1、 第四部分第四部分 超声法检测砼缺陷超声法检测砼缺陷 第一章第一章 前言前言超声法检测砼缺陷技术规程（CECS21：2000）2001年1月1日起执行，原超声法检测砼缺陷技术规程 （CECS21：90）同时费止第二章 基础知识 一 关于缺陷1.缺陷的成因 施工原因：振捣不足、漏浆、钢筋过密、骨料粒径不合适；因腐蚀或冻融形成的内表及里的层状疏松；非外力作用形成的裂缝：温度、干缩裂缝；受外力作用产生的裂缝：吊装2、缺陷的种类裂缝、空洞、蜂窝、表面损伤层、不良结合面3.本规程缺陷检测的范围 内部空洞与不密实区的位置、范围；裂缝深度；表面损伤层厚度；不同时间浇筑的砼结合面质量；灌筑桩完整性；钢管砼内部
2、缺陷；二、超声测缺原理二、超声测缺原理 1基本原理：基本原理：根据超声波在砼传播过程中，多种声学参数的变化根据超声波在砼传播过程中，多种声学参数的变化 声时的变化超声波在遇到缺陷时产生绕射，声时加长，计算声速降低 波幅的变化超声波在缺陷界面产生反射、散射，能量衰减，波幅降低 主频（或频谱）的变化声波中各种频率在遇到缺陷时衰减程度不同，高频衰减大，使主频下降（频移）波形畸变声波在缺陷处发生波形转换及迭加，使波形畸变 a）正常波形 b）畸变波正常砼接收波形包络线是半圆形 有缺陷砼接收波形包络线是喇叭形 a）半圆形 b）喇叭形 正常混凝土 有缺陷混凝土 2砼超声测缺与金属探伤的不同砼超声测缺与金属探
3、伤的不同:砼材质：非匀质、复合介质、弹塑性并存 衰减大，多种界面 测试精度受所使用声波频率的限制 如声波频率50kHz 声速4000m/s；波长8cm，判别出的缺陷应大于8cm 按数理统计分析方法进行测缺判断，需多点测试，相对比较测试，一般难于单点判定 以透射法为主，反射法检测相对难度大第三章 裂缝深度检测一、测缝的方法 平测法单面检测，裂缝深度在50cm以下 斜测法有二个相互平行的测试表面 孔中对测法，大体积砼，裂缝深度在50cm以上二、单面平测法 1.测缝的要求与限制：缝中无水、泥浆 裂缝不贯通 裂缝深度50cm以内，否则信号太弱 T、R换能器连线与钢筋轴线不平行，最好成45 02、测点布
4、置方法 1222222002000202222iiiiiiiiilvtllvtllltvbcHL4L1L2L3HL4L1L2L301234ti2ti2跨裂缝测点布置图不跨裂缝测点布置图其中：l0i=li+|a|3声时的测量：(1)不跨缝声时测量 （Li，t0）对测试数据进行线性回归，求出线性回归方程：Li=a+bti 对测距进行修正L=Li +|a|，计算砼声速 V=b (2)跨缝声时测量（Li，ti）4裂缝深度的计算 原规程：新规程：将 t0改为Li/v的目的：反相时的L与不跨缝时的L可能不对应 不跨缝时各点的声速值有差异12201ttLH1.221iLvtLH5裂缝深度的判定 单点测试，不
5、意味着多点平均一定能提高 精度，关键要确定哪个状态下测的最准 首波反向 实测发现，首波反相现象一般发生在换能器间距是缝深的11.5倍时 若发现首波反相，则以此点及相邻二点的h取平均 首波反相的理论解释待研究 若未发现首波反相，(可能由于钢筋等影响)舍弃Lh 或L3h的数据后再取平均三、双面斜测法 主要用于检测梁中或梁柱结合部位的裂缝是否贯通比较测线T、A（F），过缝与不过缝有没有大的变化注意：测试参量要有可比性，除上述4点外 还要求：各测线等长，角度相同 四、钻孔对测法 用于大体积砼，深缝 1、缝二侧钻孔，间距约2M，孔深比缝深应深约70cm以上，双孔必须在裂缝两侧，平行。2、钻取相同间距的对
6、照孔，测取无裂缝混凝土的声速 3、测取并绘制H-A图，波幅A达到最大并基本稳定的深度既裂缝深度H第四章 不密实区和空洞检测 一、不密实区：由振捣不足，漏浆，石子架空等产生的蜂窝或因缺少水泥形成的松散。二、基本原理 1、超声测缺的基本原理是由于缺陷的存在使声参量发生变化，根据声参量的变化判定缺陷，在声波传播过程中，如果遇到缺陷，声参量的变化为：声时延长，声速降低，波幅下降，主频降低，波形畸变。2超声测缺的二个特点：间接测量 对比性测试 多点测试 3砼作为非匀质复合材质，正常砼的质量也会有正常的波动，相应的声学参量也会有正常的离散，对声参量要区分正常的离散和由缺陷引起的异常必须要有一个量化的判定标
