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1、第十二章现场混凝土质量检测第十二章现场混凝土质量检测南京水利科学研究院水利部基本建设工程质量检测中心2007.72007.7水利水电工程质量检测培训研讨材料水利水电工程质量检测培训研讨材料王五平王五平第二节第二节 混凝土内部缺陷检测混凝土内部缺陷检测 声学基础声学基础 超声波仪器设备超声波仪器设备 混凝土内部缺陷检测混凝土内部缺陷检测2.1声学基础混混凝凝土土超超声声检检测测技技术术因因其其用用途途广广泛泛、探探测测距距离离大大、完完全全不不破破坏坏结结构构物物等等优优点点，迅迅速速在在国国内内外外普普及及推推广广，成为应用最广泛的混凝土无破损检测方法。成为应用最广泛的混凝土无破损检测方法。应
2、用情况应用情况国外上世纪国外上世纪4040年代后期；年代后期；国内上世纪国内上世纪5050年代中期，年代中期，8080年代用于桩基检测。年代用于桩基检测。2.1.1 混凝土超声波检测技术的发展混凝土超声波检测技术的发展2.1.2 混凝土超声波检测技术规范混凝土超声波检测技术规范水利部行业标准水工混凝土试验规程(SL 352-2006)电力行业标准水工混凝土试验规程（DL/T 5150-2001）交通部行业标准水运工程混凝土试验规程（JTJ27098）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（CECS 21:2000）中国工程标准化委员会超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程（CEC
3、S 02：2005)建设部行业标准建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003）中华人民共和国水利行业标准中华人民共和国水利行业标准水工混凝土试验规程水工混凝土试验规程Test code for hydraulic concreteSL 352-2006中华人民共和国水利部中华人民共和国水利部 2.1.3 规范及规程规范及规程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超声法检测混凝土缺陷技技 术术 规规 程程Technical Specification for Inspection of Concrete Defects by Ultrasonic Metho
4、dCECS 21-20002000 北京北京2.1.3 规范及规程规范及规程声波是物体机械振动时迫使周围介质也声波是物体机械振动时迫使周围介质也发生振动并使振动向外传播而形成的一种波发生振动并使振动向外传播而形成的一种波动。动。接收换能器接收到的由声源传过来的声接收换能器接收到的由声源传过来的声波，是该点在声波作用下的振动过程。波，是该点在声波作用下的振动过程。振动大小和方向随时间而变化的过程曲振动大小和方向随时间而变化的过程曲线称为波形。超声仪屏幕上的图线就是传播线称为波形。超声仪屏幕上的图线就是传播到接收换能器所在位置的声波的波形。到接收换能器所在位置的声波的波形。2.1.4 超声波波形超
5、声波波形周期周期T相位相同的相邻的波之间所经历的时间。频率频率f 周期的倒数，Hz。混凝土超声检测使用频率20200kHz。振幅振幅A波动的幅度，表征波的强弱，以屏幕上波高度的毫米数、输出电压值或分贝（db）表示。波长波长声波波动一次所传播的距离。波速波速v单位时间波传播的距离，m/s。2.1.4.1 波形参数波形参数波长、频率、波速间关系 2.1.4.2 波形参数波形参数纵波纵波(P(P波波)介质质点的振动方向与波介质质点的振动方向与波的传播方向一致。的传播方向一致。2.1.5 波的分类波的分类依靠介质时疏时密（即时而拉伸，时而压缩）使介依靠介质时疏时密（即时而拉伸，时而压缩）使介质的容积发
6、生变形引起压强的变化而传播的，和介质的容积发生变形引起压强的变化而传播的，和介质的容变弹性有关。质的容变弹性有关。任何弹性介质（固体、液体、气体）在容积变化时任何弹性介质（固体、液体、气体）在容积变化时都能产生弹性力，纵波可以在任何固体、液体、气都能产生弹性力，纵波可以在任何固体、液体、气体中传播。体中传播。使介质产生剪切变形时引起的剪切应力变化而传播，使介质产生剪切变形时引起的剪切应力变化而传播，和介质切变弹性有关。和介质切变弹性有关。液体、气体无一定形状，其形状发生变化时不产生液体、气体无一定形状，其形状发生变化时不产生切变应力，所以液体、气体不能传播横波切变应力，所以液体、气体不能传播横
