超声法检测混凝土缺陷作业指导书.doc

广州市神运工程质量检测有限公司

版 本
1
控制编号
SYT–3-30
超声法检测混凝土缺陷
第12页
共 12 页
第 0 次 修 改

超声法检测混凝土缺陷
作 业 指 导 书

文件编号：
发布日期：
版次号：
批 准：
审 核：
编 写：

一、适用范围
本作业指导书适用于超声法检测混凝土的缺陷。缺陷检测系指对混凝土内部空洞和不密实区的位置和范围、裂缝深度、表面损伤层厚度、不同时间浇注的混凝土结合面质量、钢管混凝土中的缺陷进行检测。
二、检测目的
采用带波形显示功能的超声波检测仪，测量超声脉冲波在混凝土中的传播速度（简称声速），首波幅度（简称波幅）和接收信号主频率（简称主频）等声学参数并根据这些参数及其相对变化，判断混凝土中的缺陷情况。
三、检测依据
《超声法检测混凝土缺陷技术规程》 CECS21：2000；
《建筑结构检测技术标准》 GB/T 50344-2004。
四、检测设备
超声波检测仪。
超声波检测仪应符合国家现行有关标准的要求，并在法定计量检定有效期限内使用
五、抽检数量
依据《建筑结构检测技术标准》GB/T 50344-2004的3.3.13规定的样本最小容量限定值抽检
六、检测工作
检测准备 检测前应取得下列有关资料：
1） 工程名称；
2） 检测目的与要求；
3） 混凝土原材料品种和规格；
4） 混凝土浇筑和养护情况；
5） 构件尺寸和配筋施工图或钢筋隐蔽图；
6） 构件上观质量及存在的问题。
6.1一般规定
6.1.1依据检测要求和测试操作条件，确定缺陷测度的部位（简称测位）。
6.1.2测位混凝土表面应清洁、平整，必要时可用砂轮磨平或用高强度的快凝砂浆抹平。抹平砂浆必须与混凝土粘结良好。
6.1.3在满足首波幅度测读精度的条件下，应选用较高频率的换能器。
6.1.4换能器应通过耦合剂与混凝土测试表面保持紧密结合，耦合层不得夹杂混砂或空气。
6.1.5检测时应避免超声传播路径与附近钢筋轴线平行，如无法避免，应使两个换能器连线与该钢筋的最短距离不小于超声测距的1/6。
6.1.6检测中出现可疑数据时应及时查找原因，必要时进行复测校核或加密测点补测。
6.1.7采用数字式超声检测仪测量应按下列方法操作：
1）检测之前根据测距大小和混凝土外观质量情况，将仪器的发射电压、采样频率等参数设置在某一档并保持不变。换能器与混凝土测度表面应始终保持良好的耦合状态；
2）声学参数自动测读：停止采样后即可自动读取声时、波幅、主频值。当声时自动测读光标所对应的位置与首波前沿基线弯曲的起始点有差异或者波幅乍动测读兴标所对应的位置与首波峰顶（或谷底）有差异时，应重新采样或改为手动游标读数；
3）声学参数手动测量：先将仪器设置为手动判读状态，停止采样后调节手动声时游标至首波前沿基线弯曲的起始位置，同时调节幅度游标使其与首波峰顶（或谷底）相切，读取声时和波幅值；再将声时光标分别调至首波邻波的波谷（或波峰），读取声时差值△t（µs），取1000/△t即为首波的主频(kHz)；
4）波形记录：对于有分析价值的波形，应予以存储。
6.2 混凝土声时值计算、超声传播距离（简称测距）测量：
混凝土声时值应按下式计算：
或
式中: ——第i点混凝土声时值（µs）；
——第i点测读声时值（µs）；
——声时初读数（µs）。
当采用厚度振动式换能器时，to应参照仪器使用说明书的方法测得；当采用径向振动式换能器时，too应按规程（CECS21：2000）附录B规定的“时距”法测得。
超声传播距离（简称测距）测量：
6.2.1 当采用厚度振动式换能器对测时，宜用钢卷尺测量T、R换能器辐射面之间的距离；
6.2.2 当采用厚度振动式换能器平测时，宜用钢卷尺测量T、R换能器内边缘之间的距离；
6.2.3 当采用径向振动式换能器在钻孔或预埋管中检测时，宜用钢卷尺测量放置T、R换能器的钻孔或预埋管内边缘之间的距离；
6.2.4 测距的测量误差应不大于±1%。
七、裂缝深度检测
7.1 一般规定
7.1.1 本章适用于超声法检测混凝土裂缝的深度。
7.1.2 被测裂缝中不得有积水或泥浆等。
7.2单面平测法
7.2.1当结构的裂缝部位只有一个可测表面，估计裂缝深度又不大于500mm时，可采用单面平测法。平
测时应在裂缝的被测部位，以不同的测距，按跨缝和不跨缝布置测点（布置测点应避开钢筋的影响）进行检测，其检测步骤为：
1） 不跨缝的声时测量：将T和R换能器置于裂缝附近同一侧，以两个换能器内边缘间距（），等于100、150、200、250mm……分别读取声时值（ti），绘制“时距”坐标图（图7.2.1—1）或用回归分析的方法求出声时与测距之间的回归直线方程：
图7-2.1-1平测“时-距”图
图7-2.1-2绕过裂缝示意图
=a+bti

