浇筑工艺及构件类型配筋情况测试距离耦合状态等下进行声学参数的测量和比较所以检测一个工程时测试技术条件应始终保持一致保证测得的数据具有可比性因此在测量前应视结构的测距大大小和混凝土外观质量情况将仪器的发射电压固定在某一合适位置为便于观察和测读缺陷区的软弱信号应以扫描基线不产生明显噪音干扰为前提将仪器增益尽量调到最大位置2 声对测读值往往随着首波幅度的变化而有所波动为了减少人为误差规定每次读取声时值时应将首波幅度调至一定高度3 波幅测量的目的是比较超声波在相同的混凝土内传播时能量的变化情况有缺陷的混凝土超声波在缺陷体界面发生散射绕射及折射反射造成声能不同程度的损失首波幅度必须下降测量前应使换能器与测试面耦合良好测试面平整耦合层中不得夹杂泥砂 l2 两种方法均为相对比较方法 1 适用于测距长或强度等级低的混凝土方法 2 适用于测距小接收信号强的情况4 主频测量是测量接收信号第一个波的周期再按主频值是周期的倒数的关系计算而得如果波形发生畸变测得主频的误差较大5 观察描绘或拍摄波形可作为缺陷判别的参考因为质量完好与存在缺陷的混凝土相比较接收信号的波形或包络线的形状总是有差别的一般说来有缺陷的混凝土其波形必然产生畸变但波形出现畸变并不一定是缺陷随着研究工作的深入和频谱分析技术的发展有可能找出混凝土不同缺陷的某些特征波形4.2.2 采用数字式超声检测仪测量应按下列方法操作1 超声仪的发射电压决定了换能器的发射能量即与接收信号的波幅有关采样主频与声时测读精度有关为使声时波幅波形等声参量有相互可比性应根据测距大小和混凝土外观质量情况固定仪器的发射电压采样主频等参数2 数字式超声波检测仪在自动测读声时及波幅时当操作不当或噪声很强时会发生误判应在自动判读后及时观察自动判读是否正确否则应重新采样再次自动判读或改用于动游标读数主频测量采用一定长度波形样品进行线性 FFT 运算并自动判读在做频谱分析计算时参与分析计算的波形段的各波峰有可能因过份放大而削顶称削波由于出现削波时频谱分析将出现误差故参与频谱分析的波形段不应削波3 数字式仪器声时波幅的手动测量使用手动游标读数主频的手动测量是通过游标读取相邻波峰或波谷的时间值即为超声波在此瞬时的周期 T 周期的倒数即为主频4 在缺陷检测过程中应将完整混凝土的超声接收波形与有缺陷部位的波形按已设定的采样记录长度存入计算机硬盘或软盘以便在数据分析或提交检测报告时为缺陷判断提供辅助信息4.2.3 读取的声时值中还包括一个叫声时初读数的 t 值因此被测混凝土的超声传播时间应该是测读值减去声时初读数声时初读数主要包括换能器外壳与耦合层的声延时仪器电路传输过程和高频电缆的电延时以及接收信号前沿起点的延时其值可按仪器说明书或附录 B 进行测定4.2.4 不同测距的声时值无可比性须由测距换算成声速方可判别混凝土的质量现场一般采用钢卷尺测量测距有条件时可用专门工具测量要求测量误差不大 1才能保证声速计算值不超过允许误差5 裂缝深度检测5.1 一般规定5.1.1 原规程中裂缝检测分为第四章浅裂缝检测和第五章深裂缝检测现合并为5 裂缝深度检测因为在实际检测中事先很难估计裂缝的深浅一般都是根据裂缝所处部位的具体情况确定测试方法所以无论浅裂缝还是深裂缝检测只是测试和判断方法有些不同但目的都是测量裂缝的深度合并成一章便于使用5.1.2 若被测裂缝中有积水或泥浆则声波经水介质耦合穿裂缝而过则通过与不通过裂缝的超声首波信号无明显差异给裂缝深度判断造成很大用难5.2 