混凝土强度的超声波法检测

1、结构混凝土强度超声波法检测第1页第一节 概述超声脉冲技术被用于结构混凝土检测历史不算很长。人们1928年制成了第一台连续超声波材料探伤仪。第二次世界大战期间，雷达技术发展很快，促进了超声脉冲技术提升，战后，超声脉冲技术开始实用化。在此基础上，琼斯等人首先把该项技术引用于结构混凝土检测，取得了满意结果，引发世界工程界重视。随即二十多年中，在这方面研究不停深入，工程应用也逐步普遍。至今，超声脉冲检测技术，已认为工程结构物质量主要检测伎俩之一。第2页我国自五十年代开始这一领域研究以来，已取得丰硕结果。在仪器研究方面，我们自1958年开始研制混凝土超声检测仪，六十年代即已制成各种类型仪器。近年来仪器研

2、究工作已向小型化、自动化和智能化方向发展。在检测技术研究方面，近十年来投入了较大力量，基本上形成了适合我国特点方法体系，并正在纳入标准。在工程应用方面，我国已积累较多经验，在许多工程应用中，都取得了良好效益。第3页 结构混凝土超声脉冲法检测普通说应包含强度检测、缺点探测、弹性或非弹性参数及其它参数测定。 结构混凝土强度超声检测是以强度与超声波在混凝土中传输参数(声速、衰减系数等)之间相关关系为基础。从理论上来说，超声传输特征应是描述混凝土强度理想参数。不过，因为混凝土强度是一项十分复杂指标，它受许多原因影响，要想起立强度和超声传输特征之间简单关系是困难。第4页至今超声测强还只能建立在试验归纳基

3、础上，普通是经过试验建立强度与声速关系曲线(即RC曲线)或经验公式，作为超声法测强基本换算依据。所以超声脉冲法测强关键，就在于建立准确RC关系，准确地测量被测混凝土声速，以及搞清各种影响RC关系原因这三个方面。第5页第二节 声速测量技术 声速按下式计算：第6页1.探头频率选择及探头布置 鉴于超声波在混凝土中传输时显著衰减现象，所采取超声脉冲频率不宜太高，探头频率应随测试距离增大而降低。 对于探头频率选择，我国当前尚无统一要求，北京地域混凝土非破损测试技术研究组提议按下式选取第7页第8页第9页第10页在测量声速时探头布置方式直穿法斜穿法平测法第11页2.测点选择与测面处理 在进行试验室标准立方体

4、试块或棱柱体试块测量时，应选择成型时侧面进行测试，并将探头用直穿法测量上、中、下35个测点，布置方式见图，这么所测结果平均声速能较全方面地反应试块情况。第12页 在进行现场结构物测试时，应尽可能选择浇筑时模板侧面为测试面。若限于条件，必须在混凝土浇筑上表面与底面之间测试时，实测声速普通低于侧面测试声速。需作以下修正：第13页 为使换能器与被测混凝土表面有良好声耦合，要求测区内混凝土表面要整齐档，应预先扫净砂土浮灰，假如混凝土表面粗糙，不平整，而测区又无法移位时，应将表面用砂轮片打磨，或用快硬水泥浆取最小厚度填平。 表面整平后，在换能器与试休之间仍需加耦合剂，以降低声能反射损失。在混凝土测试中惯

5、用黄油、凡土林、水破璃、水等。第14页 探头与试件之间压紧程度，也将对耦合情况造成影响，因而也会影响衰减值而造成声时读数误差。为使探头压紧力稳定，可采取图所表示压紧装置。第15页3.测距影响和声程计算测距影响测距对声速含有一定影响。第16页 关于测距对声速造成影响原因，说法不一，假如混凝土质量是均一例，则从理论上来说，测距对声速应无影响，当前所造成影响，主要是因为混凝土衰减作用及仪器测读时人为视差综合结果。第17页 关于混凝土检测时最小测试距离，国际材料与结构试验研究协会(RILEM)提议依据粗骨科最大粒径给予限制，详细限制值见表。第18页声程计算 声脉冲从发射探头至接收探头所传输距离称为声程