7、准 4在确定了声参量异常点后，不能就简单地定为缺陷，还要多参量综合分析并结合现场施工情况作出最后的判定。三、测试方法及要求 1结合：施工情况，表观检查，委托方要求，结构受力的重要程度，确定测试部位，测试区域要大于可疑区域。2测试方案 二对平行测试面，对测，如：立柱 一对平行测试面，对测斜测，如：梁 大体积砼 钻孔对测3测试要求 表面处理 网格布置，间距一般1030cm（行列），对判定为异常点后，可局部加密 测点数要足够多，大于2030个 多参数记录，波形存贮，尤其是有疑问的波形 测试中保持测量系统与测量参数不变 换能器的选择，在保证测试灵敏度条件下，选择高的频率为好 四、声参数异常值的判定 1
8、异常值判定的原理 数理统计概率法：正常砼质量的波动由不可避免的随机误差引起，符合正态分布。认为声学参数也符合正态分布 缺陷由过失误差（漏振、漏浆、架空）引起，不符合正态分布 判定缺陷的判断值是区分随机误差与过失误差的标准，凡低于判断值的为异常值：在正态分布中，平均值附近的值出现概率最大，远离平均值，出现次数下降，当在n次测量中，可能出现的次数为1（即概率为1/n）时，为正常范围允许的最小值。将此值定为判断值，凡低于此值的测点即判定为异常值。N次测试中的单个异常点不可能出现的概率：P1=1/N，Xo=m1S注：正态分布的说明 图中，横轴代表某种测试量，如声速；纵轴代表各种测试值出现的概率 正态分
9、布的特点：平均值出现的概率最大 曲线左右对称 曲线与横轴所包围的面积为1 某测值与曲线和横轴所包围的面积为小于此值的 总概率 平均值和标准差确定后曲线确定,标准差表示离散程度,标准差越小,曲线越瘦-xxPX1 2单个测点是否异常的判定单个测点是否异常的判定 按声速大小，由大到小排序 X1、X2、X3、Xn、Xn+1 将明显小的，如Xn、Xn+1就视为可疑 对X1Xn计算，平均值m，标准差S 判断值Xo=m1S 若XnXo 则Xn、Xn+1为异常 判断Xn之前的是否还有异常：将X1Xn-1再计算，直至无异常值 若XnXo，则Xn不是异常 判断Xn之后的是否还有非异常：将X1Xn+1再计算，直至出
10、现异常值 3异常点的相邻点是否异常的判定异常点的相邻点是否异常的判定 平面网格状测试时，N次测试中的相邻二点异常点不可能出现的概率：对相邻点是否异常的判断值为Xo=m2S 单排测试（孔中测试）时，N次测试中的相邻二点异常点不可能出现的概率：对相邻点是否异常的判断值为：Xo=m-3Snp1212np1213 B BE A C A D C a）b）a）一般构件；b）孔（管）中 4.可使用的声参量：可使用的声参量：声速：稳定、重复性好，数据有可比性 但对缺陷不够敏感 幅度：要求幅度值要有可比性:仪器、换能器、信号线等测试系统不变 发射电压、采样频率等测试参数不变 测距相同、测试角度相同的数值才有可比
11、性 受表面耦合状态的影响较大，要求耦合状态良好、一致 对缺陷很敏感 频率：测试较繁，用的不多 原规程中还包括声时参量，新规程因声时与其他参数的判定方法不能一致而取消 5使用概率法要求使用概率法要求 测点数不少于20个 缺陷点不参加平均值m和标准差S的计算 对于整体质量差的结构，缺陷点过多，因判断值过低，易产生漏判，可先在同条件（构件、龄期、砼配比及用料、测距等条件相同）的正常砼上测试获得正常砼的平均值m和标准差S并求得判断值后再对缺陷砼判定第五章 砼结合面质量检测 一、砼结合面质量 原规程按砼结构工程施工及验收规范规定二次浇筑间隔时间大于3h为可疑结合面 新规程指：一次浇筑砼已终凝，形成早期强
12、度，表面处理不严格时，二次浇筑的结合面会形成结合不良，不具体规定浇筑间隔时间 2测试方法：测试要点：查明结合面位置及走向，测线穿过结合面，垂直或斜穿 测线要包括过结合面和不过结合面两类 测线要具有可比性：测试设备的状态与参数相同 测线的角度与测距相同，测距不宜过大，角 度不宜过小 因波幅是重要而敏感参数,注意表面处理 及耦合条件的一致 测读T、A、（F），记录波形三、判定 1数据量足够，结合面位置不清时，可采用数理统计方法判定异常点 2结合面位置明确，过结合面与不过结合面的测试数据可区分，或数据量较少时，对比声参数，明显降低时为异常 3注意考察是否有其它因素造成声参量的差异 第六章 表面损伤层