单面平测法5.2.1 由于采用的是平测法声传播距离有限以目前常用的超声仪器及换能器而言检测 500m 深度的裂缝时首波信号很微弱若再增大裂缝深度的检测范围则难以识别首波信号而误读后续波导致检测错误平测时如果 TR 换能器的连线与附近钢筋轴线相一致钢筋将使声信号短路读取的声对不能反映混凝土的声速更不能反映超产波绕过裂缝未端传播的声时因此布置测点时应使 TR 换能器的连线避免与附近钢筋轴线平行如能保持 450左右的夹角为最好1 平测中测距以换能器内边缘为准是为了提高测距的准确性而以时一距法来求得声波的实际传播距离可消除仪器初始读数及声波传播路径误差的影响2 跨缝进行声时测量时在读取首波声时的同时应注意观察首波相位的变化因为首波出现反相对的测距与被测裂缝深度存在一定关系记录了反相对的测距有助于裂缝深度的分析判断5.2.2 裂缝深度计算式 5.2.2 原规程为 hci=Li/21)/(20iitt修改中考虑到该计算式是根据跨缝与不跨缝测试的混凝土声速基本一致在同一测距下跨缝测试的声波绕过裂缝末端所形成折线传播不跨缝测试的声波是直线传播到接收换能器的原理推导而来而跨缝测试出现首波反相对的测距不一定对应于不跨缝测试的测距而且不跨缝各测距测得的声速值多存在一定差距因此修订稿先将不跨缝测试的混凝土声速 V 计算出来再以 ti=Li/V 代入原 5.2.2 式得到修订稿中的 5.2.2一 1 式同时求出各测距计算的裂缝深度平均值 mhc5.2.3 在跨缝测量中经常出现首波反相现象经模拟试验和工程实测的验证结果看出首波出现反相时的测距 L/与被测裂缝深度存在一定关系但有时由于受过缝钢筋或裂缝中局部连通的影响而难以发现反相首波因此修订稿提出两条确定裂缝深度的方法关于舍弃 L/i3mhc的数据问题从许多测试资料和模拟试验结果看出当 L/i与裂缝深度相近时测得的裂缝深度较为准确实践表明 TR 换能器测距过小或远大于裂缝深度声时测试误差较大 ti,toi对计算裂缝深度影响较大所以对两个换能器的测距作了限制5.3 双面斜测法5.3.1 在工业与民用建筑中常遇见梁的跨中或梁与柱结合部位出现裂缝需要检测其深度及其在水平方向是否贯通这种结构一般至少具有一对相互平行的测试面可采用等测距的过缝与不过缝的斜测法检测这种方法较直观检测结果较为可靠5.3.2 当发射和接收换能器的连接线通过裂缝时由于裂缝破坏了混凝土的连续性声能在裂缝处产生很大衰减穿过裂缝传播到接收换能器的首波信号很微弱其波幅或主频与等测距的无缝混凝土比较存在显著差异据此可以判定裂缝深度及它在水平方向是否贯通5.4 钻孔对测法5.4.1 大体积结构的裂缝深度在 500mm 以上时用平测法难以测量又不具备斜测法所需要的一对相互平行的测试面则可应用本测试方法进行检测5.4.2 本方法是在裂缝两侧的钻孔中作超声跨缝检测所以在裂缝两侧必须钻声测孔5.4.3 对钻孔的要求1 应根据所用换能器的直径确定钻孔的直径为使换能器在孔中移动顺畅孔径应比换能器直径大 510mm2 由于该测试方法的基础是以有无缝的混凝土声学参数相对比较而判别裂缝的所在范围因此钻孔须深入到裂缝未端的完好混凝土中去其深入深度应保证通过无缝混凝土的测点不少于 3 个故规定钻孔深度大于裂缝深度 700mm 以上3 对应的二个测孔其轴线应保持平行以免因钻孔不平行造成 TR 