7、波,横波只横波只能在固体中传播。能在固体中传播。横波横波(S(S波波)介质质点介质质点的振动方向与波的传的振动方向与波的传播方向垂直。播方向垂直。2.1.5.1 波的分类波的分类表表面面波波 沿固体表面传播的波，它是由纵波和横波组合而成，又称瑞利波，R波。通常的超声换能器置于混凝土表面发射时，振动状况复杂，既有纵向振动又有横向振动，发射出的超声波既有纵波,也有横波和表面波。2.1.5.2 波的分类波的分类同一种类型的波，在同一种介质中，边界条件不同一种类型的波，在同一种介质中，边界条件不同，传播速度也不同。同，传播速度也不同。无限大或半无限大无限大或半无限大介质中纵波速度介质中纵波速度 薄板中
8、（板厚远小薄板中（板厚远小于波长）纵波速度于波长）纵波速度 细长杆中（杆的横向尺寸细长杆中（杆的横向尺寸远小于波长）纵波速度远小于波长）纵波速度 2.1.6.1 声波在介质中的传播速度声波在介质中的传播速度无限介质中无限介质中横波速度横波速度 固体表面传播的固体表面传播的表面波速度表面波速度 2.1.6.2 声波在介质中的传播速度声波在介质中的传播速度2.1.6.3 声波在介质中的传播速度声波在介质中的传播速度混凝土因此桩基检测时，声波透射法及低应变反射波法测得的波速为什么不同？2.1.6.4 声波在介质中的传播速度声波在介质中的传播速度2.1.7.1 声波在介质界面的反射和折射声波在介质界面
9、的反射和折射声波在传播过程中，由一种介质到达另一种介质，声波在传播过程中，由一种介质到达另一种介质，在两种介质的分界面（界面）上，声波会发生方在两种介质的分界面（界面）上，声波会发生方向和能量的变化：一部分声波被反射回到原来介向和能量的变化：一部分声波被反射回到原来介质中，称为反射波；另一部分声波透过界面在另质中，称为反射波；另一部分声波透过界面在另一种介质中继续传播，称为折射波。一种介质中继续传播，称为折射波。反射系数与透射系数的大小取决于两种介质的声反射系数与透射系数的大小取决于两种介质的声学特性，具体来说取决于介质的特性阻抗学特性，具体来说取决于介质的特性阻抗Z Z。特性阻抗特性阻抗Z
10、Z表征介质的声学特性，其值为介质的密表征介质的声学特性，其值为介质的密度和波速的乘积，即度和波速的乘积，即Z=v Z=v 项目材料杨氏弹性模量（104MPa）泊松比密 度（g/cm3）声速（m/s）特性阻抗v(104g/cm2.s)vPvS钢21.00.297.859403220470玻璃7.00.252.558003350129陶瓷5.90.232.453003100130混凝土3.00.282.445002756108石灰石7.20.312.761303200166淡水 20oc-0.998148114.8空气 20oc-0.00123430.0042.1.7.2 声波在介质界面的反射和折
11、射声波在介质界面的反射和折射R+T=1，符合能量守恒定律；Z1=Z2时，R=0，T=1，声波全部透过界面，无反射；两种介质特性阻抗相差悬殊时（Z1Z2或Z1Z2），R1，T0，即声波能量在界面绝大部分被反射，难于进入第二种介质。2.1.7.3 声波在介质界面的反射和折射声波在介质界面的反射和折射？为什么换能器和被测体之间需要耦合为什么换能器和被测体之间需要耦合介质（黄油、水等）介质（黄油、水等）？超声波为什么可以探测裂缝超声波为什么可以探测裂缝！钢、混凝土一类固体介质特性阻抗较钢、混凝土一类固体介质特性阻抗较大，液体一类介质次之，空气的特性阻大，液体一类介质次之，空气的特性阻抗最小，因此，在空
12、气与固体介质界面抗最小，因此，在空气与固体介质界面上，声波很难通过，绝大部分被反射。上，声波很难通过，绝大部分被反射。2.1.7.4 声波在介质界面的反射和折射声波在介质界面的反射和折射2.1.8.1 声波在传播过程的衰减声波在传播过程的衰减声波在介质中传播过程中，其振幅将随传播距离的增大而逐渐减小，这种现象称为衰减。声波在任何介质中传播都有衰减存在。声波衰减的大小及其变化不仅取决于所使用的超声频率及传播距离，也取决于被检测材料的内部结构及性能。声波在固体介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变为热能；同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换