13、检测 一、表面损伤层：因受冻、高温火烧、化学腐蚀等引起由表及里的表面损伤 二、测试方法 原理：当T、R较近时，首波声时对应由损伤层传播的声波 当T、R间距加大时，首波声时为由正常砼传播的声波 三、损伤层厚度计算 1、时-距图：拐点前为损伤混凝土“时-距”图，拐点后为无损伤混凝土“时-距”图 2、分别线性回归损伤混凝土和无损伤混凝土的直线方程：损伤混凝土：L1=a1+b1*t 无损伤混凝土:L2=a2+b2*t 原规程用作图法求损伤混凝土和无损伤混凝土的声速，繁琐且误差大 新规程改用线性回归法 3计算计算时时-距图中直线转折点所对应的测距距图中直线转折点所对应的测距 4计算损伤层厚度计算损伤层厚
14、度 1212210/bbbabaL)/()(*212120bbbbTh四、测试要求 1选用有代表性部位测试，测点表面平 整干燥，无饰面层 若表面有水或潮湿，使表面损伤层声速提高，减小了与无损层的差异，造成误差 2选用厚度换能器，主频宜较低，主频高则信号弱 3测点不宜少于6个 4选取有代表性部位，凿开或取芯验证 第七章 灌柱桩砼缺陷 一、灌注桩砼缺陷 水下灌注桩的常见缺陷 桩顶低强区 集中气孔 断桩（火层）局部水泥或“缩颈”分散性泥团或“蜂窝”桩底沉渣 干孔灌注桩常见缺陷 二、超声法检测灌柱桩质量的优点二、超声法检测灌柱桩质量的优点 1结果准确可靠结果准确可靠 2不受桩长、桩径限制不受桩长、桩径
15、限制 3无盲区，声测管范围内都可检测，可测无盲区，声测管范围内都可检测，可测桩顶低强区和桩底沉渣厚度桩顶低强区和桩底沉渣厚度 4桩顶不露出地面即可检测，方便施工桩顶不露出地面即可检测，方便施工 5粗略估测砼强度粗略估测砼强度 三、测试方法 1预埋声测管 声测管材质：钢管、钢质波纹管、硬塑管（PVC）透声率大、便于安装、费用较低 声测管内径换能器外径，一般3050 连接方法：外加套管 不漏浆、内壁光滑、管底密封、各管间保持平行、接头不用黄油 固定方法：与钢筋笼架绑扎固定 个数：0.6M1.0M 双管 1.0M-2.5M 三管 2.5M以上 四管 2测试 管内注满清水 先用直径明显大于换能器的园钢
16、疏通声测 管,并记录深度 测声测管间距 对测 T、R，同高度、同步等距，从上至下，或从下至上，测点间距200500mm 记录声参数及深度，测试中保持测试系统状态参数不变 对可疑点复测，对有问题部位加密，及增加斜测 3.测试方法 同一根桩中有三根以上声测管时，以每两管为一个测试剖面，分别测试四、数据处理四、数据处理 1数据处理数据处理 计算波速：v =l /t 声时初读数 t =t-t00 超声系统声时初读数 t0 钢的声速vg=5940m/s，水的声速vw=1480m/s 径向换能器直径d，声测管内径d1、外径d2 2绘制曲线绘制曲线 绘制深度 声速曲线 深度 波幅曲线 深度 Z曲线wgvdd
17、vddtt112000 五、缺陷的判断五、缺陷的判断 1 概率法：对同一根桩同一个剖面的V、A、F按测缺方法判定异常值 2 斜率法 绘制 Z-h曲线相邻测点的斜率 k=(ti-t i-1)/(di-d i-1)ZH曲线的峰值部位可能是缺陷区或缺陷区的边界 斜率法中Z值主要取决于相邻测点声时之差，对于砼缺陷引起的声时突变反映明显，而对于因声测管不平行造成声时的缓慢渐变则不敏感，从而可以削弱因声测管不平行造成测试误差的干扰。121/iiiiddtttkz六、由声速离差系数判定砼匀质性的优劣，但不六、由声速离差系数判定砼匀质性的优劣，但不代表砼强度的高低代表砼强度的高低声速离差系数Cv=S/vm七、对桩完整性的评价七、对桩完整性的评价类别缺陷特征完整性评定结果无缺陷完整。合格局部小缺陷基本完整。合格局部严重缺陷局部不完整。不合格。经工程处理后可使用断桩等严重缺陷严重不完整。不合格。报废或通过验证确定是否加固使用第八章第八章 钢管砼缺陷钢管砼缺陷 一、测试方法一、测试方法 径向对测，等间距环线，环线间距150300mm 二、按数理统计法分析判定缺陷二、按数理统计法分析判定缺陷 当数据较少时，可用声参量对比判定 三、测试要求三、测试要求 1避免声波沿钢管传播，应行敲击检验钢管与砼是否胶结良好，舍去胶结不良的测点 2钢管外表面无绣蚀 3大直径钢管砼，可预埋声测管
