第八节-深裂缝检测

三、超声法测试砼强度是基于超声纵波在砼中的传播速度和砼强度有较好的相关性，知道强度和波速之间的定量关系后，即可通过波速而知道砼强度，一般强度R↑，波速V↑，但由于砼的非匀质性，R－V之间的关系一般不能确定，它与砼本取的技术条件有关，如水泥品种、水泥用量、W/C、骨料品种、粒径、养护条件、含水率等有关，所以在用超声法测砼强度之前，首先针对相同技术条件的砼成型试块进行率定，即先确定R－V曲线，然后再用于实际工程中的测定，并进行有关因素的修正，如钢筋含水率需进行波速的修正，砼R-V的关系曲线有如下三种：（二次函数）（指数函数）（幂函数）3/3/2023建材测试技术影响超声法测强的主要因素：1．横向尺寸效应，通常纵波声速指声波在无限大的介质中的传播速度，而随着构件横向尺寸的减小，纵波速度可能向杆、板波的速度转变，即声速可能会变小。当混凝土横向尺寸d≧2λ(λ为波长)时传播速度与大块体中纵波速度之相当；当混凝土横向尺寸λ<d<2λ，可使传播速度降低2.5～3％；当混凝土横向尺寸0.2λ<d<λ时，传播速度变更较大，约降低6～7％，在这个区间里测量时，估计强度地误差可能达到30～40％；当混凝土横向尺寸d<0.2λ时，属于波在杆件中传播。3/3/2023建材测试技术2．温度和湿度的影响当混凝土处于环境温度为5～30℃时，影响不大，当温度达40～60℃时，脉冲速度约降低5％，当温度在0℃以下时，由于水的结冰，脉冲速度增加(水中的v＝1.45km/s，冰的v＝3.5km/s)。在水中养护的混凝土，一方面由于具有更高的水化程度，另一方面，水分充分渗透并填充了混凝土的孔隙，而超声波在水中传播速度高于在空气中的传播速度(水中的v＝1.45km/s,空气中的v＝0.34km/s)，故超声波的脉冲速度较高。1．故混凝土试件的含水率增加，超声波的传播速度增加。速度的变更特性取决于混凝土的结构，随着混凝土的孔隙率的增大，干混凝土中超声波传播差异也很大。3/3/2023建材测试技术3．钢筋的影响，超声波在钢筋中的传播速度是一般混凝土的1.2～1.9，有钢筋影响时，会使所测的声速偏高。但是当钢筋配置的轴向垂直于超声波的传播方向时的影响较小，而平行于超声传播方向时，影响较大。3/3/2023建材测试技术4．粗骨料品种、粒径和含量的影响在强度相同的状况下，混凝土的超声脉冲速度最高，砂浆次之，水泥石最低，其主要缘由是超声脉冲在骨料中的传播速度快。骨料粒径越大，则单位体积混凝土中骨料所占有的声程随之增加，即混凝土的声速随骨料最大粒径的增加而增加。一般相同强度的混凝土其超声声速随粗骨料含量增加而提高的趋势。事实上，在混凝土的组合料中，砂率变更、骨灰比的大小起主导作用。不同粗骨料品种的超声传播速度也不一样，一般石英岩>石灰岩>玄武岩>花岗岩>陶粒。3/3/2023建材测试技术5．水灰比和水泥用量的影响，水泥用量和水灰比的影响事实上就是混凝土的强度，密实度以及弹性性质的影响。6．龄期和养护方法的影响，试验证明，在硬化早期或低强度fcu的增长小于声速v的增长。7．混凝土的缺陷和损伤的影响3/3/2023建材测试技术我国陕西省建科院，曾利用杭州，贵阳、成都、咸阳、湘潭、南京、北京等不同地区的15种石子的试验数据进行换算处理后，得出混凝土强度和砂浆换算声速的回来方程其中fcuc-用砂浆声速法所推算的混凝土强度，MPa；Vm－经换算求得的混凝土中的砂浆的声速，km/s用该式计算的相关系数为r=0.91，相对误差为±15.49%，其适用范围还是比较宽的。3/3/2023建材测试技术四、超声法测量砼裂缝超声波通过裂缝时，由于裂缝中一般由水或空气填充,而砼和空气（或水）是两种阻抗差别很大的物质，当超声波通过裂缝时，将产生多少反射而表减，最终能量几乎全部被反射，接收到的信号极其微弱，另一方面，由于砼超声检测中，是接受较低的超声频率，当探头置于裂缝的两侧时，低频的超声波又可以从裂缝尾端传过而传到接收探头，这样即可利用超声波传播时间来测裂缝的深度。测定裂缝的深度分为两种规定：(1)、针对裂缝深度≤500mm的裂缝。①