换能器间距变化干扰各深度处测试结果的相互比较4 对应测孔的间距宜为 2m 这是按目前一般超声仪和径向换能器灵敏度而言测孔间距太大则接收信号太弱不利于测试数据的分析判断测孔间距过小延伸的裂缝则可能超出测距范围5 孔中若有粉未碎屑充水后便形成悬浮液将使声波剧烈衰减影响测试结果故应清理干净6 在裂缝一侧多钻一个较浅的孔作为测试相同测距下无缝混凝土的声学参数以利于对裂缝部位进行判别5.4.4 为保证径向换能器有一定的穿透能力使接收信号有一定幅度所以只能用较低主频原规程为 2040 kHz 因目前市场上已有 60KHz 径向换能器并有足够的灵敏度而且直径更小所以现改为 2060KHz5.4.5 向测孔中灌水是作耦合剂用必须用清水无悬浮泥沙测点间距以 200mm 左右为宜深度大的裂缝测间距可适当大一些为使换能器始终处于钻孔中心宜在换能器上套两个橡皮圈5.4.6 结构物的裂缝宽度是从表面至内部逐渐变窄直至闭合裂缝越宽对超声波的反射程度越大波幅值越小随着孔深增加波幅值越来越大当波幅达到最大并随着再往深处测量也基本稳定时表示 TR 换能器之间的混凝土是完好的则可以判定波幅达到最大值相对于有裂缝部位所对应的钻孔深度即是裂缝深度值6 不密实区和空洞检测6.1 一般规定6.1.1 本章适用于混凝土内部不密实区和空洞的检测所谓不密实区系指囚振捣不够漏浆或石子架空等造成的蜂窝状或因缺少水泥而形成的松散状以及遭受意外损伤所产生的疏松状混凝土区域6.1.2 检测混凝土内部的不密实区或空洞一般采用穿透法依据各测点的声速波幅和主频的相对变化寻找异常测点的坐标位置从而判定缺陷范围因此测试部位最好具有两对相互平行的测试面如受条件限制至少也应有一对相互平行的测试面怀疑混凝土内部是否存在空洞和不密实一般是根据施工记录和外观质量情况或者结构在使用过程中局部发生质量问题其位置都是大致的因此为了避免缺陷漏检测试范围除应大于所怀疑的区域外还应确保在正常混凝土上有足够测试数据以满足统计分析的需要6.2 测试方法6.2.1 测试方法应根据被测构件或结构的外观形状来考虑为便于判明混凝土内部缺陷的空间位置构件被测部位最好具有两对相互平行的测试而并尽可能采用两个方向对测当被测部位只有一对可供测试的平行表面时可在该对测试而上分别画出对应网格线在对测的基础上对数据异常的测点部位再进行交叉斜测以确定缺陷的位置和范围一般水坝桥墩大型设备基础等结构断面尺寸较大为提高测试灵敏度可在适当位置钻竖向测试孔或预埋声测管进行测试6.2.2 该条说明同 4.2 节6.3 数据处理及判断6.3.1 同一测试部位各测点的声学参数测量值的平均值和标准差分别 按6.3.1-1 式和 6.3.1 一 2 式计算6.3.2 原规程规定当同一测试部位各点的测距相同时可直接用声时判别修订中考虑到声时判断值的计算式与其它几个声学参数判断值的计算通式不一致为简化计算过程修订稿中删除了直接用声时判断的内容都用声速波幅和主频进行异常值判断原规程判出X为异常值后就停止了判断实际上排列在X之前的数据中可能还包含有异常值因此修订稿中增加了 X 被判为异常值后再继续对 X1Xn-1进行统计判断直至判不出异常值为止异常值的判断值 X0是参考数理统计学判别异常值方法确定的基本原理如下在 n 次测量中取异常测点含粗大误差的测量值不可能出现数 1 对于正态分布异常测点不可能出现的概率为pu1=1/2=s14 