13、，从而导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。介质的这种衰减称为吸收衰减，以吸收衰减系数表征。吸收衰减系数与声波频率的1次方、2次方成正比。1.吸收衰减2.1.8.2 声波在传播过程的衰减声波在传播过程的衰减当介质中存在颗粒状结构而导致的声波的衰减称当介质中存在颗粒状结构而导致的声波的衰减称散射衰减。散射衰减。一方面一方面是因为其中大的颗粒（粗骨料）构成许多是因为其中大的颗粒（粗骨料）构成许多声学界面，使声波在这些界面上产生多次反射、折射声学界面，使声波在这些界面上产生多次反射、折射和波型转换；和波型转换；另一方面另一方面是微小颗粒在相应频率的超声波作用下是微小颗粒在相应频率的超声波作用下产生共
14、振现象，其本身成为新的振源，向四周发射声产生共振现象，其本身成为新的振源，向四周发射声波，使声波能量的扩散达到最大。当颗粒的尺寸远小波，使声波能量的扩散达到最大。当颗粒的尺寸远小于波长时，散射衰减系数与频率的于波长时，散射衰减系数与频率的4 4次方成正比。次方成正比。2.散射衰减2.1.8.3 声波在传播过程的衰减声波在传播过程的衰减3.扩散衰减 发射换能器发出的超声波束都有一定的扩散角。波束扩散，则声波能量逐渐分散，从而使单位面积的能量随传播距离的增加而减弱。用于混凝土检测的低频超声波扩散角很大。传播一定距离后，在混凝土中的超声波已近于球面波。远离声源的球面波的声压与至声源的距离r成反比，即
15、r愈大，声压愈小。扩散衰减的大小仅取决于声幅射器的扩散性能及波的几何形状而与传播介质的性质无关，故测量时选取相同距离，使扩散衰减成为恒量，并作相对比较。2.1.8.4 声波在传播过程的衰减声波在传播过程的衰减以p代表某声压，p0代表比较基础的基准声压，则声压比为p/p0 振幅比A/A0以分贝表示 10100100100000倍 20dB+40dB+40dBl00dB 声学中以分贝(dB)表示两个量纲相同的量的比。2.1.8.5 声波在传播过程的衰减声波在传播过程的衰减2.1.9 混凝土超声检测中应用的超声波混凝土超声检测中应用的超声波脉冲超声波是复频波脉冲超声波是复频波 由许多不同频率的余弦波
16、组成。其固有的主频率就是换能器上的标称频率。频漂频漂 由于声波的衰减与频率有关，频率越高,衰减越大，脉冲超声波传播时由于衰减将引起主频率向低频侧的漂移。重复间断发射重复间断发射 超声波不是连续不断的，而是以一定重复频率(100Hz或50Hz)间断地发射出一组组脉冲波。称为超声脉冲波。2.2超声波仪器设备上世纪上世纪5050年代，进口仪器（英国产年代，进口仪器（英国产UCT/2UCT/2型型），电子管），电子管式仪器。式仪器。19641964年同济大学研制出我国第一台超声仪年同济大学研制出我国第一台超声仪CTS-10CTS-10型型。7070年代后期天津建筑仪器厂年代后期天津建筑仪器厂SC-2S
17、C-2型型超声仪超声仪湘潭无线电厂湘潭无线电厂SYC-2SYC-2型，用于岩体声波参数试验。型，用于岩体声波参数试验。CTS-25CTS-25型型非金属超声仪同济大学研制的仪器后经汕头超非金属超声仪同济大学研制的仪器后经汕头超声电子仪器研究所修改定型生产（后转给汕头超声电子声电子仪器研究所修改定型生产（后转给汕头超声电子仪器公司生产）。仪器公司生产）。2.2.1.1 超声仪的发展超声仪的发展模模拟拟式式超超声声仪仪是是将将接接收收放放大大后后的的信信号号（模模拟拟信信号号）直直接接送送到到显显示示系系统统，以以示示波波器直接显示。器直接显示。每每当当出出现现一一个个同同步步信信号号，仪仪器器就
18、就发发射射、扫扫描描、计计时时、显显示示一一次次，然然后后等等待待下下一一次次同同步步信信号号的的触触发发。同同步步信信号号即即频频率率为为100Hz100Hz或或50Hz50Hz，每每秒秒钟钟出出现现100100或或50 50 帧帧扫扫描描波波形形和和声声时时显显示示。这这样样高高的的重重复复频频率率使使得波形无闪烁。得波形无闪烁。2.2.1.2 模拟式超声仪模拟式超声仪 数字式超声仪数字式超声仪U-SonicU-Sonic NM-4BNM-4B ZBL-U510ZBL-U510 CUT201CUT201 RS-UT01CRS-UT01C 数字式超声仪数数字字式式超超声声仪仪通通过过信信号号