每测点超声波实际传播距离为
（7.2.1-1）
式中: ——第i点的超声波实际传播距离（mm）；
——第i点的T、R换能器内边缘间距(mm)；
a——“时-距”图中轴的截距或回归直线议程的常数项(mm)。
不跨缝平测的混凝土声速值为：
（km/s） （7.1.1-2）
或
式中: ——第n点和第i点的测距(mm)；
——第n点和第i点读取的声时值（µs）；
b——回归系数。
2）跨缝的声时测量：如图(7.2.1-2)所示，将T、R换能器分别置于以裂缝为对称的两侧，取100、150、200mm、……分别读取声时值，同时观察首波相位的变化。
7.2.2平测法检测，裂缝深度应按下式计算：
(7.2.2-1)
（7.2.2-2）
式中: ——不跨缝平测时第i点的超声波实际传播距离（mm）；
——第i点计算的裂缝深度值（mm）；
——第i点跨缝平测的声时值（µs）
——各测点计算裂缝深度的平均值(mm)；
n——测点数。
7.2.3裂缝深度的确定方法如下：
1） 距缝测量中，当在某测距发现首波反相时，可用该测距及两个相邻测距的测量值按(7.2.2-1)式计算hci值，取此三点hci的平均值作为该裂缝的深度值（hc）；
2） 跨缝测量中如难于发现首波反相，则以不同测距按(7.2.2-1)式、(7.2.2-2)式计算值，取此点及其平均值（）。将各测距与相比较，凡测距小于和大于3，应剔除该组数据，在后取余下的平均值，作为该裂缝的深度值（hc）。
7.3双面斜测法
7.3.1 当结构的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时，可采用双面穿透斜测法检测。测点布置如图7.3.1所示，将T、R换能器分别置于两测试表面对应测点1、2、3……的位置，读取相应声时值ti、波幅值Ai及主频率fi。
图7.3.1斜测裂缝测点布置示意图

7.3.2 裂缝深度判定：当T、R换能器的连线通过裂缝，根据波幅、声时和主频的突变，可以判定裂缝深度以及是否在所处断面内贯通。
7.4钻孔对测法
7.4.1钻孔对测法适用于大体积混凝土，预计深度在500mm以上的裂缝检测。
7.1.2被检测混凝土应允许在裂缝两侧钻测试孔。
7.4.3所钻测试孔应满足下列要求：
1) 孔径应比所用换能器直径大5~10mm；
2)孔深应小于比裂缝预计深度深700mm。经测试如浅于裂缝深度，则应加深钻孔；
3) 对应的两个测度孔（A、B），必须始终位于裂缝两侧，其轴应保持平行；
4) 两个对应测试孔的间距宜为2000mm，同一检测对象各测孔间距应保持相同；
5)孔中粉末碎屑应清理干净；
6) 如图5.6.2（a）所示，宜在裂缝一侧多钻一个孔距相同但较浅的孔（C），通过B、C两孔测试无裂缝混凝土的声学参数。
7.4.4 裂缝深度检测应选用频率为20~60kHz的径向振动式换能器。
7.4.5 测试前应先向测试孔中注满清水，然后将T、R换能器分别置于裂缝两侧的对应孔中，以相同高程等间距（100~400mm）从上至下同步移动，逐点读取声时、波幅和换能器所处的深处，如图5.6.2(b)所示。
7.4.6 换能器所处深度（h）与对应的波幅值（A）绘制h-A座标图（如图7.4.6所示）。随换能器位置的下移，波幅逐渐增大，当换能器下移至某一位置后，波幅达到最大并基本稳定，该位置所对应的深度便是裂缝深度值hc。
图7.4.6 h-A坐标图
图7.4.6钻孔测裂缝深度示意图

