試驗室主任培訓講義

試驗室主任培訓講義---典型現(xiàn)場檢測試驗貴州交通職業(yè)技術學院試驗檢測中心—周德軍2013年3月25日常用公路工程現(xiàn)場檢測規(guī)范匯編壓實度、平整度----JTGE60-2008《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》回彈法測混凝土強度----JTJT23-2001《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》以及DBJ22-017-95《回彈法檢測山砂混凝土抗壓強度技術規(guī)程》鉆心法測混凝土強度----CECS032007《鉆芯法檢測混凝土強度技術規(guī)程》樁基完整性檢測----《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106-2003、J256－2003）、《公路工程基樁動測技術規(guī)程》（JTG/TF81-01-2004）地基承載力檢測----TB10018-2003《鐵路工程地質原位測試規(guī)程》及JTGD63-2007《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》一、《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》JTGE60-2008指導的現(xiàn)場檢測項目1.路基路面幾何尺寸檢測一、《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》JTGE60-2008指導的現(xiàn)場檢測項目2.路基路面壓實度檢測學習要求：能運用挖坑灌砂法、環(huán)刀法、鉆芯法、核子密濕度儀、無核密度儀測定現(xiàn)場密度；掌握各方法的測試要點；能進行數(shù)據(jù)的處理與分析工作。公路工程中壓實度的常規(guī)的檢測一、最大干密度和最佳含水量的測定方法1.路基土的最大干密度和最佳含水量的確定方法（JTGE40-2007《公路土工試驗規(guī)程》）：1擊實法；（規(guī)程P132）2振動臺法；（規(guī)程P276)最大干密度是指在標準擊實曲線（駝峰曲線）上最大的干密度值，該值對應的含水量即為最佳含水量。2.JTGE51-2009《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》3.瀝青混合料標準密度的確定方法試驗規(guī)程-----E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》二、現(xiàn)場壓實度檢測方法---實質為現(xiàn)場干密度的測定二、回彈法檢測混凝土抗壓強度目錄1、概述2、人員與儀器3、檢測技術4、回彈值計算5、測強曲線6、混凝土強度的計算7、其他問題1概述1.1回彈法的原理強度硬度(回彈值)碳化深度1概述混凝土表面硬度與混凝土極限強度存在一定關系，回彈儀的彈擊重錘被一定彈力打擊在混凝土表面上，其回彈高度和混凝土表面硬度存在一定關系。這樣可以利用回彈儀測試混凝土表面硬度，并結合混凝土碳化深度從而間接測定混凝土強度。1概述1.2特點回彈法是目前國內應用最為廣泛的結構混凝土抗壓強度檢測方法

優(yōu)點1：對結構沒有損傷；

優(yōu)點2：儀器輕巧，使用方便；優(yōu)點3：測試速度快；優(yōu)點4：測試費用相對較低優(yōu)點5：可以基本反映結構混凝土抗壓強度規(guī)律；1概述1.2特點缺點1：精度相對較低；缺點2：不適用于表層與內部質量有明顯差異或內部存在缺陷的混凝土結構或構件的檢測（規(guī)程1.0.2條）。(表面遭受火災、凍傷、受化學物質侵蝕或內部有缺陷等）?，F(xiàn)在有單位和學者進行研究。缺點3：影響因素多（水泥品種、骨料粗細、骨料粒徑、配合比、混凝土碳化等；齡期、模板、泵送、高強等）1概述1.3各國使用情況目前已知應用該項技術的國家；美國：ASTMC805；A英國：BS1881；C德國：DIN1408;C羅馬尼亞；C前蘇聯(lián)：GOCT10180；C歐洲：RILEM;C日本：無損手冊;B中國：JGJ/T23-2011；CA—均質性；B—輔助手段；C—推定抗壓強度；1概述1.4規(guī)范《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》JGJ/T23-2011，于2011年12月1日實施。JGJ/T23-2001作廢。儀器要求：《回彈儀》GB/T9138《回彈儀》JJG817（正在修訂）1概述我國回彈規(guī)程的歷史發(fā)展《回彈法評定混凝土抗壓強度技術規(guī)程》（JGJ23—85）《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》（JGJ/T23—92）《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》（JGJ/T23—2001）《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》（JGJ/T23—2011）返回目錄2.人員與儀器2.1人員的要求使用回彈儀進行工程檢測的人員，應通過主管部門認可的專業(yè)培訓，并持有相應的資格證書。儀器、方法均從國外引進，國內外不同；會出現(xiàn)因人而異。2.人員與儀器2.2儀器一、構造2.人員與儀器二、技術要求（一）回彈儀可為數(shù)字式的，也可為指針直讀式的（3.1.1條）。（二）回彈儀應具有產(chǎn)品合格證及計量檢定證書，并應在明顯的位置上標注：名稱、型號、制造廠名（或商標）、出廠編號（3.1.2條）。（三）回彈儀使用時的環(huán)境溫度應為-4～40℃。（3.1.4條）2.人員與儀器二、技術要求（四）回彈儀除應符合現(xiàn)行國家標準《回彈儀》GB/T9138的規(guī)定外，尚應符合下列規(guī)定:

1水平彈擊時，彈擊錘脫鉤的瞬間，回彈儀的標準能量應為2.207J。

2彈擊錘與彈擊桿碰撞的瞬間，彈擊拉簧應處于自由狀態(tài)，此時彈擊錘起跳點應相應于指針指示刻度尺上“0”處。

3在洛氏硬度HRC為60±2的鋼砧上，回彈儀的率定值應為80±2。

4數(shù)字式回彈儀應帶有指針直讀示值系統(tǒng)；數(shù)字顯示的回彈值與指針直讀示值相差不應超過1（3.1.3條）2.人員與儀器三、儀器的檢定（一）回彈儀檢定周期為半年，當回彈儀具有下列情況之一時，應由法定計量檢定機構按行業(yè)標準《回彈儀》JJG817進行檢定：1新回彈儀啟用前；2超過檢定有效期限；3數(shù)字式回彈儀數(shù)字顯示的回彈值與指針直讀示值相差大于1；4經(jīng)保養(yǎng)后，鋼砧率定值不合格；5遭受嚴重撞擊或其他損害。（3.2.1條）2.人員與儀器三、儀器的檢定（二）回彈儀的率定試驗應符合下列規(guī)定：1率定試驗宜在干燥、室溫為5-35℃的條件下進行。2鋼砧表面應干燥、清潔，并應穩(wěn)固地平放在剛度大的物體上。3回彈值取連續(xù)向下彈擊三次的穩(wěn)定回彈結果的平均值。4率定試驗應分四個方向進行，且每個方向彈擊前，彈擊桿旋轉90°，每個方向的回彈平均值應為80±2。（3.2.2條）2.人員與儀器三、儀器的檢定（三）回彈儀率定試驗所用的鋼砧應每2年送授權計量檢定機構檢定或校準。（3.2.3條，新增）2.人員與儀器四、保養(yǎng)（一）當回彈儀存在下列情況之一時應進行保養(yǎng):

1彈擊超過2000次；

2在鋼砧上的率定值不合格；

3對檢測值有懷疑時。（3.3.1條）2.人員與儀器四、保養(yǎng)（二）回彈儀的保養(yǎng)應按下列步驟進行：

1先將彈擊錘脫鉤，取出機芯，然后卸下彈擊桿，取出里面的緩沖壓簧，并取出彈擊錘、彈擊拉簧和拉簧座。

2清潔機芯各零部件，并應重點清洗中心導桿、彈擊錘和彈擊桿的內孔和沖擊面。清洗后，應在中心導桿上薄薄涂抹鐘表油，其他零部件均不得抹油。

3清理機殼內壁，卸下刻度尺，檢查指針，其摩擦力應為（0.5-0.8）N；

4對于數(shù)字回彈儀，還應按產(chǎn)品要求的維護程序進行維護。

5保養(yǎng)時不得旋轉尾蓋上已定位緊固的調零螺絲；不得自制或更換零部件；

6保養(yǎng)后應按本規(guī)程第3.2.2條的規(guī)定進行率定試驗。（3.3.2條）2.人員與儀器四、保養(yǎng)回彈儀使用完畢后，應使彈擊桿伸出機殼，并應清除彈擊桿、桿前端球面以及刻度尺表面和外殼上的污垢、塵土?；貜梼x不用時，應將彈擊桿壓入機殼內，經(jīng)彈擊后按下按鈕鎖住機芯，然后裝入儀器箱。儀器箱平放在干燥陰涼處。當數(shù)字式回彈儀長期不用時，應取出電池。（3.3.3條）類型主要有三種直讀式HT225型；(普通混凝土）；HT1000型；（高強混凝土）HT3000型；大體積混凝土。數(shù)字式瑞士數(shù)顯