19、采采集集器器采采集集信信号号，再再将将采采集集到到的的一一系系列列离离散散信信号号转转化化为为数数字字量量（A/DA/D转转换换），加加以以存存储储，再再将将采采集集并并转转换换后后的的数数字字量量再再转转化化为为模模拟拟量量（D/AD/A转转换换）在在屏屏幕幕上上显显示示出出来来。早早期期研研制制的的数数字字式式超超声声仪仪单单次次（或或数数次次）采采集集一一个个信信号号后后即即显显示示这这个个信信号号，即即静静态态显显示示。近近年年来来新新研研制制的的数数字字式式超超声声仪仪已已实实现现了了多多次次循循环环采采集集和和显显示示，重重复复的的频频率率可可到到数数十十次次每每秒秒，可可获获得得
20、动动态态波波形形，称称为为动动态显示。态显示。数字式超声仪数字式超声仪优点数字式超声仪优点接收信号被转化为数字量，便于对信号（包括测试接收信号被转化为数字量，便于对信号（包括测试结果和整个波形）的存储和重现；结果和整个波形）的存储和重现；信号为数字量，可方便地对信号进行各种后处理。信号为数字量，可方便地对信号进行各种后处理。目前常进行的是对信号作频谱分析；目前常进行的是对信号作频谱分析；信号已变成不同幅值（电压）的离散量，根据信号信号已变成不同幅值（电压）的离散量，根据信号幅值的前后变化情况可以判断出接收信号到达的起幅值的前后变化情况可以判断出接收信号到达的起点，即实现用软件进行的声时和振幅自
21、动判读。点，即实现用软件进行的声时和振幅自动判读。数字式超声仪以计算机为主体，许多测试规程规定数字式超声仪以计算机为主体，许多测试规程规定的数据处理、计算均可编制成软件在仪器上运行，的数据处理、计算均可编制成软件在仪器上运行，直接获得测试的初步结果。直接获得测试的初步结果。2.2.1.6 对超声仪的要求对超声仪的要求1.1.具有实时显示和记录接收信号的时程曲具有实时显示和记录接收信号的时程曲线以及频率测量或频谱分析功能；线以及频率测量或频谱分析功能；2.2.声时测量分辨率优于或等于声时测量分辨率优于或等于0.1s0.1s；波幅测；波幅测量相对误差小于量相对误差小于5 5，系统频带宽度为，系统频
22、带宽度为1 1200kHz200kHz，系统最大动态范围不小于，系统最大动态范围不小于100dB100dB。3.3.声波发射脉冲宜为阶跃或矩形脉冲，发射电声波发射脉冲宜为阶跃或矩形脉冲，发射电压压1001001000V1000V。换能器 超声波检测混凝土，首要解决超声波的产生和接收，再进行测量。采用换能器产生和接收超声波。发射换能器 采用最方便的能量电能，将它转化为超声能量，即产生出超声波。接收换能器 当超声波在混凝土中传播后，为了度量超声波的各种声学参数，将超声能量转化为最容易量测的量电量。换能器原理换能器原理 压电效应压电效应正压电效应正压电效应 对某些不显电性的电介质施加压对某些不显电性
23、的电介质施加压力，引起介质内部正负电荷中心发生相对位移力，引起介质内部正负电荷中心发生相对位移而极化，导致介质两端上出现符号相反的束缚而极化，导致介质两端上出现符号相反的束缚电荷。正压电效应被用来接收超声波。电荷。正压电效应被用来接收超声波。反压电效应反压电效应 将具有压电效应的介质置于电场将具有压电效应的介质置于电场内，由于电场作用引起介质内部正负电荷中心内，由于电场作用引起介质内部正负电荷中心发生位移，这位移在宏观上表现出产生了应变。发生位移，这位移在宏观上表现出产生了应变。反压电效应被用来发生超声波。反压电效应被用来发生超声波。压电材料压电材料天然晶体石英人工晶体 酒石酸钾钠、铌酸锂 压
24、电陶瓷 钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅 超磁致 稀土超磁致伸缩材料 换能器横波换能器表面波换能器纵波换能器增压式径向换能器一发双收换能器圆环式径向换能器圆环式径向换能器径向换能器平面换能器普通平面换能器夹心式平面换能器夹心式平面换能器弯曲式平面换能器宽带平面换能器 换能器种类普通平面换能器构造1-压电陶瓷片；2-外壳；3-插座；4-弹簧；5-引出线；6-背衬（吸声块）7-铜片1234756夹心式换能器结构1-配重块；2-压电片；3-幅射体 平面型换能器平面型换能器 柱状换能器柱状换能器1234增压式换能器构造1-压电陶瓷片；2-金属管；3-绝缘层；4-引出电缆JF圆环式径向换能器构造1-引出电缆；2
25、-压电圆环；3-下锥体4-扶正器；5-前置放大器12345JF圆环式径向换能器外观2.2.2.6 对换能器的要求对换能器的要求1.圆柱状径向振动，沿径向无指向性；2.外径小于声测管内径，有效工作面长度不大于150mm；3.谐振频率宜为3050kHz；4.水密性满足 1MPa水压不渗水。2.2.3.1初读数的计算初读数包括3部分：1)仪器（包括换能器）所形成的零读数t0；2)超声波在声测管水中的传播时间tw；3)超声波在声测管管壁中的传播时间tp。t0a=t0+tw+tp2.2.3.2 标定标定t0l1(t1)l2(t2)平面换能器类似d3d1d22.2.3.3初读数的计算Cw=1480m/sC