6、，它是计算声速时要素之一，在直透法和斜透法测试中，声程即为两探头平面几何中心连线长度，只要用直尺量即可。第19页 当采取平测法时，因换能器与试件接触面积有一定大小，决定声程时，应选择整个探头面积上哪一点作为测量探头间距依据有一定困难。考虑到换能器间相互作用，发射探头与接收探头间“有效距离”(即声程)，并不等几何中心间距离，而要略小些，所以，必须对几何中心间距离作一定修正。第20页声速：第21页4.声时测读 声脉冲在材料中传输一定声程所需时间称为声。声时也是计算声速要素之一，需要准确地测读声时。第22页第三节 用声速推定混凝土强度方法1.声速分级法第23页 这种分级方法是超声法测定混凝土强度最原

7、始应用。它丝毫没有考虑各种原因对混凝土强度与声速关系影响，显然是十分粗略，而且各级混凝土质量并无定量概念，不能满足当代质量检测要求。所以，这种方法用于粗略地预计混凝土质量，已被淘汰。第24页2.标准曲线法校准曲线法就是在试验室里制作一定数量立方体试块，同时对试块用非破损方法(测量试块声速)与破损方法(用压力机实测抗压强度)进行测定，然后依据上述实测值建立强度和声速关系曲线。在对结构物或建筑构件进行非破损检验时，则用该曲线作为确定强度查考依据。第25页 鉴于在一定地域范国内，原材料条件、配比设计方法及施工方法等均较靠近特点，我国于1977年在北京召开“混凝土超声波测强技术座谈会”上决定建立地域校

8、准曲线，至今已经有许多地域提出了各自校准曲线。若求出这些曲线回归方程，则可得一系列RC关系经验公式。凡测试地域和测试条件与所得地域经验公式基本一致，则可将所测声速值代入经验公式或直接查对曲线，求出混凝土强度。第26页 3.修正系数法 修正系数法实际上是校准曲线法一个发展，它首先选定某种工程上惯用混凝土作为基准，称标准混凝土，然后用实测方法求出标准混凝土抗压强度R与声速C校准曲线，并用数理统计方法(求出该曲线回归方程。今后，凡待测混凝土详细技术条件，如原材料、配比、期龄等，与标准混凝土有差异时，则乘以一定修正系数给予修正。第27页 首先确定标准混凝土Rs和C回归方程，假定该方程为 当实际待测混凝

9、土详细技术条件与标准混凝土不一样时，待测混凝土抗压强度与标准混凝土抗压强度之间关系为第28页 4.水泥净浆声速换算法在整个混凝土多相复合体系中，粗细骨料所占百分比甚大，它品种、特征、含量等往往对混凝土总声速造成极大影响，但在一定范围内，它对混凝土强度贡献却远不如对声速影响那么大。而混凝土中水泥石强度及其与骨料粘结能力是对混凝土强度起决定作用。但因为它所占百分比较少，对混凝土总声速影响却很小，这就是当混凝土原材料及配比不一样时，声速与强度关系发生显著改变，使声速强度曲钱无法普遍应用根本原因。第29页 基于以上认识，若能将混凝土中硬化水泥净浆声速，从混凝土总声速中经过换算离析出来，建立换算硬化水泥

10、净浆声速与混凝土强度关系，则可消除骨料品种、含量等原因影响。从而只要建立少数几个不一样水泥品种“硬化水泥净浆声速混凝土强度”关系曲线或公式，就能适应各种不一样配合比混凝土需要。这种消除配比原因影响方法，即所谓水泥净浆声速换算法。第30页 我国建筑材料科学研究院研究结果表明，该关系式应采取下面函数形式，即第31页 (1)普通硅酸盐水泥，控制拌合物坍落度为7cm以上，混凝土强度与混凝土中硬化水泥浆换算声速Cc之间关系：第32页 (2)矿渣硅酸盐水泥，控制拌合物坍落度为7cm以上混凝土：第33页 5.水泥砂浆声速换算法 该法基本思绪与水泥净浆声速换算法相近，都是用换算法来排除骨科影响。主要区分是：水