直讀+數(shù)顯回彈儀3天津建筑儀器廠歐美大地高強回彈儀天津建筑儀器廠標稱動能：9.8J;率定83(2）；C50-C80重型回彈儀標準動能29.43J率定：63（2)天津建筑公司返回目錄3、檢測技術一、一般規(guī)定（一）采用回彈法檢測混凝土強度時，宜具有下列資料:

1工程名稱、設計單位、施工單位；

2構件名稱、數(shù)量及混凝土類型（是否泵送）、強度等級；

3水泥安定性，外加劑、摻合料品種；混凝土配合比等。

4施工模板、混凝土澆筑、養(yǎng)護情況及澆筑日期等；

5必要的設計圖紙和施工記錄；

6檢測原因。（4.1.1條）3、檢測技術一、一般規(guī)定（二）檢測前后回彈儀的率定回彈儀在工程檢測前后，應在鋼砧上作率定試驗，并應符合本規(guī)程第3.1.3條的規(guī)定。（原3.2.3條，現(xiàn)4.1.2條）（三）檢測類別單個構件檢測；批量檢測——對于混凝土生產(chǎn)工藝、強度等級相同，原材料、配合比、養(yǎng)護條件一般一致且齡期相近的一批同類構件的檢測應采用批量檢測。3、檢測技術（四）抽檢構件數(shù)量按批進行檢測的構件，抽檢數(shù)量不宜少于同批構件總數(shù)的30%且構件數(shù)量不宜少于10件。當檢驗批構件數(shù)量大于30個時，抽樣構件數(shù)量可適當調整，但不得少于國家現(xiàn)行有關標準規(guī)定的最少抽樣數(shù)量。（4.1.3條）3、檢測技術（五）測區(qū)布置要求1對于一般構件，測區(qū)數(shù)不宜少于10個?？蛇m當減少測區(qū)數(shù)，但不得少于5個的情況：受檢構件數(shù)量大于30個且不需提供單個構件推定強度；受剪構件某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的構件（測區(qū)：檢測構件混凝土強度時的一個檢測單元。）3、檢測技術（五）測區(qū)布置要求2相鄰兩測區(qū)的間距不應大于2m，測區(qū)離構件端部或施工縫邊緣的距離不宜大于0.5m，且不宜小于0.2m；3測區(qū)應選在使回彈儀處于水平方向的混凝土澆筑側面。當不能滿足這一要求時，也可使回彈儀處于非水平方向的混凝土澆筑表面或底面；3、檢測技術（五）測區(qū)布置要求4測區(qū)宜選在構件的兩個對稱可測面上，當不能布置在對稱的可測面上時，也可布置在同一可測面上，且應均勻分布。在構件的重要部位及薄弱部位必須布置測區(qū)，并應避開預埋件；5測區(qū)的面積不宜大于0.04m2；3、檢測技術（五）測區(qū)布置要求6測區(qū)表面應為混凝土原漿面,并應清潔、平整，不應有疏松層、浮漿、油垢、涂層以及蜂窩、麻面；7對彈擊時產(chǎn)生顫動的薄壁、小型構件應進行固定。（4.1.4條）8測區(qū)應標有清晰的編號，并宜在記錄紙上繪制測區(qū)布置示意圖和描述外觀質量情況。（4.1.5條）3、檢測技術（六）關于修正1、需修正的情況與下述適用條件有較大差異時：1普通混凝土采用的水泥、砂石、外加劑、摻和料、拌和用水符合現(xiàn)行國家有關標準；2采用普通成型工藝；3采用符合現(xiàn)行國家標準的模板；4蒸氣養(yǎng)護出池后經(jīng)自然養(yǎng)護7d以上，且混凝土表層為干燥狀態(tài)；5自然養(yǎng)護齡期為14～1000d；6抗壓強度為（10～60）MPa。（6.2.1條）取消原第2款“不摻外加劑或僅摻非引氣型外加劑”3、檢測技術2、修正方法在構件上鉆取混凝土芯樣：6個，100mm，高徑比1。芯樣應在測區(qū)內鉆取，每個芯樣應只加工一個芯樣。同條件試塊：6個，150mm。采用修正量法進行修正。3、檢測技術修正量的計算——測區(qū)混凝土強度修正量（MPa），精確至0.1MPa——芯樣試件混凝土強度平均值（MPa），精確至0.1MPa——150mm同條件立方體試件混凝土強度平均值（MPa），精確至0.1MPa——對應于鉆芯部位或同條件立方體試塊回彈測區(qū)混凝土強度換算值的平均值（MPa），精確至0.1MPa3、檢測技術——第i個混凝土芯樣試件的抗壓強度——第i個混凝土立方體試塊的抗壓強度——對應于第i個芯樣部位或同條件立方體試塊測區(qū)回彈值和碳化深度值的混凝土強度換算值，按測強曲線或表取用?！緲踊蛟噳K數(shù)量3、檢測技術測區(qū)混凝土強度換算值的修正計算——第i個測區(qū)修正前的混凝土強度換算值（MPa），精確至0.1MPa——第i個測區(qū)修正后的混凝土強度換算值（MPa），精確至0.1MPa（4.1.6條）3、檢測技術二、回彈值測量（一）測量回彈值時，回彈儀的軸線應始終垂直于混凝土檢測面，并緩慢施壓，準確讀數(shù)，快速復位。（4.2.1條）（二）每一測區(qū)應記取16個回彈值，每一測點的回彈值讀數(shù)精確至1。測點宜在測區(qū)范圍內均勻分布，相鄰兩測點的凈距不宜小于20mm；測點距外露鋼筋、預埋件的距離不宜小于30mm。測點不應在氣孔或外露石子上，同一測點只應彈擊一次。（4.2.2條）（測點：測區(qū)內的一個回彈檢測點。）3、檢測技術三、碳化深度值測量（一）測點數(shù)量回彈值測量完畢后,應在有代表性的位置上測量碳化深度值，測點表不應少于構件測區(qū)數(shù)的30%，取其平均值為該構件每測區(qū)的碳化深度值。當碳化深度值極差大于2.0mm時，應在每一測區(qū)測量碳化深度值。3、檢測技術三、碳化深度值測量（二）測量方法及要求碳化深度值的測量應符合下列規(guī)定：可采用工具在測區(qū)表面形成直徑約15mm的孔洞，其深度應大于混凝土的碳化深度。應清除孔洞中的粉末和碎屑，且不得用水擦洗。應采用濃度為1%~2%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內壁的邊緣處，當已碳化與未碳化界線清楚時，應采用碳化深度測量儀測量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離，并應測量3次，每次讀數(shù)精確至0.25mm。應將三次測量的平均值作為檢測結果，并應精確至0.5mm。3、檢測技術四、泵送混凝土原規(guī)程：4.1.6泵送混凝土的修正，對檢測未提特殊要求：1當碳化深度值不大于2.0mm時，每一測區(qū)混凝土強度換算值應按本規(guī)程附錄B修正。2當碳化深度值大于2.0mm時，可按本規(guī)程第4.1.5條的規(guī)定進行檢測。新規(guī)程：檢測時測區(qū)應選在混凝土澆筑的側面，直接查表（附錄B）或按公式計算。4、回彈值計算一、（5.0.1條）計算測區(qū)平均回彈值：應從該測區(qū)的16個回彈值中剔除3個最大值和3個最小值，余下的10個回彈值應按下式計算:——測區(qū)平均回彈值，精確至0.1——第i個測點的回彈值4、回彈值計算二、角度修正（5.0.2條）非水平狀態(tài)檢測混凝土澆筑側面時，測區(qū)的平均回彈值應按下列公式修正：——非水平狀態(tài)檢測時的測區(qū)平均回彈值，精確至0.1；——非水平狀態(tài)檢測時的回彈修正值，附錄C。4、回彈值計算三、檢測面修正（5.0.3條）水平方向檢測混凝土澆筑頂面或底面時，測區(qū)的平均回彈值應按下列公式修正。——水平方向檢測混凝土澆筑表面、底面時，測區(qū)的平均回彈值，精確至0.1——混凝土澆筑表面、底面回彈值的修正值，測區(qū)的平均回彈值，精確至0.14、回彈值計算四、修正順序當檢測時回彈儀為非水平方向且測試面為非混凝土的澆筑側面時，應先按本規(guī)程附錄C對回彈值進行角度修正，然后再按本規(guī)程附錄D對修正后的值進行澆筑面修正。返回目錄5、測強曲線一、一般規(guī)定（一）（6.1.1條）測強曲線的分類:1統(tǒng)一測強曲線:由全國有代表性的材料、成型養(yǎng)護工藝配制的混凝土試件，通過試驗所建立的曲線；2地區(qū)測強曲線:由本地區(qū)常用的材料、成型養(yǎng)護工藝配制的混凝土試件，通過試驗所建立的曲線；3專用測強曲線:由與結構或構件混凝土相同的材料、成型養(yǎng)護工藝配制的混凝土試件，通過試驗所建立的曲線。5、測強曲線（二）（6.1.2條）選用原則對有條件的地區(qū)和部門，應制定本地區(qū)的測強曲線或專用測強曲線，經(jīng)上級主管部門組織審定和批準后實施。各檢測單位應按專用測強曲線、地區(qū)測強曲線、統(tǒng)一測強曲線的次序選用測強曲線。所以建議采用山東省地區(qū)測強曲線，載于山東省工程建設標準《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》DBJ14-026-2004第5.0.1條（或附錄G）。5、測強曲線二、統(tǒng)一測強曲線（附錄A、B）（一）適用范圍1普通混凝土采用的水泥、砂石、外加劑、摻和料、拌和用水符合現(xiàn)行國家有關標準；2采用普通成型工藝；3采用符合現(xiàn)行國家標準的模板；4蒸氣養(yǎng)護出池后經(jīng)自然養(yǎng)護7d以上，且混凝土表層為干燥狀態(tài)；5自然養(yǎng)護齡期為14～1000d；6抗壓強度為（10～60）MPa。（6.2.1條）5、測強曲線（二）誤差（6.2.3條）測區(qū)混凝土強度換算表所依據(jù)的統(tǒng)一測強曲線，其強度誤差值應符合下列規(guī)定:

1平均相對誤差(δ)不應大于±15.0%；

2相對標準差(er)不應大于18.0%。5、測強曲線（三）不能使用統(tǒng)一測強曲線的情況（6.2.4條）當有下列情況之一時，測區(qū)混凝土強度值不得按本規(guī)程附錄A或附錄B進行強度換算:

1非泵送混凝土粗集料最大公稱粒徑大于60mm，泵送混凝土粗骨料最大公稱粒徑大于31.5mm；

2特種成型工藝制作的混凝土；

3檢測部位曲率半徑小于250mm；

4潮濕或浸水混凝土。5、測強曲線二、地區(qū)和專用測強曲線（一）（6.3.1條）地區(qū)和專用測強曲線的強度誤差值應符合下列規(guī)定:

1地區(qū)測強曲線:平均相對誤差(δ)不應大于±14.0%；相對標準差(er)不應大于17.0%；

2專用測強曲線:平均相對誤差(δ)不應大于±12.0%；相對標準差(er)不應大于14.0%；

3平均相對誤差(δ)和相對標準差(er)的計算應符合本規(guī)程附錄E的規(guī)定。5、測強曲線附錄E變動說明1.加壓值：有（30-80）kN，調整為（60-100）kN，低強度試件取低值；2.試件碳化深度：原規(guī)范未要求，新規(guī)范提出“在破壞后的試塊邊緣測量該試塊的平均碳化深度”。3.回歸函數(shù)公式給出了更合理的形式：5、測強曲線（二）測強曲線的制定和適用限制（6.3.2條）地區(qū)和專用測強曲線應按規(guī)程附錄E的方法制定。地區(qū)和專用測強曲線時，被檢測的混凝土應與制定該類測強曲線條件相同，不得超出該類測強曲線的適用范圍。并應每半年（經(jīng)常）抽取一定數(shù)量的同條件試件進行校核，當存在顯著差異時，應查找原因，不得繼續(xù)使用。5、測強曲線（三）山東地區(qū)測強曲線的使用范圍1符合普通混凝土用材料、拌和用水的質量標準且粗骨料為碎石；2不摻引氣型外加劑（JGJ/T23-2011，取消該規(guī)定）；3采用普通成型工藝；4采用符合國家現(xiàn)行標準《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50204-2002）規(guī)定的鋼模、木模及其它材料制作的模板；5自然養(yǎng)護或蒸氣養(yǎng)護出池后經(jīng)自然養(yǎng)護7d以上，且混凝土表層為干燥狀態(tài)；6齡期為14～1100（1000）天；7抗壓強度為10～60MPa。6、混凝土強度的計算（一）測區(qū)混凝土強度換算值（7.0.1條）構件第i個測區(qū)混凝土強度換算值，可按本規(guī)程第5章所求得的平均回彈值(Rm)及按本規(guī)程第4.3條所求得的平均碳化深度值(dm)由本規(guī)程附錄A、附錄B查表得出。當有地區(qū)測強曲線或專用測強曲線時，混凝土強度換算值應按地區(qū)測強曲線或專用測強曲線換算得出。（由測區(qū)的平均回彈值和碳化深度值通過測強曲線或測區(qū)強度換算表得到的測區(qū)現(xiàn)齡期混凝土強度值。）6、混凝土強度的計算（二）測區(qū)混凝土強度平均值、強度標準差的計算（7.0.2）構件的測區(qū)混凝土強度平均值可根據(jù)各測區(qū)的混凝土強度換算值計算。當測區(qū)數(shù)為10個及以上時，應計算強度標準差。平均值及標準差應按下列公式計算:6、混凝土強度的計算（三）強度推定（7.0.3條）構件的現(xiàn)齡期混凝土強度推定值(fcu,e)應符合下列規(guī)定:1當該結構或構件測區(qū)數(shù)少于10個時：2當該結構或構件的測區(qū)強度值中出現(xiàn)小于10.0MPa時：3當該結構或構件測區(qū)數(shù)不少于10個時，應按下列公式計算：4當批量檢測時，應按下列公式計算：k——宜取1.645。當需要進行推定強度區(qū)間時，可按國家現(xiàn)行有關標準的規(guī)定取值。相應于強度換算值總體分布中保證率不低于95%的構件中混凝土抗壓強度。6、混凝土強度的計算（四）不能按批檢測的情況對按批量檢測的構件,當該批構件混凝土強度標準差出現(xiàn)下列情況之一時,則該批構件應全部按單個構件檢測:①當該批構件混凝土強度平均值小于25MPa時，＞4.5MPa；②當該批構件混凝土強度平均值不小于25MPa時，＞5.5MPa。數(shù)據(jù)計算流程測試砼回彈值測試砼碳化值平均回彈值平均碳化值去掉3個最大值3個最小值測區(qū)砼強度砼強度平均值<10個測區(qū)強度推定值=最小的測區(qū)強度換算值≥10個測區(qū)≤4.5或5.5批量檢測>4.5或5.5單個構件檢測返回目錄7、其他問題一、泵送混凝土新規(guī)程給出了測強曲線，是進步，但又指出“檢測時測區(qū)應選在混凝土澆筑的側面”，因為：泵送混凝土底面、表面相差性能較大；曲線中關于底面、表面缺少足夠的具有說服力的實驗數(shù)據(jù)。對泵送混凝土樓板的強度如何測？7、其他問題二、碳化深度新混凝土碳化深度大：摻加摻和料易導致新混凝土碳化深度大。假性碳化，酸性脫模劑。強度低、養(yǎng)護差。周圍有酸性氣體源。7、其他問題影響碳化深度的因素1.環(huán)境條件：濕度25-75%，碳化快，其他較慢；在濕度相同的情況下，風速大，碳化快；二氧化碳濃度，濃度越高，碳化越快（與CO2的平方根呈正比）。2.水泥品種普硅，碳化快。7、其他問題影響碳化深度的因素3.粗骨料輕質骨料，碳化塊。4.水灰比水灰比大，碳化快。5.澆筑澆筑質量好，碳化慢。7、其他問題影響碳化深度的因素6.養(yǎng)護養(yǎng)護好，碳化慢。7.外加劑加入減水劑，碳化慢。7、其他問題三、齡期問題1.低于14d的早齡期混凝土的檢測：尚無較好的方法或措施。2.高于1000d（1100d）的長齡期混凝土的檢測鉆芯法修正7、其他問題四、表層與內部質量有明顯差異或內部存在缺陷的混凝土結構或構件的檢測火災凍傷受化學物質侵蝕內部有缺陷三、地基承載力檢測技術地基承載力檢測技術橋涵地基的容許承載力，可根據(jù)地質勘測（室內土工試驗）、原位測試、野外荷載試驗、鄰近舊橋涵調查對比，以及既有的建筑經(jīng)驗和理論公式的計算綜合分析確定。常用的原位測試方法包括：載荷試驗(平板載荷試驗PLT和螺旋板載荷試驗SPIT)；靜力觸探(圓錐靜力觸探CPT和孔壓靜力觸探CPTU)；動力觸探(圓錐動力觸探DPT和標準貫入試驗SPT)；十字板剪切試驗(VST)；旁壓試驗(預鉆旁壓試驗PMT和自鉆旁壓試驗SBP)；現(xiàn)場剪切試驗(SST)；波速試驗(單孔檢層法:上孔或下孔法；跨孔法；面波法)等。四、鋼筋位置及保護層厚度檢測1.