exp12/1)2/(ndxx表 6.3.2 中的1值根据统计数据的个数 n 由11/n 在正态分布表中查得原规程只考虑了单个测点的判断但是当混凝土内部存在缺陷时往往不是孤立的一个点其相邻测点很有可能处于缺陷的边缘而被漏判为了提高缺陷范围判定的准确性现增加了对异常测点相邻点的判断根据概率统计原理在 n 次测试中相邻二点不可能出现的概率是 P21/2n/1 当用径向振动式换能器在钻孔或预埋管中测试时相邻二点不可能出现的概率是 P3=1/2n2/1 表 6.3.2 中的23值是根据统计数据的个数 n 分别由21/2n/12=1/2n2/1 在正态分布表中查得6.3.3 一般情况下混凝土内部的不密实区和空洞并非孤立的一小块由声学参数测量值反映到测点也不是孤立一个点因此可根据异常测点二维平面或三维空间的分布情况并结合波形特征综合判断不密实区域和空洞等缺陷的位置和范围有时因构件整体质量较差各测点的声速波幅测量值的标准差较大按上述方法判断缺陷易产生漏判此时可利用另外一个同条件构件类型混凝土的龄期材料品种及用量相同测试距离一致正常混凝土声学参数的平均值和标准差进行异常数据判断7 混凝土结合面测质量检测7.1 一般规定7.1.1 混凝土前后两次浇筑时间间隔原规程是根据混凝土结构工程施工及验收规范有关规定大于 3h 修订中考虑到当前混凝土外加剂的品种繁多导致混凝土的终凝时间波动范围很宽所以修门稿中未规定具体间隔时间狈果前面浇筑的混凝土已达到了终凝形成一定早期强度此时接着往上浇筑混凝土如不严格按施工缝处理前面浇筑混凝土的表面则结合面的质量很难得到保证所以有时人们担心结合面的结合不良需要通过检测来确定结合面的质量7.1.2 在检测时应首先查明结合面的位置及走向以保证所布置的测点能使声波垂直或斜穿结合面若结合面走向与声波传播方向平行或近似平行则声波传播将不会芽过结合面所测数据不能反映结合面的质量情况7.2 测试方法7.2.17.2.2 利用超声波检测两次浇筑的混凝土结合面质量主要是采用对比的方法因此测点的布置应包括有结合面和无结合面的两部分混凝土为保证各测点具有一定的可比性每一对测点都应保持倾斜角度一致测距相等2 测点间距应根据结构尺寸和结合面质量情况确定但一般不宜大于 300mm因间距过大可能使缺陷漏检换能器耦合状态不同将影响检测结果向换能器施以恒压可以使每一测点的耦合状态保持一致提高测试数据的可比性当发现某些测点声学参数异常时应检查异常点测试表面是否平整干净并作必要的处理后再进行复测和细测7.3 数据处理及判断7.3.17.3.3 如果所测混凝土的结合面结合良好则超声波穿过有无结合面的混凝土时声学参效应无明显差异当结合面局部地方存在疏松孔隙或填进杂物时该部分混凝土与邻近正常混凝土相比其声学参数值存在明显差异但有时因耦合不良测距发生变化或对应测点锗位等因素的影响导致检测数据异常因此对于数据异常的测点只有在查明无其他非混凝土自身因素影响时方可判定该部位混凝土结合不良8 表面损伤层检测8.1 一般规定8.1.1 当混凝土遭受冻害高温作用或化学物质侵蚀其表层会受到程度不同的损伤产生裂缝或疏松降低对钢筋的保护作用影响结构的承载能力和耐久性用超声波检测表面损伤层厚度既能反映混凝土被损害的程度又为结构加固补强提供技术依据8.1.2 选取有代表性的部位进行检测既可减少测试工作量又使测试结果更符合混凝土实际情况由于水的声速比空气的声速大 4 