結構實驗技術講稿非破損檢測第014次課39課件

1、1蘇州科技學院 土木工程學院結構實驗技術 田石柱 教授2 超聲波是一種頻率超過20kHz的機械波，一般由高頻電振蕩激勵壓電晶體發(fā)射換能器，發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波經耦合進入混凝土，在混凝土中傳播后為接收換能器所接收，也是通過壓電晶體把機械振蕩轉換成電訊號進行傳輸、放大與量測。3.3 超聲波法3 超聲法探測的基本原理 基于超生波在介質中傳播時，遇到不同介面，將產生反射、折射、繞射、衰減等現象，從而使傳播的聲時、振幅、波形、頻率等發(fā)生相應變化，測定這些規(guī)律的變化，便可得到材料的某些性質與內部構造情況。 3.3 超聲波法4 由于非金屬材料與金屬材料性質不同，使用超聲波探測儀也分兩類。用于非金屬探測的要

2、頻率低、功率大，聲波傳播能量才不易被衰減，才能滿足一定范圍的量測需要。用于金屬的，則需要頻率高，而功率不必太大，這樣探測靈敏度較高，精度較好。3.3 超聲波法5 非金屬超聲波探測儀的組成部分，主要包括超聲波的發(fā)生、傳遞、接收、放大、時間測量和顯示等裝置。換能器與被測體表面保持良好聲耦合，以減小聲能耗損，為此，測點必須平整，并涂刷耦合劑，如黃油，凡士林等。3.3 超聲波法6 1. 混凝土強度檢測 基于混凝土強度與其彈性模量、密實度等密切相關，而超聲波在其中傳播又與這些參數有如下式關系： 因此，砼的抗壓強度與超聲波在混凝土中的聲速v之間存在著正相關關系，混凝土強度越高，相應聲速也越高。這就是超聲法

3、檢測混凝土強度的基本原理。7 由于影響因素的復雜性和隨機性，檢測必須有事先建立的的相關曲線。 采用的幾種函數類型: 平拋物線型 指數函數型 冪函數型 8 當作為與回彈法綜合評定混凝土強度時，按照我國超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規(guī)程（CECS02：88）進行。因此，與回彈法相對應，每個測區(qū)內在混凝土澆筑方向的兩側面上布置三個對測點，每對測點的收、發(fā)探頭應在同一軸線上進行對測。每一構件測區(qū)數應不少于十個，測區(qū)的測試結果以三對測點平均值計算。當收發(fā)探頭分別布置在混凝土澆筑的頂面和底面對測時，與兩測面對測結果會有差異，應加修正。93.3 超聲波法 對測法接收換能器接收探頭 發(fā)射換能器發(fā)射探頭 頂面

4、及底面測試時，修正 10 混凝土超聲測強的影響因素很多，除了儀器性能和檢測方式外，混凝土內部構造、石子品種、粒徑、水泥品種、含砂量，外加劑，養(yǎng)護條件，齡期，所含鋼筋的粗細等，均會對測試結果產生影響。所以，我國目前超聲測強，只作為與回彈法的綜合使用。3.3 超聲波法11 2. 混凝土裂縫檢測 已建結構在長期使用中，可能產生各種裂縫和損傷，為了評估其安全性和耐久性，常常需要了解裂縫的深度、形狀、走向。現場結構加載試驗中，也常需要檢測裂縫的出現及發(fā)展過程。對于裝配式結構的接縫質量、裂縫灌漿處理效果、新舊混凝土結合情況等。非金屬超聲波檢測儀則提供了一種方便、快速的檢測手段。12 對于垂直裂縫的檢測，發(fā)

5、、收探頭放置在對稱于裂縫的混凝土表面上，彼此相距為d，測得繞縫尖端的聲時 ；然后以相同距離d將探頭置于附件無裂縫處的混凝土表面，測得沿表層傳播的聲時 ?；炷谅曀?3 條件允許，也可采用對測法，二探頭相對，從裂縫頂部開始，逐漸向尖端移動掃描，當測得聲速為混凝土聲速時，即為裂縫的終止。3.3 超聲波法14 對很深的裂縫，側向又無法探測，當用一般方法穿透能量不足時，可鉆孔用徑向增壓式探頭如圖的方法檢測。 3.3 超聲波法15 對于傾斜裂縫，應先確定其走向。方法是在測試面上畫一條與裂縫交叉并相垂直的直線，如圖所示，將一探頭固定放置在直線上某一測點A，另一探頭置于裂縫的另一邊靠近裂縫的B1點，測得聲時