鋼筋位置及保護層厚度檢測目的及意義

鋼筋綁扎是混凝土結構工程的“中間工序”、“隱蔽工程”《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》(GB50204-2002)

指出“鋼筋的混凝土保護層厚度關系到結構的承載力、耐久性、防火等性能”，必須抽取一定數(shù)量的梁、板類構件進行鋼筋保護層厚度的測試作為結構實體檢驗的一個內容。結構鋼筋掃描技術主要有電磁感應法鋼筋保護層厚度測試儀和混凝土雷達儀兩大類，且均已收入建設部新標準《混凝土中鋼筋檢測技術規(guī)程》JGJ/T152-2008。2.

檢測原理及儀器

2.1、電磁感應法1、定義：用電磁感應原理檢測混凝土中鋼筋位置、直徑及混凝土保護層厚度的方法。2、檢測原理儀器的傳感器產(chǎn)生交變電磁場，該電磁場作用于被測結構構件時，當遇到結構構件內部的金屬介質，則產(chǎn)生較為強烈的感生電磁場，儀器傳感器接收到感生電磁場并轉化為電信號，從而可以判斷鋼筋的位置、保護層厚度和鋼筋直徑等。

電磁感應法檢測原理

儀器接收信號E的強弱和鋼筋直徑D、鋼筋深度y都有關系，采用公式表達如下：E=F[D,x,y]當傳感器位于鋼筋正上方時接收信號最強，因此通過傳感器在被測鋼筋上方移動時接收信號的強弱，可以判斷鋼筋的位置。從檢測技術考慮，信號峰值的判斷只能在接收信號越過峰值后出現(xiàn)下降趨勢的時候才能判斷，所以鋼筋位置的自動判定是在傳感器越過了鋼筋正上方后才能肯定，這種現(xiàn)象稱之為“鋼筋掃描的滯后效應”。

對于同一根鋼筋，變換檢測模式，可以得到兩個強弱不同的信號E1、E2，解此聯(lián)立方程組：

即可得出鋼筋保護層厚度和直徑。

目前儀器實現(xiàn)變換檢測模式的方法一般有以下兩種：一種是正交測量法，傳感器置于被測鋼筋上方，在與鋼筋平行和垂直的方向上各測量一次，通過所測得的信號強弱差異，經(jīng)分析得出鋼筋直徑。該方法因傳感器需要改變位置，引入了兩次的測量誤差。另一種是內部切換法，當傳感器置于鋼筋正上方時，儀器自動切換傳感器的測量狀態(tài)，進行兩次測量，得出鋼筋直徑。該方法不需要變換傳感器位置，減少了人為操作所帶來的測量誤差，比較快捷方便。檢測儀器

儀器型號廠家顯示模式保護層厚度測試精度(mm)測試范圍精度Profometer4瑞士Proceq公司數(shù)顯0～300±1HRRebarLocator美國James儀器公司數(shù)顯最大250±3RebarDatascan美國James儀器公司數(shù)顯最大300mm150mm下±2%或±2.5mmMicroCovermeter英國KOLECTRIC公司數(shù)顯5～40±2CM9英國Oxford公司數(shù)顯最大200±1CM52英國Oxford公司數(shù)顯最大100±1HBY-84A山東三聯(lián)電子公司指針最大60±1KON-RBL北京康科瑞儀器公司數(shù)顯0～100±1GBH-1汕頭超聲儀器廠指針10～120±3GBY-1A交通部公路科學研究所數(shù)顯最大1800～60：±160～120：±3ZBL-R620北京智博聯(lián)科技有限公司數(shù)顯最大1806～59：±160～69：±2檢測儀器檢測儀器2.2雷達法

定義：通過發(fā)射和接收到的毫微秒級電磁波來檢測混凝土中鋼筋位置、混凝土保護層厚度的方法。

檢測原理雷達波檢測具有如下的技術特點：⑴對混凝土有很強的穿透能力，可測較大深度。⑵可實現(xiàn)非接觸探測，可作實時檢測，探測速度快。⑶通過減小波長和增大頻率寬度，實現(xiàn)高分辨力的探測。

國內常見雷達儀技術性能

儀器型號廠家技術性能JEJ-60BFNJJ-85ANJJ-95A日本JRC公司⒈測試深度5mm～200mm⒉間距分辨率:60mm深度下φ10鋼筋80mm⒊一次測試距離為5mNoggin250加拿大Sensors&Software公司⒈可配置250MHz～1200MHz的不同天線⒉采用筆記本電腦，配有采集分析軟件RIS-K2意大利RIS公司⒈具有10MHz～2000MHz等各種頻率天線⒉具有MF、S、Hiress等各種天線陣⒊配備專用處理軟件雷達儀3.

檢測技術

一、

一般規(guī)定1、不適用于含有鐵磁性原材料的混凝土中鋼筋的檢測。2、根據(jù)鋼筋設計資料，確定檢測區(qū)域鋼筋的可能分布狀況，選擇適當?shù)臋z測面。檢測面應清潔、平整，并避開金屬預埋件。3、對于具有飾面層的構件，應清除飾面層后在混凝土面上進行檢測。4、鉆孔、剔鑿的時候不得損壞鋼筋，實測采用游標卡尺，量測精度為0.1mm。二、電磁感應法檢測

1、鋼筋位置檢測嚴格意義的“鋼筋位置”應該是指由鋼筋三維方向的坐標所確定的位置，包含了鋼筋排列方式和保護層厚度。但一般意義上的鋼筋位置檢測僅指從混凝土構件表面經(jīng)過儀器掃描檢測確認鋼筋排列方向、軸線位置。不包括保護層厚度，或者說對保護層厚度的精度要求不高。

對于一定深度的鋼筋，當鋼筋軸線與儀器傳感器軸線平行且垂直距離最小時，傳感器的響應信號最強。

對于混凝土結構構件中鋼筋位置的檢測，最好應具備一定的結構知識，并結合設計圖紙等資料判斷構件中鋼筋的走向，盡可能使儀器傳感器以平行于鋼筋軸線的方向掃描。掃描中應盡可能避開垂直方向的鋼筋以免干擾。

