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1、1,苏州科技学院 土木工程学院,结构实验技术,田石柱 教授,2,超声波是一种频率超过20kHz的机械波，一般由高频电振荡激励压电晶体发射换能器，发射换能器发射的超声波经耦合进入混凝土，在混凝土中传播后为接收换能器所接收，也是通过压电晶体把机械振荡转换成电讯号进行传输、放大与量测。,3.3 超声波法,3,超声法探测的基本原理 基于超生波在介质中传播时，遇到不同介面，将产生反射、折射、绕射、衰减等现象，从而使传播的声时、振幅、波形、频率等发生相应变化，测定这些规律的变化，便可得到材料的某些性质与内部构造情况。,3.3 超声波法,4,由于非金属材料与金属材料性质不同，使用超声波探测仪也分两类。用于非
2、金属探测的要频率低、功率大，声波传播能量才不易被衰减，才能满足一定范围的量测需要。用于金属的，则需要频率高，而功率不必太大，这样探测灵敏度较高，精度较好。,3.3 超声波法,5,非金属超声波探测仪的组成部分，主要包括超声波的发生、传递、接收、放大、时间测量和显示等装置。换能器与被测体表面保持良好声耦合，以减小声能耗损，为此，测点必须平整，并涂刷耦合剂，如黄油，凡士林等。,3.3 超声波法,6,1. 混凝土强度检测 基于混凝土强度与其弹性模量、密实度等密切相关，而超声波在其中传播又与这些参数有如下式关系： 因此，砼的抗压强度与超声波在混凝土中的声速v之间存在着正相关关系，混凝土强度越高，相应声速
3、也越高。这就是超声法检测混凝土强度的基本原理。,7,由于影响因素的复杂性和随机性，检测必须有事先建立的的相关曲线。 采用的几种函数类型: 平抛物线型 指数函数型 幂函数型,8,当作为与回弹法综合评定混凝土强度时，按照我国超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程（CECS02：88）进行。因此，与回弹法相对应，每个测区内在混凝土浇筑方向的两侧面上布置三个对测点，每对测点的收、发探头应在同一轴线上进行对测。每一构件测区数应不少于十个，测区的测试结果以三对测点平均值计算。当收发探头分别布置在混凝土浇筑的顶面和底面对测时，与两测面对测结果会有差异，应加修正。,9,3.3 超声波法,对测法,接收换能器接收探
4、头,发射换能器发射探头,顶面及底面测试时，修正,10,混凝土超声测强的影响因素很多，除了仪器性能和检测方式外，混凝土内部构造、石子品种、粒径、水泥品种、含砂量，外加剂，养护条件，龄期，所含钢筋的粗细等，均会对测试结果产生影响。所以，我国目前超声测强，只作为与回弹法的综合使用。,3.3 超声波法,11,2. 混凝土裂缝检测 已建结构在长期使用中，可能产生各种裂缝和损伤，为了评估其安全性和耐久性，常常需要了解裂缝的深度、形状、走向。现场结构加载试验中，也常需要检测裂缝的出现及发展过程。对于装配式结构的接缝质量、裂缝灌浆处理效果、新旧混凝土结合情况等。非金属超声波检测仪则提供了一种方便、快速的检测手
5、段。,12,对于垂直裂缝的检测，发、收探头放置在对称于裂缝的混凝土表面上，彼此相距为d，测得绕缝尖端的声时 ；然后以相同距离d将探头置于附件无裂缝处的混凝土表面，测得沿表层传播的声时 。,混凝土声速,13,条件允许，也可采用对测法，二探头相对，从裂缝顶部开始，逐渐向尖端移动扫描，当测得声速为混凝土声速时，即为裂缝的终止。,3.3 超声波法,14,对很深的裂缝，侧向又无法探测，当用一般方法穿透能量不足时，可钻孔用径向增压式探头如图的方法检测。,3.3 超声波法,15,对于倾斜裂缝，应先确定其走向。方法是在测试面上画一条与裂缝交叉并相垂直的直线，如图所示，将一探头固定放置在直线上某一测点A，另一探