6、t1后再稍許外移，此時聲時若減小，則裂縫走向右邊，反之則向左邊。裂縫末端的確定，如圖所示，在B探頭由B1到B2的移動過程中，記下聲時值最小的測點B3，從B3引測試面的垂直線，該直線必與裂縫末端O相交。 163混凝土內部缺陷的檢測 超聲波在混凝土中傳播遇到缺陷時，其正常傳播的某些聲學參數便發(fā)生變化，根據但只有缺陷大于探頭直徑時才較靈敏。主要方法有：聲時法(又稱聲速法)，即利用超聲波遇到孔洞等缺陷時產生繞射或直接穿過缺陷中低速介質時，從聲時的變化而進行的量測；17波形法，利用超聲波遇到缺陷時，連續(xù)性被破壞，傳播路線受干擾，使接收波波形發(fā)生畸變和首波到達接收探頭時間的滯后，來判別缺陷，如圖所示。（a

7、）無缺陷時波形 (b) 有缺陷時波形18振幅法，利用缺陷對聲波的衰減比無缺陷處大，接收波振幅將減小的特點，根據首波振幅的異常變化確定缺陷；頻率法，即利用混凝土中質量的不同，對超聲脈沖波中的高頻分量吸收、衰減也不同，致使接收波的頻譜發(fā)生變化。有缺陷處，接收波的高頻分量相對減少，低頻分量則相對增大。因此可從接收的頻率值檢出缺陷。194混凝土勻質性檢測 超聲波檢測混凝土勻質性，可與探測缺陷相結合進行。方法一樣，僅把最后結果分別用圖形表示。如為一現澆混凝土構件用等聲時（等聲速）線表示勻質性的例子。20 結構檢測的方法很多，每種方法都有其優(yōu)缺點，都存在多因素的影響，各種因素對不同方法的影響又不相同，所以

8、應采用兩種或兩種以上多因素綜合分析法，諸如超聲回彈綜合法、超聲鉆芯綜合法、聲速衰減系數綜合法等，它具有單一方法間優(yōu)缺互補、正負誤差相消的效果，能提高檢測和分析評定結果的精度與可靠性。3.4 超聲回彈綜合法檢測砼強度法21超聲回彈綜合法是國際上20世紀60年代發(fā)展起來的一種非破損檢測方法，由于其精度高，已在我國混凝土工程中廣泛使用。該法是以超聲聲速和回彈值綜合反映混凝土強度的。我國工程建設標準化委員會已推薦頒布了超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規(guī)程（CECS02：88）應用范圍與特點:22工程上由于管理不善、施工質量不良，試塊與結構中混凝土質量不一致或對試塊檢驗結果有疑問時，可按該規(guī)程進行檢測推

9、定混凝土強度。可作為處理混凝土質量問題的一個主要依據。服役結構多為長齡期混凝土，其碳化深度對測試結果影響較大，只有在鉆取芯樣試件作校核條件下，才能按規(guī)程對結構或構件進行檢測和強度評定。23 分別以前述的回彈法和超聲法測出測區(qū)的回彈值N和聲速值v，然后查專用或地區(qū)的超聲回彈綜合測強曲線，求得混凝土強度換算值。 計算采用下列回歸方程式： 超聲回彈綜合曲線經驗公式3.4 超聲回彈綜合法檢測砼強度法24測區(qū)布置基本上同回彈法，但單個構件檢測時，測區(qū)應不少于10個，若構件長度不足2m，也不得少于3個。測區(qū)內先進行回彈測試，再進行超聲測試，避免耦合劑給回彈測試帶來影響。平均值與修正值的計算方法如前述。當結

10、構所用的材料與測強曲線的材料有較大差異時，須用同條件試塊或從結構測區(qū)鉆取的混凝土芯樣進行檢驗修正，芯樣數量不少于3個。25 超聲回彈綜合法，比單一法精度高，一般誤差在12左右，影響因素也顯著減少。除石子品種及含量外，水泥品種及用量、砂子品種、石子粒徑等均無顯著影響，是現場混凝土強度檢測的一個方便、可靠、費用低的非破損檢測方法。3.4 超聲回彈綜合法檢測砼強度法26 采用綜合法，能對混凝土的某些物理參量在采用超聲法或回彈法單一測量時產生的影響得到相互補償。 如對回彈值影響最為顯著的碳化深度在回彈法檢測時是一項重要的參數，但在綜合法中碳化因素可不予修正，原因是碳化深度較大的混凝土，由于它的齡期較長