當對結構中鋼筋排列方向不是很明確的時候，可以采用所謂的“旋轉掃描法”：首先沿直線勻速移動傳感器，當儀器提示找到一根鋼筋時，在附近位置左右旋轉傳感器，找到信號最大的位置，此時傳感器軸線即與鋼筋軸線平行；然后保持傳感器角度不變，平行移動傳感器，找到信號最大的位置，即是鋼筋的準確位置。旋轉掃描法適用于不能判斷鋼筋大致布局和走向的特殊構件。

2、

保護層厚度檢測保護層厚度檢測應該在鋼筋準確定位的基礎上進行，即按上述步驟，確定鋼筋軸線位置后，將傳感器平行放置于鋼筋正上方，儀器即可顯示保護層厚度值。

儀器顯示的保護層厚度值是鋼筋深度和直徑的函數(shù)，因此為準確測得保護層厚度，還應該在儀器上準確設置鋼筋直徑。保護層厚度的測量準確程度還受相鄰鋼筋、混凝土原材料(主要是骨料)是否含鐵磁性物質、鋼筋材質等因素影響，其中相鄰鋼筋的影響最大。

3、保護層厚度檢測操作步驟

⑴檢測前，應對儀器進行預熱和調零。檢測過程中，應適時核查儀器的零點狀態(tài)。⑵進行鋼筋位置檢測前，宜結合設計資料了解鋼筋布置狀況。檢測時，應避開鋼筋接頭和綁扎絲，鋼筋間距應滿足儀器的要求。探頭在檢測面上移動，直到儀器保護層厚度示值最小，此時探頭中心線與鋼筋軸線應重合，在相應位置做好標記。按上述步驟將相鄰的其它鋼筋位置逐一標出。

⑶鋼筋位置確定后進行保護層厚度的檢測：①設定儀器量程范圍及鋼筋直徑，沿被測鋼筋軸線選擇相鄰鋼筋影響較小的位置，并應避開鋼筋接頭和綁扎絲，讀取保護層厚度檢測值。在每根鋼筋的同一位置重復檢測1次，讀取數(shù)值。②對同一處讀取的2個保護層厚度值相差大于1mm時，該組檢測數(shù)據(jù)無效，并應查明原因，在該處重新進行檢測，如2個保護層厚度值相差仍大于1mm，則應該更換檢測儀器或采用鉆孔、剔鑿的方法核實。

注：大多數(shù)儀器要求鋼筋直徑已知方能準確檢測保護層厚度，此時儀器必須按照鋼筋實際直徑對應進行設置。③當實際保護層厚度值小于儀器最小示值時，應采用在探頭下附加墊塊的方法進行檢測。墊塊對儀器檢測結果不應產(chǎn)生干擾，表面應光滑平整，其各方向厚度值偏差不應大于0.1mm。所加墊塊厚度C0在計算保護層厚度時應予扣除。

⑷

檢測鋼筋間距時，應將設計間距相同的連續(xù)相鄰鋼筋一一標出，不得遺漏，并不宜少于7根鋼筋，然后量測所有相鄰鋼筋的間距si，并記錄其間隔數(shù)。⑸遇到下列情況之一時，應選取不少于30％的已測鋼筋且不應少于6處（當實際檢測數(shù)量不到6處時應全部抽?。?，采用鉆孔、剔鑿等方法驗證：①認為相鄰鋼筋對檢測結果有影響；②鋼筋實際直徑未知或有異議；③鋼筋實際根數(shù)、位置與設計有較大偏差；④構件飾面層未清除的情況下檢測鋼筋保護層厚度；⑤鋼筋以及混凝土材質與校準試件有顯著差異。三、雷達法檢測

檢測的時候必須根據(jù)被測結構中鋼筋的排列特點，使雷達儀天線垂直于被測鋼筋移動，儀器天線將接收的信號轉換成被測部位的斷面圖，直觀地顯示被測鋼筋的影像，然后可以將檢測結果打印出來或者利用儀器所配置的軟件進行分析，可以得到被測部位斷面中的鋼筋間距、深度等參數(shù)。

典型的雷達法檢測結果

雷達法檢測的操作步驟

⑴根據(jù)被測結構或構件中鋼筋的排列方向，雷達儀探頭或天線沿垂直于被測鋼筋軸線方向掃描，儀器采集并記錄下被測部位的反射信號，經(jīng)過適當處理后，儀器可顯示被測部位的斷面圖象，根據(jù)鋼筋的反射波位置來確定鋼筋間距si和保護層厚度值。⑵檢測鋼筋間距時，應將設計間距相同的連續(xù)相鄰鋼筋一一標出，不得遺漏，并不宜少于7根鋼筋，然后量測所有相鄰鋼筋的間距si，并記錄其間隔數(shù)。

⑶遇到下列情況之一時，應選取不少于30％的已測鋼筋且不應少于6處（當實際檢測數(shù)量不到6處時應全部抽?。?，采用鉆孔、剔鑿等方法驗證。①認為相鄰鋼筋對檢測結果有影響；②鋼筋實際根數(shù)、位置與設計有較大偏差或無資料可參考時；③混凝土含水率較高；④飾面層電磁性能與混凝土有較大差異；⑤鋼筋以及混凝土材質與校準試件有顯著差異。

4.

檢測數(shù)據(jù)處理

一、鋼筋保護層厚度上述檢測方法不涉及抽樣、結果評判等，均需依據(jù)《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50204-2002附錄E的規(guī)定進行。該附錄規(guī)定：1、抽樣方法：對梁類、板類構件，應各抽取構件數(shù)量的2%且不少于5個構件進行檢驗；當有懸挑構件時，抽取的構件中懸挑梁類、板類構件所占比例均不宜小于50%。結構部位，應由監(jiān)理(建設)、施工等各方根據(jù)結構構件的重要性共同選定。2、檢測部位：對于梁類構件，應對全部縱向受力鋼筋的保護層厚度進行檢驗；對于板類構件，應抽取不少于6根縱向受力鋼筋的保護層厚度進行檢驗；對于每根鋼筋，應在有代表性的部位測量1點。3、檢測方法：可采用非破損或者局部破損的方法，也可采用非破損方法并用局部破損方法進行校準。檢測誤差不應大于1mm。4、指標要求：縱向受力鋼筋的允許偏差，對梁類構件為+10mm，-7mm，對板類構件為+8mm，-5mm。5、結果評定：對梁類、板類構件縱向受力鋼筋的保護層厚度應分別進行驗收。符合下列要求可按合格驗收：⑴全部鋼筋保護層厚度檢驗的合格點率不小于90%時，判定合格；⑵全部鋼筋保護層厚度檢驗的合格點率小于90%但不小于80%時，可再抽取同樣數(shù)量的構件進行檢驗，同時兩次抽樣總和計算的合格點率必須不小于90%，才能判定為合格。⑶每次抽樣檢驗結果中不合格點的最大偏差均不應大于規(guī)范允許偏差的1.5倍。對于梁類構件，也就是說不能大于+15mm，-10.5mm，對于板類構件，不能大于+12mm，-7.5mm。

二、鋼筋位置檢測

鋼筋位置檢測主要是為了了解其間距，如樓板中縱向受力鋼筋間距是影響其承載能力的重要因素。鋼筋間距的計算相對較為簡單，可以根據(jù)一定長度內有幾根鋼筋(幾個間隔)來計算平均間距，如鋼筋分布不均勻，最好將所測部位的鋼筋分布以繪圖形式記錄下來，并記錄每根鋼筋間距，以便整改。