倍多如果受损伤而较疏松的表层混凝土很潮湿则其声速测值偏高与未损伤的内部混凝土声速差异减小使检测结果产生较大误差测试部位表面有接缝或饰面层也会使声速测值不能反映损伤层混凝土实际情况8.1.3 为了提高检测结果的准确性和可靠性可根据测试数据选取有代表性的部位局部凿开或钻芯取样进行验证8.2 测试方法8.2.1 混凝土表面损伤层检测一般是将换能器放在同一测试面上进行单面平测这种测试方法接收信号较弱换能器主频频主愈高接收信号愈弱因此为便于测读确保接收信号具有一定首波幅度宜选用较低主频的换能器8.2.28.2.3 检测时 T 换能器与被测混凝土表面必须耦合良好且固定不动依次移动 R 换能器原规程定为每次移动 50mm 为便于检测较薄的损伤层 R 换能器每次移动的距离不宜太大所以修改为 30mm 为便于绘制时一距坐标图每一测位的测点数应不少于 6 点发现损伤层厚度不均匀时应适当增加测位的数量使检测结果更具有真实性8.3 数据处理及判断8.3.18.3.2 原规程单纯用作图法求得 VfVn和 Lo值由于该方法的数据处理过程十分繁杂而且往往因坐标图的声时轴比例较粗求得的数值误差较大因此修改成用回归分析的方法分别求出损伤未损伤混凝土的回归直线方程再根据两个回归直线的交点在轴上对应的距离为 Lo回归系数 b1=vfb2=va按公式 8.3.2计算损伤层厚度 8.3.2 式是依据以下原理推导而得如图 8.3.2 所示 TR 换能器距离较近时超声波沿损伤层直接传播到接收换能器 R 随着 TR 换能器间距增大部分声波穿过损伤层沿未损伤混凝土传播一定距离后再穿过损伤层到达接收换能图 8.3.2 检测损伤层厚度示意图器当 TR 换能器间距增大到一定距离时穿过损伤层经未损伤混凝土传播到 R 换能器的声波比沿损伤层直接传播的声波早到达或同时到达 R 换能器即 t1t2由图可以看出 t1=Lo/Vft2=222xhf+/Vf+(Lo-2X)/Va则 Lo/Vf=2/Vf22xhf+(Lo-2X)/Va(1)因为 Lo=t1Vf所以 t1=2/Vf22xhf+-(Lo-2X)/Va为使 X 值最小可取 t1对 X 的导数等于 0则 dt1/dx=2/Vf2x/(22xhf+)-2/Va=2X/(Vf22xhf+)-2/Va=0 第 20 页 筑 龙 网 超声法检测混凝土缺陷技术规范 资料编号 CECS 21 2000-SMx/(Vf22xhf+)=1/Va(2)将 2 式整理后得 X=hfVf/22faVV将 X 代入 1 式得L0/Vf=2/Vf)/22222fafffVVhVh+L0/Va(3)-2 hfVf/(Va22faVVs23)将 3 式整理后得 hf=L0/2)/()(fafaVVVV+(4)因为 Vf=b1Va=b2所以 Vf=L0/2)/()(1212bbbb+第 21 页 筑 龙 网 超声法检测混凝土缺陷技术规范 资料编号 CECS 21 2000-SM9 灌注桩混凝土缺陷检测9.1 一般规定9.1.1 一般灌注桩的直径或边长多在 0.6m 以上由于灌注桩的特定施工条件在混凝土灌注过程中易产生夹泥颈缩空洞等缺陷从一些模拟实验和大量工程实测结果来看采用超声法检测灌注桩混凝土缺陷是较为有效的方法9.2 埋设超声检测管9.2.1 声测管的埋设数量应能保证沿灌注桩横断面有足够的检测范围同时还要保证超声仪能够接收到清晰的信号9.2.2 