要求：1.需检测的裂缝中，不得充水或泥浆；2．如有主筋穿过裂缝且于两探头的位置十三大致平行，布置测点时，应留意使两探头所在位置的连线至少与该主筋轴线相距1.5倍的裂缝隙预料深度。②

测试方法：平测法或斜测法等。3/3/2023建材测试技术（一）平测法当结构的裂缝部位只有一个可侧面，可接受平测法检测，平测法应在裂缝隙的被测部位以不同的测距同时测跨缝和不跨缝布置测点进行声时测量。步骤：1.不跨缝隙声时测量，将两探头置于裂缝的同一侧，其间距分别为100、150、200、250mm，分别读取声时值tm。2．跨缝声时测量，将两探头置于裂缝两侧对称放置，两种换能器中心连线垂直于裂缝方向，间距分别为100、150、200、250mm，读取声时值tf。3．计算裂缝隙深度hf∵声波传播速度一样，则∴∴例3/3/2023建材测试技术l/2l/2

h3/3/2023建材测试技术（二）斜测法当结构的裂缝隙具有相互平行的测试表面时，可接受斜测法检测。该方法的基本点是保持换能器的连线通过缝与不通过缝的测试距离相等、倾斜角一样时，读取相应各点的声时值ti波幅Ai及频率fi，如图。如放射与接收探头的连线通过裂缝时，由于混凝土失去了连续性能在裂缝界面产生很大的衰减，接收信号的波幅及频率与不过缝相比较，存在显著差异，据此所可推断裂缝深度，及是否在水平方向贯穿。此方法比较直观，测试结果比较牢靠，适用于工业和民用建筑的混凝土构件等。（三）对测法：两个换能器平行放置于同一水平面，相对来说受钢筋干扰较小。3/3/2023建材测试技术(2)、深裂缝检测通用于大体积，砼结构中设计深度在500mm以上的裂缝检测。当然在实际检测中，深度裂缝与浅裂缝并没有严格的界限，尤其是对大体积混凝土结构，即使是深度小于500mm的裂缝，也可用以下方法检测。一般在大体积结构中假如施工管理不善，则简洁深度裂缝的出现，这主要是因为在大体积混凝土结构中，由于水化热的散失相对较慢，内部温差较大，而产生拉应力，从而在混凝土表面产生裂缝。温差越大，产生的拉应力越大，裂缝越深。3/3/2023建材测试技术要求①允许在裂缝两旁钻孔测试；②裂缝中不得充水或水泥浆。对所测试孔的要求：1.孔径比探头直径大5～10mm；2．对应的两个测试孔必需始终位于裂缝两侧，其轴线应保持平行；3．孔深应至少比裂缝预料深度深70㎜，经测试如浅于裂缝深度，则应加深钻孔；4．对应测试孔的间距宜为2000㎜，同一结构的各对应测孔间距应相同；5．孔中粉末碎屑，应清理干净；6．测试无缝砼的声学参数，供对比判别。3/3/2023建材测试技术步骤：1.选用频率为20～40KHZ的径向振动式换能器，前在其轴线上作等距离标记（一般间距100～500㎜）2．测试前应先向测试孔中注满清水，然后分别将两探头置于裂缝两侧的对应孔中，以相同高程等间距从上至下同步移动，逐步读取声时，波幅和探头所处的深度。1．裂缝深度的判定，以探头所处的深度（d）与对应的波幅值（A）绘制d-A坐标图，随着探头位置的下移，波幅渐渐增大，当探头下移至某一位置后，波幅达最大并基本稳定，该位置所对应的深度便是裂缝深度d。3/3/2023建材测试技术3/3/2023建材测试技术五、超声法探测砼内部缺陷超声波在砼中传播，如遇缺陷（如空洞、缝隙等），使超声波的正常传播发生变更，低频超声波将全部绕过缺陷传播，传播时间变长、声时计算值变小，同时声波能量衰减，首波振幅变小，由于这些缘由，到达接收器反映出来的波形就会发生畸变，因此可以依据声时，首波幅值及接收信号频率的变更进行综合分析推断砼内部有无缺陷，但因为混凝土本身是非匀质的，内部密实性，强度存在确定的波动和离散，但只要符合质量保证率的条件下，这种波动和离散是允许的，不应作缺陷处理。3/3/2023建材测试技术如何判定声学参数的变更是正常的还是砼内部的缺陷，用一种概率分析的方法，砼强度是听从正态分布的，依据R-V相关性，求出R-V曲线，然后以R-2σp作为判定缺陷的依据，如测点的强度低于R-2σP，则属于砼缺陷，如未具备R-V曲线，可近似以声时的平均值和标准差t-2σt或者v-2σv作判此缺陷的临界值。3/3/2023建材测试技术在实际工作中，判此密实区的大小用对测法，首先按支配将各测点布置好，测出声时，然后按从小到大排列，将排在后面明显大的视为可疑，再将这些可疑数据中最小的一个连同前面的数据计算出平均值及标准差，计算若tio大于或等于可疑值中的最小值，则最小值及排在其后的试等于可疑数值中均为异样值，当tio小于最小值时，则应将最小值后的次小值，代进去重新计算。3/3/2023建材测试技术λi与测数有关（计算的点数）n141618202224262830323436λi1.471.531.591.641.691.731.771.801.831.861.891.92n3840424446485052545658