構件名稱保護層厚度設計值鋼筋編號保護層厚度值(mm)構件名稱保護層厚度設計值鋼筋編號保護層厚度值(mm)構件125mm130構件230mm133232238328337429435522528625634構件325mm133構件430mm135236221332329433427531525633628構件525mm133構件630mm135227242326336422438524535626636分析：根據(jù)標準要求，梁類構件保護層厚度允許偏差為+10mm、-7mm；上表共計36個測點，其中偏差超過+10mm或-7mm的不合格測點有3個；則合格點率為：33/36×100%=91.7%；同時，不合格測點的最大正偏差為+12mm，最大負偏差為-9mm，均未超過允許偏差的1.5倍。因此該工程梁類構件保護層厚度判為合格。數(shù)據(jù)同上，如果是樓板，則結果不一樣：根據(jù)標準要求，板類構件保護層厚度允許偏差為+8mm、-5mm；上表共計36個測點，其中偏差超過+8mm或-5mm的不合格測點有3個；則合格點率為：33/36×100%=91.7%；同時，不合格測點的最大正偏差為+12mm，最大負偏差為-9mm，其中負偏差超過允許偏差的1.5倍(-7.5)。因此該工程板類構件保護層厚度判為不合格。五、超聲波法檢測樁基完整性公路工程基樁檢測的規(guī)定：

（JTJ/TF81-01-2004）

1、公路工程基樁應進行100％的完整性檢測，各種方法的選定應具有代表性和滿足工程檢測的特定要求；

2、重要工程的鉆孔灌注樁應埋設聲測管，檢測的樁數(shù)不應少于50％；

3、高應變動測法的抽檢率可由工程設計或監(jiān)理單位酌情決定，但不宜少于相近條件下總樁數(shù)的5％且不少于５根。

超聲波法：

是在樁身預埋一定數(shù)量的聲測管，通過水的耦合，超聲波從一根聲測管中發(fā)射，在另一根聲測管中接收，或單孔中發(fā)射，可以測出被測混凝土介質的參數(shù)。由于超聲波在混凝土中遇到缺陷時會波產(chǎn)生繞射、反射和折射，因而達到接收換能器時，根據(jù)聲時、波幅及主頻等特征參數(shù)的變化來判別樁身的完整性。鑒于目前公路橋梁工程大量使用大直徑樁和超長樁，該方法將越來越多的使用在基樁的檢測中。分四個部分講解：聲學理論檢測技術測試方法工程實例第一部分聲學理論聲學基礎聲波在介質中的傳播速度聲波在介質界面上的反射與透射聲波在傳播過程中的衰減混凝土中的聲波特性一、聲學基礎

1、波動波動是物質的一種運動形式，波動可分為兩大類：一類是機械波，它由于機械振動在彈性介質中引起的波動過程，例如；水波、聲波、超聲波等；另一類是電磁波，它是由于電磁振蕩所產(chǎn)生的變化電場和變化磁場在空間的轉播過程，例如無線電波、紅外線、紫外線、可見光、雷達波等。聲波:是彈性介質的機械波。人們所能聽到聲波頻率范圍是20～20KHz，即可聞聲波。當聲波頻率超過20～20KHz時，人耳就聽不到了，這種聲波就叫超聲波，其頻率范圍是20K～100MHz；當頻率低于20Hz的叫

次聲波，人耳也聽不到。各種聲波的頻率范圍見下表。各種聲波的頻率范圍（Hz）

次聲波可聞聲波超聲波特超聲波0～2020～20K20K～100M＞100M

在混凝土中超聲檢測使用的頻率一般在20KHz～200KHz范圍內。2、諧振動物體在一定位置附近作來回重復運動稱為振動，例如擺的運動、汽缸中活塞的運動、彈簧振子的運動等，這些是可以直接看到的振動。又例如一切發(fā)聲體的運動、在高頻電壓激勵下壓電晶體的運動，這些是不易或不能直接看到的振動。

相互間由彈性力聯(lián)系著的質點所組成的物質，稱為彈性介質。需要進行超聲檢驗的大量固體構件都是彈性介質。彈性介質是由相互間用小彈簧聯(lián)系著的質點所組成。如圖1-1所示。若這種介質中任何一個質點離開了平衡位置，則會產(chǎn)生使它恢復到平衡位置的力，這就是彈性力。圖1-1彈性介質模型圖1-2彈簧振子的振動

1-質點：2-小彈簧

進一步來說明諧振動

可以用彈簧振子來說明諧振動。如圖1-2所示，彈簧左端固定，右端系一物體。為使討論較為簡單，設彈簧振子穿在光滑的水平玻璃棒上，以避免重力對運動的影響。設物體在位置0時，彈簧作用在物體上的力是零。這個位置就是物體的平衡位置，若把物體向右移動到位置B，這時彈簧被拉長，相應地有指向左方即向平衡位置的彈性力作用在物體上，使物體返回平衡位置。當物體回到平衡位置時，彈簧的彈力等于零，但物體在返回時獲得了速度，由于慣性，它將繼續(xù)向左移動。當物體在平衡位置左邊時，彈簧被壓縮，物體所受彈性力是指向右方，即平衡位置。這時彈性力作用是阻礙物體運動，直至物體停止在位置C。在這以后，物體在彈性力的作用下向右移動，情況和上述向左移動相似。這樣，在彈簧的彈性力作用下，物體在平衡位置的左右作重復運動，即振動。

取平衡位置0為X軸的原點，并設X軸的正向向右根據(jù)胡克定律，物體所受的彈性力F與物體位移x（即彈簧的變形量）的關系為：

F=-kx(1.1)

式中：k——彈簧的彈性系數(shù)；

-——力和位移的方向相反。設物體的質量為m根據(jù)牛頓第二定律（），它的速度為：

(1.2)

因為k和質量m都是常數(shù)，所以它們的比值可以用一恒量F表示,即：

(1.3)

式中：ω——角頻率或圓頻率。代入上式，得：

a=-ω2x

(1.4)

從上式看出，上述振動的特征是：物體的加速度和位移成正比且方向相反，這種振動稱為諧振動。物體在彈性力作用下發(fā)生的運動是諧振動。諧振動是最簡單最基本的振動。任何復雜振動都是由許多不同頻率的諧振動所合成的。因為=,又得：

+ω2x=0(1.5)根據(jù)微分方程理論，上式的解為：

x=Acos(ωt+

)(1.6)

式中

A,

——兩個恒量；

A——振幅，它是質點離開平衡位置的最大位移；

t+

——振動的相位。這是諧振動中位移x和時間t的關系式，稱為諧振動的運動方程式，簡稱諧振動方程式。

3、波的產(chǎn)生與傳播在彈性介質中，任何一個質點機械振動時，因為這個質點與其鄰近的質點間有相互作用的彈性力聯(lián)系著，所以它的振動將傳遞給與之相鄰近的質點，使鄰近的質點也同樣地發(fā)生振動，然后振動又傳給下一個質點，依次類推。這樣，振動就由近及遠向各個方向以一定速度傳播出去，從而形成了機械波。從上述可知，機械波的產(chǎn)生，首先要有做機械振動的波（聲）源，其次要有傳播這種機械振動的介質。例如，把石子投入平靜的水中，在水面上可以看到一圈圈向外擴展的水波。再舉二個實例

彈性橫波：手握繩子一端上下振動，可以看到如圖

1-3的波向前傳播的過程，這就是彈性橫

波。

彈性縱波：用手迅速而有節(jié)奏地推拉彈簧的一端，

可以看到如圖1-4彈簧上有部分密集，部

分稀疏，部份疏密相間，且這種疏密相間

的狀態(tài)沿著彈簧向前傳播，這就是彈性縱

波。圖3.1-3繩子上的橫波圖3.1-4彈簧上的縱波4、波的種類波的種類是根據(jù)介質質點的振動方向和波的傳播方向的關系來區(qū)分的。它主要分為縱波、橫波、表面波等。(1)縱波：介質質點的振動方向與波的傳播方向一致，這種波稱為縱波，例如空氣、水中傳播的聲波就是縱波，如圖1-5所示?？v波又常稱“

P”波?？v波的傳播是依靠介質時疏時密（即時而拉伸，時而壓縮）使介質的容積發(fā)生變形引起壓強的變化而傳播的，因此和介質的容變彈性有關。任何彈性介質（固體、液體、氣體）在容積變化時都能產(chǎn)生彈性力，所以縱波可以在任何固體、液體、氣體中傳播。