26、p=5940m/s3混凝土内部缺陷检测3.1.1 混凝土缺陷探测原理混凝土缺陷探测原理1)声时，波速2)2）首波波幅缺陷处声学参数特征：4)波的传播路径复杂，各种波叠加造成波形畸变3)接收波主频值3.1.1 混凝土缺陷探测原理混凝土缺陷探测原理3.1.2 混凝土缺陷及裂缝探测的一般程序混凝土缺陷及裂缝探测的一般程序混凝土缺陷（包括不密实区和空洞、结合面质量、表面损伤层）以及裂缝的检测一般程序如下：（1 1）制订测试方案）制订测试方案收集资料，实地考察，制订测试方案。视测试面情况及测距大小选择平测法、对测法、斜测法或者钻孔法。（2 2）仪器设备）仪器设备超声仪及换能器应满足规范要求及现场检测需要
27、。根据测试面情况选型式，测距选频率。（3 3）对测试面或钻孔的要求）对测试面或钻孔的要求平面换能器要求混凝土表面平整、干净。径向换能器要求钻孔或声测管互相平行，直径略大。（4 4）耦合条件）耦合条件平面换能器：与混凝土表面达到完全平面接触，减小衰减。径向换能器：孔（管）中注满清水，换能器不偏斜。（5 5）测线布置）测线布置尺寸较大测线疏一些，小构件测线应密一些；普测时测线疏一些，单方向对测，有怀疑的区域密一些，进一步斜测；平面检测时，记录各测点编号及位置；钻孔检测时，记录各测点高程。（6 6）信号采集）信号采集记录声时、振幅、频率和波形这四个声学参数。异常部位保存波形。（7 7）分析计算）分析
28、计算在现场初步分析，缺陷部位复测或详测，室内进一步分析处理。3.1.2 混凝土缺陷及裂缝探测的一般程序混凝土缺陷及裂缝探测的一般程序3.2 不密实区和空洞检测不密实区和空洞检测不密实区是指因振捣不够、漏浆或离析等造成的蜂窝状，或因缺少水泥形成的松散状以及遭受意外损伤产生的疏松状混凝土区域。空洞是指因为钢筋密集，混凝土无法振实，造成石子架空，或者在浇筑过程中混凝土中混入了声阻抗较低的杂物（如泥块、木块、砖头等）。3.2.1 不密实区和空洞检测测线布置不密实区和空洞检测测线布置1 1 对测法对测法适用于具有两对平行测试面的结构。在两对平行的测试面上，画出等间距的网格，网格间距0.21.0m，大型结
29、构物可适当加大，编号确定对应的测点位置。适用于只有一对平行测试面的结构；测点间距同前。2)斜测法3.2.1不密实区和空洞检测测线布置斜测法立面图3）钻孔法l适用于钻孔或预埋管，孔距2-3m；l测点间距0.20.5m；l缺陷附近，测点加密。3.2.1 不密实区和空洞检测测线布置不密实区和空洞检测测线布置AB1.常规对测测点间距S(0.2:1.0m)2.局部加密对测S100mm3.A高B低斜测S同加密对测4.A低B高斜测S同加密对测现场缺陷测试程序3.2.2 缺陷分析方法缺陷分析方法异常测点判断概率统计法缺陷范围判断阴影重叠法缺陷程度判断层析成像法 异常测点判断异常测点判断概率法概率法南京水利科学
30、研究院罗骐先教授提出，现已编入各类超声检测规范。基本构想如下：1)正常混凝土质量波动是偶然误差所引起，符合正态分布；2)缺陷是由过失误差（漏振、漏浆、架空等）引起，不符合正态分布；3)找出一批检测数据的临界值，低于临界值即缺陷异常点。3.2.2异常测点判断概率法对n个测点统计平均值、标准差s。查表或计算P(1/n)的分位值ka 测点数不少于30个将所有测值按大小次序排列，即x1 x2 x3 xn-1 xn xn+1，将排在后面明显小的数据视为可疑，例如xn、xn+1，先予舍弃，以剩下的其他数据进行统计计算，得到一临界值xL1。这时可能出现两种情况：a)若xn-1xL，则将xn-1也舍掉，以其余
31、的数据重新进行统计计算、判断，以此类推，直到所舍弃的数据中最大的一个大于或等于临界值为止，则这个最大值以后的数据为异常点。b)若xn-1 xL，则将xn纳入统计数据中，将其余的数据舍弃，重新进行统计计算、判断，以此类推，直到所舍弃的数据中最大的一个小于临界值为止，则这个所舍弃的最大值及其以后的数据为异常点。异常测点判断异常测点判断概率法概率法高低3.2.2 异常测点判断异常测点判断概率法概率法序号12345678910t(us)106.4107.2107.9109.2109.4109.6109.6109.6110.4110.4序号11121314151617181920t(us)111.211
