土木工程检测技术-超声法检测混凝土缺陷

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1、超声法检测混凝土缺陷1混凝土缺陷的特征波形声时、幅度、频率等，都是表征混凝土质量的超声参数检测时主要测试参数是声时，原因如下：相对幅度、频率而言，混凝土的声速不易受换能器性质、耦合状态等因素的干扰。超声幅度除了与超声波在混凝土中的衰减有关外，还与换能器与混凝土测试面之间的耦合状况有关。另外测试时耦合作用力的细微变化都足以造成首波幅度的大大波动，而测试人员按压换能器的压力大小在测试过程难以保证统一。频率则与换能器频率相关，同时存在检测较繁琐等原因，因此一般不单独将频率作为主要参数。但是，首波幅度、频率与声时综合起来，则称为超声波

2、的波形，又是判断混凝土质量的主要依据。混凝土波形特征正常混凝土的特征波形。图中t1、t2、t3、t4、t5分别是接收波第一个周期的声时，t1为首波声时，t2为1/4周期声时，t3为半周期声时，t4为3/4周期声时，t5为一周期声时，通过测量这些声时差，可以初步估算接收信号的频率(精确计算需要进行频谱分析)。正常混凝土特征波形的大致特点为：①首波前沿较陡；②首波幅度较高；③波形比较饱满，接近于正弦波，随着绕射波的到达，后续波的幅度越来越大；④频率较高，接近于发射波频率(一般为换能器频率，混凝土检测采用的超声波频率一般在50～30

3、0kHz)；⑤通过声时计算得到的声速一般在4000～5000m/s。混凝土波形特征正常混凝土的特征波形异常混凝土波形出现畸变，特征：①首波前沿平缓；②首波幅度较低，有的甚至淹没在背景噪声中；③波形不饱满，有时不能呈正弦波特征；④频率很低，大大低于发射波频率；⑤通过声时计算得到的声速通常大大低于4000m/s～5000m/s。有的甚至低于1000m/s。混凝土波形实测图正常混凝土波形异常混凝土波形上图的异常混凝土波形常见于混凝土中夹杂(如夹泥)、孔洞、疏松、裂缝、分层(界面结合不良)等质量缺陷中。但当换能器与混凝土之间耦合不良时

4、(如混凝土表面不平整、混凝土与混凝土接触面存在泥沙、耦合剂不正常等情况)，也会出现类似的波形，需要根据经验判断，及时排除耦合不良造成的干扰。不同的缺陷有的波形也有一些差别，需要在实践中积累经验，不断总结。还有一种异常情况即波形很正常，其基本特征与正常混凝土波形类似，唯一的问题是声速偏低，如在3000m/s～3500m/s左右，而波形甚至比混凝土中还饱满，首波幅度很高。这种情况一般是超声波在缺少石子的砂浆中传播造成的，由于砂浆相当于混凝土而言，缺少石子，因此对超声波的散射衰减大大降低。但砂浆的声速一般只有3500m/s左右，而砂

5、浆的强度偏低，无法满足承载能力要求，因此检测中也应注意。总的来说，超声检测混凝土缺陷目前基本上停留在半定性的阶段，尚不能很好地区分缺陷类型，需要结合工程实际来判断。2超声法检测混凝土缺陷1）基本原理超声法检测混凝土缺陷的基本原理就是，通过超声波在混凝土中传播后发生的波形变化、利用声时、频率、波幅等参数的特征，来综合分析判断其内部状况。超声波在混凝土中由于受到石子、气孔、微裂缝、钢筋等影响，会产生散射、绕射等过程，致使其传播方向改变(非直线传播)，但由于测量时主要取首波，因此基本上还是认为在正常混凝土中，超声波沿近似直线的路径传

6、播。当遇到缺陷时则绕射是主要的，因此导致了声速及波幅、频率均下降，波形产生畸变。在对缺陷进行定位时，也是以超声在混凝土中的直线传播为假设前提的。2）检测依据超声波在混凝土缺陷检测中的应用，主要依据是《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS21:2000)，主要应用在：孔洞、疏松等内部缺陷检测、新旧混凝土结合面质量检测、裂缝深度检测、表面损伤层深度检测、钢管混凝土质量检测、声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性等。3）基本原则超声波优先选择最短路径即在超声传播路径周围，当存在不同介质时，根据不同介质的声速差异，超声波总是优先选择

7、最快到达的那一条路径，由于钢筋中的纵波声速大大高于混凝土(5900m/s)，因此，当超声传播路径周围存在钢筋时，则超声波往往会从钢筋“短路”。为避免钢筋的影响，一般应使传播路径不与钢筋轴线平行或离开钢筋约l/5～l/6。同时，超声波的这种特性也是用来检测混凝土表层损伤深度、裂缝深度等的一个依据。当混凝土是均质的时候，一般认为超声波在混凝土中是直线传播的。因此，当检测混凝土结合质量时，就必须让超声波穿过结合面，为此常常必须采用斜测法等。正常混凝土的超声参数基本上符合正态分布：这是判断混凝土中是否存在异常测点的主要依据。这种方法也

8、叫“概率法”，是混凝土缺陷检测中最常用的判据，即混凝土的超声声速等各参数基本在其平均值附近，当出现偏离平均值较大的值时，则可判断其为异常值。异常值判定值的大小与测点数有关，也与被测混凝土本身的质量波动(标准差)有关。必须指出的是，仅当测距可以准确测量的前提下这一假设才能成立，