11、泥砂浆声速换算法把混凝土视为由水泥砂浆和粗骨科复合而成两相复合体系。第34页 我国陕西省建筑科学研究所首先提出了这种方法，并进行了系统研究，他们用杭州、贵阳、重庆、成都、咸阳、湘潭、南京、北京等不一样地域15种石子试验数据进行换算处理后，得出混凝土强度与砂浆换算声速回归方程为第35页结构混凝土强度超声回弹综正当检测1.超声回弹综正当基本依据 超声和回弹法都是以材料应力应变行为与强度关系为依据。但超声速度主要反应材料弹性性质，同时，因为它穿过材料，因而也反应了材料内部结构一些信息。回弹法反应了材料弹性弹质，同时在一定程度上也反应了材料塑性性质，但它只能确切反应混凝土表层(约3厘米左右)状态。所以

12、，超声与回弹综合，既能反应混凝土弹性，又能反应混凝土塑性，既能反应表层状态，又能反应内部结构，自然能较确切地反应照凝土强度。第36页 基本依据其次是，实践证明声速C和回弹值N合理综合后，能消除原来影响R一C与R一N关系许多因素。例如，水泥品种影响，试件含水量影响及碳化影响等，都不再像原来单一指标时那么显著。这就使综合R一N一C关系有更广适应性和更高精度，而且使不一样条件修正大为简化了。第37页2.“超声一回弹”综台法影响原因第38页3.“超声回弹”综正当检测若干要求（一）应用范围（1） 对原有预留试块抗压强度有怀疑，或没有预留试块时；（2） 因原材料，配合比以及成型与养护不良而发生质量问题时；

13、 （3） 已使用多年老结构，为了维修加固处理，需取得混凝土实际强度值，而且有从结构上钻取芯样进行校核情况下。第39页 （二）测区布置和抽样方法 测区数量分为按单个构件检测或按批检测两种情况：按单个构件检测时，测区数放不少于10个。若构件长度不足两米，测区数可适当降低，但最少不得少于3个；按批检测时，同一批构件抽样数量应不少于同批构件总数30，而且不少于4个，每个构件上测区数不少于10个。第40页（三）回弹值测量与计算（四）超声值测量与计算超声测试点应布置在同一个测区回弹值测试而上，但探头安放位置不宜与弹击点重合。每个测区内应在相对测试面上对应地布置三个测点，相对面上收、发探头应在同一轴线上。只

14、有在同一个测区内所测得回弹值和声速值才能作为推算强度综合参数，不一样测区测值不可混同。第41页第42页 4. R-C-N关系曲线在综正当测强中，结构或构件上每一个测区混凝土强度，是依据该测区实测并经必要修正起声波声速值C，及回弹平均值N，按事先建立R一C一N关系曲线推算出来，所以必须建立靠R一CN关系曲线。第43页 曲线制订方法是：采取惯用水泥、粗骨料、细骨料按最正确配合比配制强度为C10C50级混凝土，并制成边长为150毫米立方体试块，按龄期7、14、28、60、90、180、365天进行回弹、超声及抗压强度测试。每一龄期每组试块须3个(或6个)，每种强度等级试块不少于30块，并应在同一天内

15、成型。第44页 试件进行标准养护后，按要求龄期进行测试。测定声时值时，测点布置如图所表示。 测定回弹值时，应将试块放在压力机上，用3050千牛压力固定，然后在两相对面上各弹击8个点，并按要求计算回弹平均值，然后加荷至破坏，得强度值。第45页 将此测得声速C，回弹值N及强度R汇总后进行回归分析。并计算其标准差。第46页 并按下式计算相对标准误差：第47页通用曲线应用我国建筑科学研究院搜集了北京、上海、天津、黑龙江、吉林、山西、内蒙、安微、河南、陕西、新疆、青海、四川、江苏、湖北、江西、湖南、广西、福建、贵州、重庆等22个省、市、自治区建筑科学研究所、建筑工程企业、高等院校等29个单位所提供资料，共8096个试块声