32、1.4111.6111.8112.2112.4114.3114.6115.1115.8假设t16、t20可疑，对t1t15统计：n=15，mt=109.9，St=1.71，1=1.50 x0=mt+1St=109.9+1.711.50=112.5t15x0说明t17为异常值。t17t20为异常值将所有相交的缺陷阴影区进行叠加，其交叉重叠所围成的区域，称为缺陷阴影区，即为缺陷的范围。3.2.3 缺陷区域判断缺陷区域判断阴影重叠法阴影重叠法声测管周围局部缺陷实际缺陷异常测线正常测线缺陷阴影检测缺陷范围abdchfgei3.2.3 缺陷范围判断缺陷范围判断阴影重叠法阴影重叠法声测管之间局部缺陷efa
33、bijklcdgh3.2.3 缺陷范围判断缺陷范围判断阴影重叠法阴影重叠法 缩颈缺陷缩颈缺陷hfbgjidclkea3.2.3 缺陷范围判断缺陷范围判断阴影重叠法阴影重叠法分析实例分析实例-11.5-12.5-13.5-14.5-13.25-13.00A管B管C管A管J缺陷轮廓缺陷区阴阴影影重重叠叠法法第三节第三节 混凝土裂缝深度检测混凝土裂缝深度检测单面平测法单面平测法 适用于只有一个外露表面的结构浅裂缝，如混凝土路面、飞机跑道、隧洞、大体积混凝土浅裂缝。双面斜测法双面斜测法 适用于具备一对平行测试面的结构，例如桥梁工程的梁、柱、墩等。钻孔对测法钻孔对测法 适用于具备钻孔条件的大体积混凝土结
34、构深裂缝。3.1 单面平测法单面平测法3.1 单面平测法单面平测法（1 1）选择测试部位。）选择测试部位。（2 2）不跨缝的声时测量）不跨缝的声时测量 T和R换能器置于裂缝附近同一侧，两个换能器内边缘间距依次等于50、100、150、200mm、，分别读取声时值。（3 3）跨缝的声时测量）跨缝的声时测量 分别置于以裂缝两侧，两个换能器同步向外侧移动，依次等于50、100、150、200mm、，分别读取声时值。测试步骤：测试步骤：3.1 单面平测法单面平测法（4 4）记录首波反转时的测距）记录首波反转时的测距当换能器置于裂缝两侧并逐渐增大间距，首波的振幅相位先后发生180的反转变化。4.1 单面
35、平测法单面平测法l1/l2/l3/l1/l2/l3/1 1）不跨缝测量）不跨缝测量2 2）跨缝测量）跨缝测量三点平均值法跨缝测试在某测距发现首波反相时，用该测距及其两个相邻测距的声时测量值分别计算hci，取此三点的平均值hci作为该裂缝的深度。平均值加剔除法首先求出各测距计算深度hci的平均值mhc。再将各测距与相比较，凡和，剔除其hci，取余下hci的平均值作为该裂缝深度hc。3.1 单面平测法单面平测法裂缝深度确定方法3.1 单面平测法单面平测法单面平测法检测混凝土试块裂缝深度单面平测法检测混凝土试块裂缝深度测距(mm)跨缝声时(us)不跨缝声时(us)计算缝深(mm)5083.714.9
36、184.510085.725.7182.815089.337.7181.820096.148.1185.925094.960.5165.4300103.371.3168.6350113.382.5175.3400119.791.7168.6450128.9103.3169.8500138.9116.5173.2550150.5/182.4600158.1/173.9650169.3/180.5700181.3/190.8750189.3/180.9测距250mm处首波反转mhc=177.6mm3.1 单面单面平测法平测法三点平均为：173.3mm平均值加剔除法：172.4mm影响因素：裂缝深度
37、裂缝深度不适用于50cm深的裂缝；裂缝长度裂缝长度当裂缝深度大于裂缝长度的一半时，超声波在长度方向的绕射距离将小于从裂缝尖端绕射距离；钢筋影响钢筋影响避免测线与钢筋平行，难以避免则换能器偏离钢筋的最短距离为裂缝深度的1.5倍左右 3.1 单面平测法单面平测法3.2 双面斜测法双面斜测法3.2 双面斜测法双面斜测法！限制钻孔间距小于钻孔间距小于2m3.3 钻孔对测法钻孔对测法钻孔直径应比换能器直径大510mm；孔深应至少比裂缝预计深度深700mm；对应的两个钻孔A、B，必须始终位于裂缝两侧，其轴线应保持平行；两个对应测试孔的间距宜为2000mm；孔中粉末碎屑应清理干净；在裂缝一侧多钻一个孔距相同