八、不密实区和空洞检测
8.1一般规定
8.1.1本章适用于超声法检测混凝土内部不密实区、空洞的位置和范围。
8.1.2检测不密实区和空洞时构件的被测部位应满足下列要求：
1） 被测部位应具有一对（或两对）相互平行的测试面；
2) 测试范围除应大于有怀疑的区域外，还应有同条件的正常混凝土进行对比，且对比测点数不应小于20。
8.2测试方法
8.2.1根据被测构件实际情况，选择下列方法之一布置换能器：
1) 当构件具有两对相互平行的测试面时，要采用对测法。如图8.2.1-1所示，在测试部位两对相互平行的测试面上，分别画出等间距的网格（网格间距：工业与民用建筑为100-300mm，其它大型结构物可适放宽），并编号确定对应的测点位置；
2) 当构件只有一对相互平行的测试面时，可采用对测和斜测相结合的方法。如图8.2.1-2所示，在测位两个相互平行的测试面上分别画出网格线，可在对测的基础上进行交叉斜测；
3)当测距较大时，可采用钻孔或或预埋管测法。如图8.2.2-3所示，在测位预埋声测管或钻出竖向测度也，预埋管或钻孔间距宜为2-3m，其深度可根据测试需要确定。检测时可用两个径向振动式换能器分别置于两测孔中进行测试代号用一个径向振动式与一个厚度振动式换能器，分别置于测孔中和平行于测孔的侧面进行测试。
8.2.2每一测点的声时、波幅、主频和测距，应按本z指导书第6节进行测量。
图8.2.1-2斜测法立面图
图8.2.1-1对测法示意图

图8.2.1-3钻孔法示意图

8.3数据处理及判断
8.3.1 测位混凝土声学参数的平均值（mx）和标准差(sx)应按下式计算：
(8.3.1-1)
(8.3.1-2)
式中: ——第i点的声学参数测量值；
n——参与统计的测点数。
8.3.2异常数据可按下列方法判别：
1）将测位各测点的波幅、声速或主频值由大至小按顺序分别排列，即……，将排在后面明显小的数据视为可疑，再将这些可疑数据最大的一个（假定Xn）连同其前面的数据按本规程第6.3.1条计算出及值，并按下计算异常情况的判断值（）：
(8.3.2-1)
式中: ——按表8.3.2取值。
将判断值（）与可疑数据的最大值（）相比较，当不大于时，则及排列其后的各数据均为异常值，并且去掉，再用进行计算和判别，直至判不出异常值为止； 当大于时，应再将放进去重新进行计算和判别；
2）当测位中判出异常测点时，可根据异常测点的分布情况，按下式进一步判别其相邻测点是否异常：
　　 或 　　　 （8.3.2-2）
式中: 按表6.3.2取值。当测点布置为网格状时取；当单排布置测点时（如在声测孔中检测）取。
注：若保证不了耦合条件的一致性，则波幅值不能作为统计法的判据。
表8.3.2 统计数的个数n与对应的值
n
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38

1.65
1.69
1.73
1.77
1.80
1.83
1.86
1.89
1.92
1.94

1.25
1.27
1.29
1.31
1.33
1.34
1.36
1.37
1.38
1.39

1.05
1.07
1.09
1.11
1.12
1.14
1.16
1.17
1.18
1.19
n
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58

1.96
1.98
2.00
2.02
2.04
2.05
2.07
2.09
2.10
2.12

1.41
1.42
1.43
1.44
1.45
1.46
1.47
1.48
1.49
1.49

1.20
1.22
1.23
1.25
1.26
1.27
1.28
1.29
1.30
1.31
n
60
62
64
66
68
70
72
74
76
78

2.13
2.14
2.15
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23

1.50
1.51
1.52
1.53
1.53
1.54
1.55
1.56
1.56
1.57

1.31
1.32
1.33
1.34
1.35
1.36
1.36
1.37
1.38
1.39
n
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98

2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
2.29
2.30
2.30
2.31
2.31

1.58
1.58
1.59
1.60
1.61
1.61
1.62
1.62
1.63
1.63

1.39
1.40
1.14
1.42
1.42
1.43
1.44
1.45
1.45
1.45
n
100
105
110
115
120
125
130
140
150
160