λi1.941.961.982.002.022.042.052.072.092.102.12

n6062646668707274767880

λi2.132.142.162.172.182.192.202.212.222.232.23

n828486889092949698100102

λi2.252.262.272.282.292.302.302.312.322.322.33

3/3/2023建材测试技术若用波幅推断，则按从大到小的依次排列，x1≥x2≥x3≥x4≥……≥xn。视某xi为可疑数据，将可疑数据中最大的连同前面的计算平均值mx、标准差Sx，以x0＝mx－λiSx为临界值，若可疑数据xi≤x0，则xi及排在其后的参数值异样，反之若xi≥x0，则再将xi+1的放进去，重新进行统计判别。3/3/2023建材测试技术例：20个声时值，从大到小排列序号1234567声时值106.4107.2107.9109.2109.4109.6109.6序号891011121314声时值109.6110.4110.4111.2111.4111.6111.8序号151617181920

声时值112.2112.4114.3114.6115.1115.8

3/3/2023建材测试技术推断：假设t15为可疑，则计算t1～t15的平均值mt和标准差Stn＝15时，mt＝109.9，St＝1.71t01=mt＋λiSt＝109.9＋1.50×1.71＝112.5，t15=112.2<t01，t15正常因t15和t16相近，故假设t17为可疑，则计算t1～t17的平均值mt和标准差Stn＝17时，mt＝110.3，St＝2.00t02=mt＋λiSt=110.3＋1.56×2.00＝113.4，t17=114.3>t02，t17～t20为异样数据，故舍去。3/3/2023建材测试技术课堂作业：如有20个振幅值，按从小到大排列为3/3/2023建材测试技术序号1234567振幅值44444142404039序号891011121314振幅值39363434333130序号151617181920振幅值3026252523203/3/2023建材测试技术当砼内部存在空洞时,接受100KHZ换能器超声检测,则在缺陷区的声时明显偏长,其波幅度和信号频率均有明显下下降,如图P61当空洞位于放射器和接收器的中间位置时,且空洞的范围大于换能器直径时,缺陷的最小横向尺寸(垂直于超声传播方向)为3/3/2023建材测试技术ahDdl3/3/2023建材测试技术tD—缺陷处最大传播时间tC—无缺陷处砼中平均声时d—缺陷的最小尺寸D—换能器直径L—试件宽度3/3/2023建材测试技术当砼表面因水灾、冰，化学介质传播作用而损坏形成疏松层时，可用表面平测法确定破坏层的厚度，如图P61放射A固定，接受换能器置于B1，B2，B3…，沿混凝土表面以100㎜间距测量，当接受换能器置于B0时，纵波按确定角度入射时，以折线传播再经过破坏层到达接收换能器，则超声波传播时间为作传时间的与距离t－L的关系曲线3/3/2023建材测试技术其中x为水平投影距离，v1为损伤层中传播速度，V2为密实层中传播距离声时传播最短，对x求导∴得疏松层厚度多用于砼路面、机场跑道、表面受损状况检测。3/3/2023建材测试技术第四节