38、但较浅的孔。3.3 钻孔对测法钻孔对测法钻孔要求：采用扶正器以确保换能器在孔中居中；选用频率在20-60kHz之间的一对径向换能器，为增加信号的可读性，接收换能器应带有前置放大器；以首波波幅A变化为判断依据。3.3 钻孔对测法钻孔对测法测试及分析：3.3 钻孔对测法钻孔对测法采用专门制作的径向换能器（15mm，80kHz），对钻孔直径要求小，采用电锤打孔，钻头直径为20mm。第七节第七节 钢筋位置和保护层厚度检测钢筋位置和保护层厚度检测 l混混凝凝土土结结构构工工程程施施工工质质量量验验收收规规范范：抽抽取取一一定定数数量量的的梁梁、板板类类构构件件进进行行钢钢筋筋保保护护层层厚厚度度的的检检
39、测测，以以作作为为结结构构实实体体检检验验的的内内容容，规规定定了了抽抽样样比比例例、钢钢筋筋检检测测数数量量、钢钢筋筋保保护层厚度的允许偏差及验收方法；护层厚度的允许偏差及验收方法；l水水利利水水电电基基本本建建设设工工程程单单元元工工程程质质量量等等级级评评定定标标准准：规定了钢筋位置和保护层厚度的允许偏差；规定了钢筋位置和保护层厚度的允许偏差；l水水运运工工程程混混凝凝土土试试验验规规程程：对对电电磁磁感感应应法法检检测测钢钢筋筋位位置和保护层厚度作出规定；置和保护层厚度作出规定；l北北京京市市出出台台了了地地方方标标准准电电磁磁感感应应法法检检测测钢钢筋筋保保护护层层厚厚度度和钢筋直径
40、技术规程和钢筋直径技术规程(DB11/T365-2006)。7.1 标准情况标准情况 l电磁感应法（钢筋保护层测定仪）l雷达法（钢筋混凝土雷达）7.2 检测方法检测方法7.2.1 电磁感应法电磁感应法 电磁感应法测量原理电磁感应法测量原理主机交流信号探头产生交变磁场测量线圈出现感生电流输出信号。x=0，l 校准时间校准时间定期、新仪器启用前、检测数据异常、经过维修或更换主要零配件（如探头、天线等)l 校准方法：试件校准校准方法：试件校准在1050mm内检测误差不大于1mm7.2.1 电磁感应法电磁感应法（1）准备工作：清理检测面、仪器预热和调零（2）钢筋位置测定平移探头信号最大处（保护层值最小
41、处）旋转探头信号最大处（保护层值最小处）量测钢筋的间距量测钢筋的间距（3）保护层厚度测定）保护层厚度测定设定钢筋公称直径，读数，同一位置重复，两次相差不大于1mm。保护层厚度过小，加垫块,计算时扣除（4）检测数据处理）检测数据处理 绘制钢筋间距图，计算最大间距、最小间距和平均间距7.2.1 电磁感应法电磁感应法 钢筋截面形状；钢筋间距：净距/钢筋保护层厚度1.31.5时，相邻钢筋对保护层厚度检测的影响较小；绑扎铁丝；混凝土原材料：铁磁性物质，如钢纤维混凝土；检测面光洁度；外界影响；钢筋锈蚀。7.2.1 电磁感应法电磁感应法 影响因素影响因素7.2.2 结构混凝土雷达法结构混凝土雷达法雷达波属于
42、电磁波，频率300MHz300GHz，真空中波长1m1mm。雷达波对电磁特性敏感。军事雷达探地雷达结构混凝土雷达（1GHz）时距法：根据传播速度v和发射波至反射波返回的时间差，确定反射体距测试表面距离D7.2.2 结构混凝土雷达法结构混凝土雷达法7.2.2 结构混凝土雷达法结构混凝土雷达法7.2.2 结构混凝土雷达法结构混凝土雷达法查阅设计图纸等资料，了解被测钢筋混凝土结构钢筋与保护层厚度情况。确定雷达仪扫描路线。天线运行方向应垂直于被测钢筋，扫描路线避免其它钢筋产生影响，尽量避开预埋金属物体。仪器天线沿扫描路线均匀、平稳地运行，速度不宜过快，注意雷达仪一次扫描允许的最长距离。扫描完毕，转入数
43、据处理，也可将数据存入计算机进行处理。测量步骤测量步骤7.2.2 结构混凝土雷达法结构混凝土雷达法第八节第八节 混凝土中钢筋半电池电位测定混凝土中钢筋半电池电位测定 8 混凝土中钢筋半电池电位测定混凝土中钢筋半电池电位测定 基基本本原原理理 当构件中钢筋表面阴极极化性能变化不大时，钢筋半电池电位主要决定于阳极性状：阳极钝化，电位偏正；活化，电位偏负。适适用用于于现场无破损检测海洋环境水工钢筋混凝土构筑物中钢筋半电池电位，以确定钢筋腐蚀性状。不不适适用用于于已饱和或接近饱和的混凝土，钢筋虽未锈，但因缺氧，阴极极化很强，半电池电位为负。仪器设备仪器设备l铜硫酸铜参比电极。l直流电压表：量程2000
44、mV，最小分刻度10mV，输入阻抗应力不低于10M。l电瓶夹头一只l导线，总长不大于100m8 混凝土中钢筋半电池电位测定混凝土中钢筋半电池电位测定 试验步骤试验步骤布置测点：纵、横向间距为30cm50cm，当相邻两测点测值代数值之差超过150mV时，应适当缩小测点间距在构筑物表面，与里面钢筋网电连接的露头钢筋上，用电瓶夹头引出导线，接电压表的正极从铜-硫酸铜参比电极的紫铜棒上引出导线，接电压表的负极测读各测点电位，精确至10mV。5min内变化在20mV以内8 混凝土中钢筋半电池电位测定混凝土中钢筋半电池电位测定 试验结果处理试验结果处理l绘制构件表面钢筋半电池等电位图，间隔100mVl绘出