2.32
2.35
2.36
2.38
2.40
2.41
2.43
2.45
2.48
2.50

1.64
1.65
66
1.67
1.68
1.69
1.71
1.73
1.75
1.77

1.46
1.47
1.48
1.49
1.51
1.53
1.54
1.56
1.56
1.59

6.3.3当测位中某些测点的声学参数被判为异常值时，可结合异常测点的分布及波形状况确定混凝土内部存在不密实区和空洞的位置及范围。
当判定缺陷是空洞，可按CECS21：2000附录C估算空洞的当量尺寸。
九、 混凝土结合面质量检测
9.1 一般规定
9.1.1 本章适用于前后两次浇筑的混凝土之间接触面的结合质量检测。
9.1.2 检测混凝土结合面，被测部位及测点的确定应满足下列要求；
1）测试前应查明结合面的位置及走向，明确被测部位及范围；
2）构件的被部位应具有使声波垂直或斜穿结合面的测试条件。
9.2 测试方法
9.2.1 混凝土结合面质量检测可采用对测法和斜测法，如图9.2.2所示。布置测点时应注意下列几点：
1）使测试范围覆盖全部结合面或有怀疑的部位；
2）各对T-R1（声波传播不经过结合面）和T-R2（声波传播经过结合面）换能器连线的倾斜角测距应相等；
3）测点的间距视构件尺寸和结合面外观质量情况而定，宜为100~300mm，

图9.2.2混凝土结合面质量检测示意图

9.2.3 按布置好的测点分别测出各点的声时、波幅和主频值。
9.3 数据处理及判断
9.3.1将同一测位各测点声速、波幅和主频值分别按第8.3.1和8.3.2条进行统计和判断。
9.3.2 当测点数无法满足统计法判断时，可将T-R2的声速、波幅等声学参数与T-R1进行比较，若T-R2的声学参数比T-R1显著低时，则该点可判为异常测点。
7.3.3 当通过结合面的某些测点的数据被判为异常，并查明无其他因素影响时，可判定混凝土结合面在该部位结合不良。
十、 表面损伤层检测
10.1 一般规定
10.1.1 本章适用于因冻害、高温或化学腐蚀等引起的混凝土表面损伤层厚度的检测。
10.1.2 检测表面损伤层厚度时，被测部位和测点的确定应满足下列要求：
1）根据构件的损伤情况和外观质量选取有代表性的部位布置测位；
2）构件被测表面应平整并处于自然干燥状态，且无接缝和饰面层。
3）本方法测试结果宜作局部破损验证。
10.2测试方法
10.2.1 表面损伤层检测宜选用频率低的厚度振动式换能器。
10.2.2 测试时T换能器应耦合好，并保持不动，然后将R换能器依次耦合在间距为30mm的测点1、2、3、……位置上，如图10.2.2所示，读取相应的声时值t1、t2、t3……，并测量每次T、R换能器内边缘之间距离l1、l2、l3、……。每一测位的测点数不得少于6个，当损伤层较厚时，应适当增加测点数。
图10.2.2检测损伤层厚度示意图

10.2.3 当构件的损伤层厚度不均匀时，应适当增加测位数量。
10.3 数据处理及判断
10.3.1 求损伤和未损伤混凝土回归直线方程：
用各测点的声时值t1和相应测距量l1绘制“时-距”坐标图，如图10.3.1所示。由图可得到声速改变所形成的转折点，该点前、后分别表示损伤和未损伤混凝土的l与t相关直线。用回归
分析方法分别求出损伤、未损伤混凝土l与t的回归直线方程；
损伤混凝土 　　 　　 (10.3.1-1)
未损伤混凝土 　　 　　la=a2+b2·ta (10.3.1-2)
式中: ——拐点前各测点的测距(mm)，对应于图10.3.1中的l1、l2、l3；
——对应于图8.3.1中的声时（）；
——拐点前各测点的测距(mm)，对应于图8.3.1中的l4、l5、l6；
ta——对应于测距l4、l5、l6的声时（）t4、t5、t6；
——回归系数，即图10.3.1中损伤和未损伤混凝土直线的截距和斜率。

图10.3.1损伤层检测“时-距”图

10.3.2 损伤层厚度应按下式计算：
(10.3.2-1)
(10.3.2-2)
十一、检测报告
11.1检测报告应结论准确，用词规范
11.2检测报告应包含以下内容：
1）工程名称，地点，检测目的和检测日期
2）混凝土及其构件生产单位、施工日期、检测环境
3）试验检测原理及方法（附仪器设备装置框图）
4）仪器生产厂家、编号、检定证号
5）检测结果
6）结论与建议
7）检测单位名称，检测人员，报告编写，审核人员，报告批准人
11.3检测记录和报告至少保存7年
附件：
超声法检测混凝土缺陷原始记录 SYT-4-117