限制PVC塑料管的使用范围是因为PVC塑料管的刚度小且容易损坏采用外加套管连接是为了保持通直且可避免接头处内壁存在突出物管的上下端封闭是为了避免在施工时水泥浆和砂土等杂物堵塞声测管9.2.3 管的上端高于桩顶表面且同一根桩的声测管外露高度相同是为了检测方便和易于控制换能器在声测管中的位置9.2.4 为确保浇筑混凝土过程中声测管不变形不移位声测管应做牢靠地固定一般采用绑扎的方法进行固定不宜将钢管直接焊在固定点上这样容易烧穿钢管在钢管内壁形成焊瘤影响钢管的通直9.3 检测前的准备9.3.19.3.4 检测的应做好充分准备工作了解有关资料便于检测数据的分析向管内注清水作为耦合剂以保证换能器与管壁之间的良好耦合在放入换能器之前应先检查各声测管是否通畅以免测试过程中换能器被卡在管内9.4 检测方法9.4.1 灌注桩直径较大时宜选择主频较低的换能器仪器发射电压调到较高档以保证有较强的接收信号将 TR 换能器分别放人两个声测管的顶部或底部以一定高程等距离同步向下或向上移动逐点检测当相邻测点的检测数据存在明显差异时应及时校核换能器的高度避免发生差错必要时可以取出换能器检验仪器系统工作是否正常9.4.2 对数据可疑的部位进行复测是为了检查测试操作是否有错误当确认测试操作无误时便可以通过对测交叉斜测及扇形扫测的方法找出存在异常数据的范围9.5 数据处理与判断9.5.1 数据处理接收信号主频的计算用模拟式仪器检测时可按9.5.1一3式计算如果用数字式仪器检测则由仪器经 FTT 计算后直接显示出来首波幅度模拟式仪器用衰减器读出数字式仪器自动判读后直接显示出来9.5.29.5.4 根据检测数据绘制相应的声时或声速一深度曲线波幅一深度曲线或主频一深度曲线以及 Z-H 曲线结合异常测点判断综合分析判定缺陷的位置和范围对于较大的缺陷可以采用工程钻机对灌注桩进行钻芯取样以验证检测结果同时还可以对缺陷部位进行压浆处理9.5.5 以混凝土声速的离差系数评价桩身混凝土质量的匀质性只能反映施工过程中混凝土的匀质性并不能反映混凝土强度的高低9.5.6 根据各声学参数的综合分析判定单个桩身混凝土是否存在缺陷或存在缺陷的位置范围并根据缺陷性质大小及其对桩身危害程度可对桩身完整性作出定性的评价一般说来类桩容易划分对无或基本无缺陷的桩桩身完整性好则划为类桩对完全断或接近断开的桩则划为类桩但对于类桩的划分难度较大局部小缺陷与局部严重缺陷的区分宜从以下三个方面来综合分析桩身同一横截面上缺陷所占面积整个桩身存在缺陷的数量及其分散情况缺陷沿桩身高度方向的分布位置结合桩的受力状态分析缺陷对桩身完整性的损害程度进行划分10 钢管混凝土缺陷检测10.1 一般规定10.1.1 对于胶结不良的钢管混凝土由于管壁与混凝土之间存在空气介质声波在此处产生反射或绕钢管壁传播导致检测数据和缺陷判断的错误10.1.2 由于钢的声速远快于混凝土的声速如果测点布置不合理或钢管内混凝土声速较低仪器接收到的首波信号很可能是沿钢管壁传播的此时便不能反映钢管内混凝土的质量憎况10.1.3 规定钢管的表面光洁无严重锈蚀旨在保证检测时换能器与钢管外壁之间声耦合良好减少声能的意外损失以增强检测数据的可比性10.2 检测方法10.2.1 钢管混凝土检测示意图说明测点的布置方式无论在同一横截面对测还是保持一个较小的倾斜角度进行斜测每对测点的连线都必须通过钢管混凝土中心10.2.2 