超声－回弹综合法超声回弹综合法是指接受超声仪和回弹仪，在混凝土中同一测区分别测量声速值vi及回弹值Ni，然后通过测得公式或表格推算该测混凝土的强度值Ri的一种测试方法。综合法与单一的回弹法或者超声法相比，具有以下特点：1．削减龄期和含水率的影响。混凝土湿度与龄期对超声速度与回弹值有影响，湿度高，超声速度偏高，而回弹值偏低。龄期长，超声速度的增长率下降，强度小，碳化深度提高，回弹值高，强度大，因此接受超声—回弹法可以部分的削减龄期和含水率的影响。3/3/2023建材测试技术2．弥补相互不足，提高测试精度一个物理参数只能从一个方面，在确定范围内反映混凝土的力学性能，超过确定范围，它可能就不敏感甚至不起作用。超声回弹综合法与回弹法是反映不同方面的混凝土性能。回弹法是依据表面硬度的回弹值，以表层砂浆的弹性性能来推算混凝土强度值，只能反映混凝土表层2～3㎝深度的强度状况，当混凝土强度较低，塑性变形比较大的时候，且当构件截面尺寸和内外质量有较大差异时，回弹法就很难反应构件的实际状况。3/3/2023建材测试技术而超声法则是以整个断面的动弹性来反映混凝土内部密实度和弹性性质，通过超声速度Vi建立R-Vi相关曲线，来推算混凝土强度。当混凝土强度较高的时，弹性指标变更幅度小，相应声速随强度变更的幅度也不大，其微小变更往往被测试误差所掩盖。由于综合法内外结合，又能在较低和较高强度区间相互弥补各自的不足，能减小一些因素的影响程度，较全面的反映整体混凝土的质量状况，从而提高检测混凝土的精度。3/3/2023建材测试技术（一）强度关系混凝土强度Ri同声束Vi和回弹值Ni之间有较强的正相关系，粗骨料为卵石时粗骨料为碎石时 Ri—第i个测定的强度换算值MPa（0.1MPa），Vi—修正后声时值（0.01km/s）Ni—修正后回弹值精确到(0.1)3/3/2023建材测试技术本公式运用于P·I、P·O、P·S、P·P、P·F五大水泥及符合标准的一般砂石配制的强度等级为C10～C30的砼，龄期为7～730d。当结构所用材料与制定测强曲线所用材料有较大差异时或龄期已超过，须用条件试块或从结构构件测区取芯进行强度修正，试件数量不少于3个，得到的公式计算的强度值乘以修正系数，修正系数的计算公式为：1．当按单个构件检测时，其强度应推定值，取该构件各侧区中最小的砼强度换算值。3/3/2023建材测试技术2．当按批抽样检测时

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