6、头置于裂缝的另一边靠近裂缝的B1点，测得声时t1后再稍许外移，此时声时若减小，则裂缝走向右边，反之则向左边。裂缝末端的确定，如图所示，在B探头由B1到B2的移动过程中，记下声时值最小的测点B3，从B3引测试面的垂直线，该直线必与裂缝末端O相交。,16,3混凝土内部缺陷的检测 超声波在混凝土中传播遇到缺陷时，其正常传播的某些声学参数便发生变化，根据但只有缺陷大于探头直径时才较灵敏。主要方法有： 声时法(又称声速法)，即利用超声波遇到孔洞等缺陷时产生绕射或直接穿过缺陷中低速介质时，从声时的变化而进行的量测；,17,波形法，利用超声波遇到缺陷时，连续性被破坏，传播路线受干扰，使接收波波形发生畸变和首
7、波到达接收探头时间的滞后，来判别缺陷，如图所示。,（a）无缺陷时波形 (b) 有缺陷时波形,18,振幅法，利用缺陷对声波的衰减比无缺陷处大，接收波振幅将减小的特点，根据首波振幅的异常变化确定缺陷； 频率法，即利用混凝土中质量的不同，对超声脉冲波中的高频分量吸收、衰减也不同，致使接收波的频谱发生变化。有缺陷处，接收波的高频分量相对减少，低频分量则相对增大。因此可从接收的频率值检出缺陷。,19,4混凝土匀质性检测 超声波检测混凝土匀质性，可与探测缺陷相结合进行。方法一样，仅把最后结果分别用图形表示。如为一现浇混凝土构件用等声时（等声速）线表示匀质性的例子。,20,结构检测的方法很多，每种方法都有其
8、优缺点，都存在多因素的影响，各种因素对不同方法的影响又不相同，所以应采用两种或两种以上多因素综合分析法，诸如超声回弹综合法、超声钻芯综合法、声速衰减系数综合法等，它具有单一方法间优缺互补、正负误差相消的效果，能提高检测和分析评定结果的精度与可靠性。,3.4 超声回弹综合法检测砼强度法,21,超声回弹综合法是国际上20世纪60年代发展起来的一种非破损检测方法，由于其精度高，已在我国混凝土工程中广泛使用。该法是以超声声速和回弹值综合反映混凝土强度的。 我国工程建设标准化委员会已推荐颁布了超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程（CECS02：88）,应用范围与特点:,22,工程上由于管理不善、施工质量
9、不良，试块与结构中混凝土质量不一致或对试块检验结果有疑问时，可按该规程进行检测推定混凝土强度。 可作为处理混凝土质量问题的一个主要依据。服役结构多为长龄期混凝土，其碳化深度对测试结果影响较大，只有在钻取芯样试件作校核条件下，才能按规程对结构或构件进行检测和强度评定。,23,分别以前述的回弹法和超声法测出测区的回弹值N和声速值v，然后查专用或地区的超声回弹综合测强曲线，求得混凝土强度换算值。 计算采用下列回归方程式： 超声回弹综合曲线经验公式,3.4 超声回弹综合法检测砼强度法,24,测区布置基本上同回弹法，但单个构件检测时，测区应不少于10个，若构件长度不足2m，也不得少于3个。 测区内先进行
10、回弹测试，再进行超声测试，避免耦合剂给回弹测试带来影响。平均值与修正值的计算方法如前述。 当结构所用的材料与测强曲线的材料有较大差异时，须用同条件试块或从结构测区钻取的混凝土芯样进行检验修正，芯样数量不少于3个。,25,超声回弹综合法，比单一法精度高，一般误差在12左右，影响因素也显著减少。除石子品种及含量外，水泥品种及用量、砂子品种、石子粒径等均无显著影响，是现场混凝土强度检测的一个方便、可靠、费用低的非破损检测方法。,3.4 超声回弹综合法检测砼强度法,26,采用综合法，能对混凝土的某些物理参量在采用超声法或回弹法单一测量时产生的影响得到相互补偿。 如对回弹值影响最为显著的碳化深度在回弹法
11、检测时是一项重要的参数，但在综合法中碳化因素可不予修正，原因是碳化深度较大的混凝土，由于它的龄期较长而其含水量相应降低，以致声速稍有下降，因此在综合关系中可以抵消回弹值上升所造成的影响。所以用综合法关系推算混凝土强度时，不须测量碳化深度和考虑它所造成的影响。试验证明：超声回弹综合法的测量精度优于超声或回弹单一方法。,27,3.5 钻芯法,钻芯法是在混凝土结构有代表性部位钻取芯样，经必要加工整理以后进行抗压强度等试验。,该法被认为是一种直接而又可靠，能较好反映材料实际情况的微破损鉴定方法。,在服役结构上钻取少量芯样，可供非破损方法进行检测结果对比，提高非破损检测的精确度和可靠性,28,可以直接观