45、累积频率图l评估标准评估标准l半电池电位正向大于-200mV，腐蚀概率90；l半电池电位在-200mV-350mV范围内，钢筋腐蚀性状不确实。8 混凝土中钢筋半电池电位测定混凝土中钢筋半电池电位测定 8 混凝土中钢筋半电池电位测定混凝土中钢筋半电池电位测定 第九节第九节 混凝土结构现场试验混凝土结构现场试验9.1 现场试验目的现场试验目的静静载载试试验验 施加静荷载，测试变形、应力、应变。试验荷载可以逐级施加，及时观测结构受力和变形的发展变化。动动载载试试验验 施加动荷载，测试频率、振型和阻尼比。动力特性可以在小振幅试验下求得，不会使结构出现过大的振动和损坏。l新建结构新建结构检验水工结构设计
46、与施工质量验证水工结构设计理论和设计方法l已建结构已建结构评定混凝土结构的实际承载能力使用标准提高加固改造9.1 现场试验目的现场试验目的（一）制定试验方案（一）制定试验方案l试验目的l研究内容l荷载施加方法l观测项目和测点布置l仪器和设备l人员组织l进度计划l经费预算9.2 静载试验与测试静载试验与测试（二）静载试验的实施（二）静载试验的实施1 1试验准备试验准备l试验部位的选择l临时支架搭设l人员组织及分工l加载设备和配套设施到位l仪器的配备和安装调试9.2 静载试验与测试静载试验与测试 2 2观测项目和测点布置观测项目和测点布置最大拉、压应变观测项目观测项目 结构的沉降、水平位移结构的挠
47、度裂缝的出现和裂缝的发展测点宜少不宜多测点布置测点布置测点的代表性和可对比性布置一定数量的校核测点9.2 静载试验与测试静载试验与测试 2观测项目和测点布置以启闭机梁静载试验为例，观测项目和测点布置：l简支梁：跨中截面应变、支座沉降、跨中挠度；l连续梁：跨中和支座截面应变、支座沉降、跨中挠度；l无铰拱：拱顶、L/4及拱脚截面应变，跨中、L/4处挠度。9.2 静载试验与测试静载试验与测试 3 3测量仪器和测量方法测量仪器和测量方法l应力应变测量：应力应变测量：电阻应变计、钢弦式应变计；l线位移测量：线位移测量：接触式、非接触式。l角位移测量：角位移测量：水准管式倾角仪、水准式角位移传感器和电阻应
48、变式角位移传感器。l裂缝观察与测量裂缝观察与测量仪器选择要综合考虑精度要求和环境适应性精度要求和环境适应性9.2 静载试验与测试静载试验与测试 4 4试验荷载的施加试验荷载的施加(1)试验荷载的确定静载试验效率 Ss试验荷载作用下控制测点的作用效应计算值；S设计荷载作用下控制测点的最不利作用效应计算值；u按设计规范采用的冲击系数。0.801.059.2 静载试验与测试静载试验与测试(2)试验荷载的分级和加载方式l重物加载：重物加载：一般分成34级，通常为最大试验荷载的60%、80%、90%、100%；逐级加载至最大试验荷载，然后再逐渐卸载至零。l车辆加载：车辆加载：一般分成23级；逐级递增的循
49、环加载。(3)试验荷载的持续时间和试验时段l试验荷载的持续作用时间取决于结构变形达到稳定所需的时间；l加载试验时间一般选择在外界气候条件较好，气温变化相对较小时段，一般选择晚上10时至凌晨5时。9.2 静载试验与测试静载试验与测试(4)预加载试验l使结构进入正常工作状态l检查试验装置和观测仪器(5)停止加载条件l控制测点的应力、变位、挠度达到控制值或规范规定值；l加载过程中出现超过规范规定允许缝宽的裂缝，或者出现斜裂缝；l结构的变位或挠度不能稳定时；l出现了其他的破坏，影响结构的承载能力或正常使用。9.2 静载试验与测试静载试验与测试（三）试验数据分析及结构承载力评定（三）试验数据分析及结构承
50、载力评定 1 1测值的修正测值的修正2 2荷载效应校验系数和结构安全储备评价荷载效应校验系数和结构安全储备评价 荷载效应校验系数荷载效应校验系数l=1：理论计算值与实测值相符，结构承载力正常；l1：表明强度或刚度不足，结构不安全。9.2 静载试验与测试静载试验与测试 9.2 静载试验与测试静载试验与测试 3 3结构强度评价：结构强度评价：4 4结构刚度评价：实测最大变位与规定值比较结构刚度评价：实测最大变位与规定值比较 5 5结构相对残余变形分析结构相对残余变形分析：相对残余变形=实测残余变形/试验荷载作用下的总变形 6 6结构裂缝分析：结构裂缝分析：结构裂缝的出现和裂缝的发展程度通过以上荷载