选择钢管与混凝土胶结良好的部位布置测点是为了保证发射声波能较充分地沿径向穿透钢管混凝土从而反映核心混凝土的质量情况因此在检测前应采用简易方法先检查钢管与核心混凝土的胶结情况以确定测点的位置10.2.3 在钢管圆周和母线方向等分等距画线布置测点其日的是为了保证每一对测点的直达声波都通过钢管混凝土中心并使测点布置均匀10.2.4 通过圆心逐断面径向对测是钢管混凝土最基本的检测方法可直接用钢管标称外径作为测距计算声速便于检测数据的分析比较10.2.5 对于大直径的钢管混凝土为了提高测试灵敏度可按照本规程第 9 章预埋声测管进行检测10.3 数据处理及判断10.3.1 与 6.3.1 和 6.3.2 条文说明同10.3.2 当测点较少无法用统计方法判别异常值时可用每个测点的声速波幅主频等参数与相同混凝土相同直径的正常钢管混凝土声学参数进行比较综合分析判别所测部位的核心混凝土是否存在缺陷附录A 测量空气声速进行声时计算在超声测试中仪器的训时系统是否正常操作者的测读方法是否正确都直接影响声时读数的可靠性由于空气的声速除受温度影响外受其它因素的影响很小因此用测量空气声速的办法来检验仪器的计时性能和操作者的测读方法是行之有效的实践证明只要仪器正常操作人员测读正确空气声速的测量值就十分接近标准值其相对误差小于 0.5%如果相对误差较大应首先检查测距和声时的测量是否有误然后再检查仪器有关电路附录B 径向振动式换能器声时初读数too的测目由于两个径向振动式换能器不能相互直接耦合也不能耦合于标准棒上测其声读数只能置于水中的同一水平高度以两个换能器之间两次不同距离恻得的声时值按式B.0.1计算如利用钻孔测量混凝土声时声时初读数就按B.0.2式计算如果利用预埋声测管测量混凝土声时初读数中还包含声测管所用材料的 2 倍壁厚的声延时即按 B.0.3 式计算表 B.0.1 的数据是根据物理手册中水的声速 VW与其温度 TW之间的相关直线式VW=1.433+0.0252 TW计算而得附录C 空洞尺寸估算方法在混凝土缺陷检测中有时需要对内部空间尺寸进行估算为便于计算将混凝土中的空洞理想化为球形或者是其轴线垂直于声波传播方向的圆柱体并且视空洞周围为正常混凝土着与实际情况存在较大差异所以计算结果只能是大致尺寸不过经模拟实验和工程实测表明用该方法粗略估算空洞尺寸是可行的表 C.0.1 中的数据是根据图 C.0.1 的原理推导计算而得图 C.0.1Th-mta=t=(AB+BC+CD+DE)-L/Vc因为 Vc=L/mtaAB=2)(hlls142222rllllhhBC=ax(弧度)=rx0.01745sin-1/(l-lh)CD=x(弧度)=rx0.01745 sin-1/lhDE=22rlht/mta=lrlrllllhh/)/()/(/2122+X0.01745sin-1(l/r-lh/r)-1+sin-1(r/lh)+1)/()/(228722.lrllh设 t/mta=X Lh/L=Y r/L=Z r/Lh=LZ/Ly=Z/Y则 X=01745.0*)1(2222ZZyZy+8722.xsin-1(Z/(1-y)+sin-1(Z/y)-1当结构的被测部位只有一对可供测试的表面时因为 Lh无法确定此时可采用C.0.1 式计算空洞尺寸此式是假设空洞位于超声检测路径的正中央推导出来的实践证明用此式估算的空洞尺寸比由表 C.0.1 估算的结果略大一些