圖1-5縱波

(2)橫波：介質質點的振動方向與波的傳播方向垂直，這

種波稱為橫波，例如繃緊的繩子上傳播的波就是橫波，

如圖1-6所示。橫波又常稱“

S”波。

橫波的傳播是使介質產(chǎn)生剪切變形時引起的剪切應

力變化而傳播的，因此和介質的切變彈性有關。由于液

體、氣體無一定形狀，當它們的形狀發(fā)生變化時，不產(chǎn)

生切變應力，所以液體、氣體不能傳播橫波，只有固體

才能傳播橫波。在氣體、液體中只有縱波存在。

圖1-6橫波

（3）表面波：固體介質表面受到交替變化的表面張力，使介質表面的質點發(fā)生相應的縱向振動和橫向振動，結果使質點作這兩種振動的合成振動，即繞其平衡位置作橢圓振動。橢圓振動又作用于相鄰的質點而在介質表面?zhèn)鞑?，這種波稱表面波，常以“

R”表示。圖1-7為表面波傳播示意圖。圖中示出了瞬時的質點位移狀態(tài)。右側的橢圓表示質點振動的軌跡。由圖可知，質點只在xy平面內作橢圓振動而波在體表面（xz平面）沿x方向傳播。振動的長軸垂直于波的傳播方向，短軸平行于波的傳播方向。表面波傳播時，質點振動的振幅隨深度的增加而迅速減小。當深度等于2倍的波長時，振幅已經(jīng)很小了，因此，表面波多用于探測構件表面的情況。

圖1-7表面波

表面波只能在固體中傳播。

5、波的形式

波的形式是根據(jù)波陣面的形狀來劃分的。如圖1-8所示，聲源在無限大且各向同性的介質中振動時，振動向各方面?zhèn)鞑ァ鞑サ姆较蚍Q為波線；在某一時刻振動所傳到各點的軌跡稱為波前；介質中振動相應相同的所有質點的軌跡稱為波陣面。在任一確定的時刻，波前的位置總是確定的，只有一個波前，而波陣面的數(shù)目則是任意多的。

圖1-8波線、波前、波陣面

（a）平面波；（b）球面波；（c）柱面波

1-波線；2-波前；3-波陣面

按波陣面的形狀可以把波分成平面波、球面波和柱面波。（1）平面波：波陣面為平面的波稱為平面波，其振源是一個作諧振動的無限大的平面。另外，從無窮遠的點狀聲源（點源）傳來的波，其波陣面可視為平面，也可稱為平面波。（2）球面波：波振面為球面的波稱為球面波，其振源是一個點狀聲源。（3）柱面波：波陣面為同軸圓柱面的波稱為柱面波，其振源是一無限長的直柱形。6、波動方程

用數(shù)學方程式來描述一個前進中的波動，即描述介質中某質點相對于平衡位置的位移隨時間的變化，該數(shù)學方程式為波動方程。由于諧振動是最簡單的振動，所以由它產(chǎn)生的余弦波是最簡單、最基本的波。因此，先討論余弦振動在均勻介質中傳播過程所形成的余弦波波動方程。如1-9所示，設一平面余弦波在無吸收的無限均勻介質中沿x軸的正向傳播，波速為υ0、設0為波線上任意一點，并取其為坐標原點y軸為振動位移，若0點處質點作諧振動，從（1.6）式可知，其振動方程為：

(1.7)

式中：A—振幅；

—角頻率；

y0—質點在時間t時離開平衡位置的位移。圖1-9波動方程推導

若是橫波，則位移方向與X軸垂直；如是縱波，則位移方向沿著X軸。設B為波線上另一任意點，離開原0的距離為x。因為振動從0點傳播到B點需要的時間為x/ν，所以B點處質點在時間t的位置等于0點處質點在時間(t-x／ν)的位移，即

（1.8）

(1．8)式表示，在波線上任意一點（距原點距離為x）處的質點在任一瞬時的位移，即沿x軸方向前進的平面余弦的波動方程。

波在一個周期T內（或者說質點完成一次振動）所傳播的路程為波長，用

表示。根據(jù)周期和波速的定義，三者關系為：

=νT(1.9)

因為周期T與頻率f互為倒數(shù)，所以(4.1.9)式也可寫為：

(1.10)

這是波速、波長、頻率間的基本關系。

不同類型的波在傳播過程中速度各不相同，且其聲速還取決于固體介質的性質（密度、彈性模量、泊松比），所以聲速是表征介質聲學特性的一個參數(shù)。另外，聲通的大小還與固體介質的邊界條件有關。

二、聲波在介質中的傳播速度

1、縱波聲速

在無限大固體介質中傳播的縱波聲速：

(1.11)

式中：E——楊氏彈性模量；

γ——泊松比；

ρ——密度。在有限固體介質中傳播時，則形成制導波，其速度變小。

2、橫波聲速

在無限大固體介質中傳播的橫波聲速：

(1.12)

式中：G——切變彈性模量。

3、材料的彈性參數(shù)與聲速值

下表列出了部分材料的彈性參數(shù)與聲速值。部分材料的彈性參數(shù)、聲速和特性阻抗

表3.1-2

通過對固體介質聲速的討論可以看出：（1）介質的彈性性能愈強即E或G愈大，密度ρ愈小，則聲速愈高。（2）把（1.11）、（1.12）兩式相除，得到縱、橫波速度之比：

(1.13)

對于一般固體介質λ大約在0.33左右，故νp／νs≈2?；炷恋牟此杀冉橛?.20、0.30之間，因此νp／νs介于1.63～1.87之間，即在混凝土中，縱波速度為橫波速度的1.63～1.87倍。

聲波在無限大介質中傳播只是在理論上成立。實際上任何介質總有一個邊界。當聲波在傳播中從一種介質到達另一種介質時，在兩種介質的分界面上，一部分聲波被反射，仍然回到原來介質中，稱為反射波；另一部分聲波則透過界面進入另一種介質中繼續(xù)傳播，稱為折射波（透射波）。聲波透過界面時，其方向、強度、波型均產(chǎn)生變化。這種變化取決于兩種介質的特性阻抗和入射波的方向?，F(xiàn)分垂直入射和傾斜入射兩種情況來討論。三、聲波在介質界面的反射與透射

1、垂直入射（1）單一的平面界面

當平面波垂直入射到一個光滑平面界面時，將產(chǎn)生一個與入射波方向相反的反射波和一個與入射波方向相同的透射波（圖1-10）。這是波入射到界面上時最簡單的情況。

先討論入射波、反射波和透射波聲壓之間的關系。在界面上，用反射波聲壓pr與入射波聲壓p0的比值表示聲壓反射率R，即：

(1.14)

用透射波聲壓Pd與入射波聲壓p0的比值表示聲壓透射率D即：

(1.15)

界面兩側兩種介質的特性阻抗分別為Z1和Z2。（2）異質薄層的反射與透射

當聲波在一種介質中傳播時，有時會遇到第二層介質的薄層，如混凝土裂縫就是這種情況。這種情況下將產(chǎn)生多次反射與透射，情況要更復雜一些。2、傾斜入射

當聲波在一種介質中傾斜入射到另一介質界面時，將產(chǎn)生方向、角度及波形的變化。和光的傳播類似，聲波在界面上方向和角度的變化服從反射定律和折射定律，如圖1-11。反射定律：入射角（i）的正弦與反射角（β）

的正弦之比等于入射波與反射波速度之比。由

于入射波與反射波在同一介質中，其速度相等，

所以入射角等于反射角（i=β）。

折射定律：入射角（i）的正弦與折射角（θ）

的正弦之比等于入射波與折射波速度之比，即：

(1.16）圖1-11流體界面上聲波的反射與折射圖1-12固體界面上聲波的反射與折射

以上情況可以在流體（氣體、液體）的分界面看到。在這種情況下，介質中只有單一的波-縱波出現(xiàn)。在固體介質分界面的情況則復雜一些。當一種波（例如縱波）入射到固體分界面時，不僅波方向發(fā)生變化且波型也發(fā)生變化，分離為反射縱波、反射橫波，折射縱波和折射橫波。各類波的傳播方向（即反射角與折射角）各不相同，如圖1-12所示。各種類型波的傳播方向的變化亦符合幾何光學中的反射定律和折射定律。其數(shù)學表達式如下：