11、而其含水量相應降低，以致聲速稍有下降，因此在綜合關系中可以抵消回彈值上升所造成的影響。所以用綜合法關系推算混凝土強度時，不須測量碳化深度和考慮它所造成的影響。試驗證明：超聲回彈綜合法的測量精度優(yōu)于超聲或回彈單一方法。27 3.5 鉆芯法鉆芯法是在混凝土結構有代表性部位鉆取芯樣，經必要加工整理以后進行抗壓強度等試驗。該法被認為是一種直接而又可靠，能較好反映材料實際情況的微破損鑒定方法。在服役結構上鉆取少量芯樣，可供非破損方法進行檢測結果對比，提高非破損檢測的精確度和可靠性28 可以直接觀察混凝土內部各種情況與施工質量。在某種意義上，其比預留混凝土立方體試塊法更能體現工程的實際情況。 我國工程建設

12、標準化委員會已推薦頒發(fā)有 鉆芯法檢測混凝土強度技術規(guī)程 (CECS03：88)。3.5 鉆芯法29 我國的規(guī)程規(guī)定，芯樣的直徑宜大于或等于混凝土骨料最大粒徑的3倍，特殊情況也不應小于2倍； 高度為直徑的0.952.05倍，以直徑與高度均為10cm作為標準試件。3.5 鉆芯法30加工后端面的不平度01為合格不平整的應抹平或用環(huán)氧樹脂水泥或熱硫磺抹平，并與軸線垂直；芯樣內不應包含鋼筋，若無法避免，只允許含有垂直于軸線而不露出端面、直徑不大于10mm的鋼筋2支。試件的制作要求：31鉆芯和鋸割設備應有水冷卻裝置，并具有足夠的剛度，固定牢靠，不產生任何偏移。設備帶水作業(yè)，應特別注意有效接地和安全防護；試

13、驗前應對芯樣做精確測量和特征描述，諸如各種缺陷、骨料種類與最大粒徑、是否含有鋼筋及其直徑等，以供評定參考。為使芯樣抗壓試驗在與結構或構件的濕度基本一致條件下進行，分為自然干燥狀態(tài)(試件在室內干燥3天后)試驗，潮濕狀態(tài)(試件在清水中浸泡4048h后)試驗兩種方法。32芯樣混凝土強度換算值，按下式計算：3.5 鉆芯法芯樣試件混凝土強度換算系數 33 鉆芯法檢測混凝土強度的特點：可靠性比較大試驗費用較高取樣不很方便，試驗周期較長造成結構一些局部破損 應與其他非破損方法綜合應用，分析與評定，提高效益。34 撥出法是用一根螺栓式類似的裝置，部分埋入混凝土中，然后撥出，測定其撥出力的大小來評定混凝土強度的

14、方法。3.6 撥出法 35 主要方法有兩類：一類是把錨頭預埋在混凝土內，到達齡期后做撥出試驗，稱先裝法，僅適應工程施工及驗收需要；另一類是在硬化的混凝土表面上鉆孔，然后裝上撥出裝置，進行撥出試驗稱鉆孔后裝法。該方法靈活性較大，較適用于已建結構的檢測。3.6 撥出法 36拔出法的特點： 先裝法和后裝法的基本概念都是建立撥出力與混凝土抗壓強度的相關關系上，其優(yōu)點是能比較直接地反映砼強度，雖只測表面某一深度，但比回彈法深度大，比超聲法影響因素少，比取芯法方便，費用低，損傷范圍小。37鉆孔后裝法在服役結構檢測中常采用兩種方法：第一種方法： 采用直徑為6mm電鉆，在混凝土表面上鉆一個深度為3035mm的

15、孔，用吹風機清除孔內粉塵后，把一個6mm的楔形脹管錨栓插入孔內，至混凝土表面以下規(guī)定深度，經用靠尺檢查和調整錨栓與混凝土表面垂直度后，再裝上拉拔器進行拉拔試驗。3.6 撥出法 38 操作方法： 拉拔時以一定速度連續(xù)進行，并保持拉桿垂直，為此錨桿與拉拔器的連接應為鉸接，進行內裂破壞力的測定。破壞力系指如圖所示的的荷載一位移曲線的峰值。根據事先建立的拔出峰值荷載與混凝土強度關系曲線確定混凝土強度。3.6 撥出法 39 注意的問題：拔出設備有多種形式，較簡單的可用扭矩儀，也可用張拉千斤頂或其他適當方法。無論何種方法，都要求通過一定試驗建立率定曲線。這種拔出法，力的傳遞相當復雜?；炷凉橇吓c脹管的相對位置等都有影響，試驗結果的變異性隨骨料的增大而增大。所以鉆孔基本尺寸的確定，應考慮拔出力大小和脹管深度，避免表面碳化層、