12、察混凝土内部各种情况与施工质量。在某种意义上，其比预留混凝土立方体试块法更能体现工程的实际情况。 我国工程建设标准化委员会已推荐颁发有 钻芯法检测混凝土强度技术规程 (CECS03：88)。,3.5 钻芯法,29,我国的规程规定，芯样的直径宜大于或等于混凝土骨料最大粒径的3倍，特殊情况也不应小于2倍； 高度为直径的0.952.05倍，以直径与高度均为10cm作为标准试件。,3.5 钻芯法,30,加工后端面的不平度01为合格 不平整的应抹平或用环氧树脂水泥或热硫磺抹平，并与轴线垂直； 芯样内不应包含钢筋，若无法避免，只允许含有垂直于轴线而不露出端面、直径不大于10mm的钢筋2支。,试件的制作要求
13、：,31,钻芯和锯割设备应有水冷却装置，并具有足够的刚度，固定牢靠，不产生任何偏移。设备带水作业，应特别注意有效接地和安全防护； 试验前应对芯样做精确测量和特征描述，诸如各种缺陷、骨料种类与最大粒径、是否含有钢筋及其直径等，以供评定参考。 为使芯样抗压试验在与结构或构件的湿度基本一致条件下进行，分为自然干燥状态(试件在室内干燥3天后)试验，潮湿状态(试件在清水中浸泡4048h后)试验两种方法。,32,芯样混凝土强度换算值，按下式计算：,3.5 钻芯法,芯样试件混凝土强度换算系数,33,钻芯法检测混凝土强度的特点： 可靠性比较大 试验费用较高 取样不很方便，试验周期较长 造成结构一些局部破损,应
14、与其他非破损方法综合应用，分析与评定，提高效益。,34,拨出法是用一根螺栓式类似的装置，部分埋入混凝土中，然后拨出，测定其拨出力的大小来评定混凝土强度的方法。,3.6 拨出法,35,主要方法有两类： 一类是把锚头预埋在混凝土内，到达龄期后做拨出试验，称先装法，仅适应工程施工及验收需要； 另一类是在硬化的混凝土表面上钻孔，然后装上拨出装置，进行拨出试验称钻孔后装法。该方法灵活性较大，较适用于已建结构的检测。,3.6 拨出法,36,拔出法的特点： 先装法和后装法的基本概念都是建立拨出力与混凝土抗压强度的相关关系上，其优点是能比较直接地反映砼强度，虽只测表面某一深度，但比回弹法深度大，比超声法影响因
15、素少，比取芯法方便，费用低，损伤范围小。,37,钻孔后装法在服役结构检测中常采用两种方法： 第一种方法： 采用直径为6mm电钻，在混凝土表面上钻一个深度为3035mm的孔，用吹风机清除孔内粉尘后，把一个6mm的楔形胀管锚栓插入孔内，至混凝土表面以下规定深度，经用靠尺检查和调整锚栓与混凝土表面垂直度后，再装上拉拔器进行拉拔试验。,3.6 拨出法,38,操作方法： 拉拔时以一定速度连续进行，并保持拉杆垂直，为此锚杆与拉拔器的连接应为铰接，进行内裂破坏力的测定。破坏力系指如图所示的的荷载一位移曲线的峰值。根据事先建立的拔出峰值荷载与混凝土强度关系曲线确定混凝土强度。,3.6 拨出法,39,注意的问题
16、： 拔出设备有多种形式，较简单的可用扭矩仪，也可用张拉千斤顶或其他适当方法。无论何种方法，都要求通过一定试验建立率定曲线。 这种拔出法，力的传递相当复杂。混凝土骨料与胀管的相对位置等都有影响，试验结果的变异性随骨料的增大而增大。所以钻孔基本尺寸的确定，应考虑拔出力大小和胀管深度，避免表面碳化层、钢筋位置和裂缝等的影响和干扰。最小拔出深度建议不小于骨料最大粒径，并不小干20mm。,40,第二种钻孔后装拔出法： 基本做法是用一台轻便钻机，在混凝土表面钻一直径18mm、深度45mm的孔，再在孔内25mm深处扩一个25mm的环形槽，插入带胀环的胀管螺栓，即可进行拔出试验，至混凝土表面出现裂缝时终止。 该法虽然也有混凝土表面性质等影响因素存在，但胀环定位明确，比前一种方法受胀管局部应力集中影响小，传力简单；比钻芯法无论在造成的结构损伤、试验时间、试验费用等方面都要少。,41,谢谢！,