(1.17)

ν1p,ν2p——縱波在第一、二介質中的傳播速度；

ip,βp，θp

——縱波入射角、反射角、折射角；

βS，θS——橫波反射角、折射角。

增大入射波的入射角，則折射波的折射角亦隨之增大。如果入射波是縱波，且ν1p<ν2p則由（1.15）式可知，θp>ip,即折射角大于入射角。當ip增大，θp也增大，當θp＝90°時，此時的入射角叫第一臨界角，用符號i1；表示。顯然，當入射角大于第一臨界角時，第二種介質中只有折射橫波存在，如圖1-13。這是一種獲得橫波的方法。第一臨界角(1.18)

當θ=90°時，此時的入射角叫第二臨界角，用符號i2表示，如圖1-14。第二臨界角(1.19)

圖1-13第一臨界角圖1-14第二臨界角

聲波在介質中傳播過程中其振幅將隨傳播距離的增大而逐漸減小的現(xiàn)象為衰減。聲波衰減的大小及其變化不僅取決于所使用的超聲頻率及傳播距離，也取決于被檢測材料的內部結構及性能。因此研究聲波在介質中的衰減情況將有助于探測介質的內部結構及性能。四、聲波在傳播過程中的衰減

固體材料中聲波衰減主要有以下幾個方面的原因：

（1）吸收衰減：聲波在固體介質中傳播時，由于介質的粘滯性而造成質點之間的內摩擦，從而使一部分聲能轉變?yōu)闊崮堋?/p>

（2）散射衰減：當介質中存在顆粒狀結構（如固體介質中的顆粒、缺陷、摻雜物等）而導致聲波能量的衰減。如在混凝土中一方面其中的粗骨料構成許多聲學界面，使聲波在這些界面上產(chǎn)生多次反射、折射和波型轉換；另一方面微小顆粒在超聲波的作用下產(chǎn)生新的震源，向四周發(fā)射聲波，使聲波能量的擴散到達最大。

（3）擴散衰減：聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波束都有一定的擴散角。波束的擴散，導致能量的逐漸分散，從而使單位面積的能量隨傳播距離的增加而減弱。

致密、強度高的混凝土聲衰減系數(shù)小，相對接收波幅大；強度低或存在缺陷混凝土衰減系數(shù)大，相對接收波幅小。當混凝土質量差或存在缺陷時接收到的聲信號中高頻已損失，頻率變低。

五、混凝土中的聲波特性

聲學原理中所討論的聲波指的都是連續(xù)的余弦波，而實際上超聲儀發(fā)射換能器所發(fā)射的超聲波卻是脈沖超聲波。脈沖超聲波有以下特點：

（1）重復間斷發(fā)射。發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波不是連續(xù)不斷的，而是以一定重復頻率（100Hz或50Hz）間斷地發(fā)射出一組組超聲脈沖波，如圖1-15所示。這就是所謂超聲脈沖波。

雖然脈沖波與連續(xù)波不一樣，但是前面所推導的單一界面的反射率和透射率公式仍然能適用。至于異質薄層的反射率和透射率的公式只有在異質薄層相對于脈沖寬度很窄時（例如裂縫），脈沖波相當于連續(xù)波時，該式才適用。

（2）脈沖超聲波不具有單一頻率而是所謂復頻波。

也就是說，這一組超聲波由許多不同頻率的余弦波組成。當然，它也有其固有的主頻率，這就是換能器上的標稱頻率。這種復頻超聲波在有頻散現(xiàn)象的介質中傳播時，各種頻率成分的波將以不同速度傳播，這就使得脈沖波形將隨傳播距離的增大而發(fā)生畸彎，變成如圖1-16所示，脈沖開始部分的頻率比后面部分要高，后面愈來愈平坦變寬。圖1-15超聲脈沖波圖1-16脈沖傳播過程中的畸變

由于聲波的衰減與頻率有關，頻率越高衰減越大，因此在脈沖超聲波傳播時由于衰減將引起主頻率向低步側的漂移，即所謂頻漂。

第二部分檢測技術超聲波檢測混凝土缺陷的基本原理超聲波檢測混凝土灌注樁完整性方法的適用范圍超聲波檢測儀器與設備

采用超聲脈沖檢測混凝土缺陷的基本依據(jù)是，利用脈沖波在技術條件相同（指混凝土的原材料、配合比、齡期和測試距離一致）的混凝土中傳播的時間（或速度）、接收波的振幅和頻率等聲學參數(shù)的相對變化來判定混凝土的缺陷。一、超聲波法檢測混凝土缺陷的基本原理

超聲脈沖波在混凝土中傳播速度的快慢，與混凝土的密實度有直接關系，對于原材料、配合比、齡期及測試距離一定的混凝土來說，聲速高則混凝土密實，相反則混凝土不密實。當有空洞或裂縫存在時，便破壞了混凝土的整體性，超聲脈沖波只能繞過空洞或裂縫傳播到接收換能器，因此傳播的路程增大，測得的聲時必然偏長或聲速降低。另外，由于空氣的聲阻抗率遠小于混凝土的聲阻抗率，脈沖波在混凝土中傳播時，遇到蜂窩、空洞或裂縫等缺陷，便在缺陷界面發(fā)生反射和散射，聲能被衰減，其中頻率較高的成分衰減更快，因此接收信號的波幅明顯降低，頻率明顯減小或頻率譜中高頻成分明顯減少。再者經(jīng)過缺陷反射或繞過缺陷傳播的脈沖波信號與直達波信號之間存在聲程和相位差，疊加后互相干擾，致使接收信號的波形發(fā)生畸變。

根據(jù)上述原理，可以利用混凝土聲學參數(shù)測量值和相對變化綜合分析，判別其缺陷的位置和范圍，或估算缺陷的尺寸。二、超聲波檢測混凝土灌注樁完整性方法的適用范圍

基樁聲波透射法是一種檢測混凝土灌注樁完整性的有效手段，它是利用聲波的透射原理對樁身混凝土介質狀況進行檢測，因此僅適用于在灌注成型過程中已經(jīng)埋了兩根或兩根以上聲測管的基樁。

在樁身預埋一定數(shù)量的聲測管，通過水的耦合，超聲波從一根聲測管中發(fā)射，在另一根聲測管中接收，或單孔中發(fā)射并接收，可以測出被測混凝土介質的聲學參數(shù)。由于超聲波在混凝土中遇到缺陷時會產(chǎn)生繞射、反射和折射，因而到達接收換能器的聲時、波幅及主頻發(fā)生改變。超聲波法就是利用這些聲波特征參數(shù)來判別樁身的完整性。

對跨孔透射法，當樁徑較小時，聲測管間距也較小，其測試誤差相對較大，同時預埋聲測管可能引起附加的灌注樁施工質量問題。因此，超聲波檢測方法適用于檢測直徑不小于800mm的混凝土灌注樁的完整性，它包括跨孔透射法和單孔折射法。單孔折射波法是根據(jù)上部結構對基樁的質量要求，檢測鉆芯孔孔壁周圍的混凝土質量。

用超聲波法檢測鉆孔灌注樁完整性的優(yōu)點在于結果準確可靠，不受樁長、樁徑限制，無盲區(qū)（聲測管范圍內都可檢測），可測樁頂?shù)蛷妳^(qū)和樁底沉渣厚度，樁頂不露出地面即可檢測，方便施工，也可粗略估測混凝土強度。

1、超聲波儀超聲波儀是混凝土灌注樁缺陷檢測的基本裝置。它的作用是產(chǎn)生重復的電脈沖并激勵發(fā)射換能器。發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波經(jīng)耦合進入混凝土，在混凝土中傳播后被接收換能器接收并轉換為電信號，電信號送至超聲儀，經(jīng)放大后顯示在示波屏上。自60年代開始生產(chǎn)第一代電子管超聲儀至今已發(fā)展為第四代智能數(shù)字式超聲儀，見下表：三、超聲波檢測儀器與設備

超聲波儀的發(fā)展概況

超聲波儀的發(fā)展概況表3.2-1

超聲波儀的發(fā)展概況