混凝土超声检测的进展.pdf
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1、综 述 混凝土超声检测的进展 林维正 (同济大学 声学研究所,上海 200092) 摘 要:介绍国内结构混凝土超声波检测进展情况,包括混凝土强度、 混凝土内部缺陷、 混凝 土厚度,灌注桩质量和墙体材料的超声检测以及混凝土质量冲击振动法检测。其中大多数是作者 多年的研究成果。 关键词:超声检测;混凝土;厚度测量;强度;缺陷 中图分类号:TG115. 28 文献标识码:A 文章编号:100026656(2002)1020428204 DEVELOPMENT OF ULTRASONIC TESTINGOF CONCRETE LIN Wei2zheng (Institute of Acoustics
2、, Tongji University , Shanghai 200092 , China) Abstract : The development situation of the application of ultrasonic testing to concrete in China is introduced , in2 cluding ultrasonic testing of concrete intensity , internal defects , concrete thickness ,pile quality and wall body material , as wel
3、l as impact2echo testing of concrete quality. Most of them are the research achievements of the author. Keywords :Ultrasonic testing; Concrete; Thickness measurement ; Intensity; Defect 1 混凝土结构无损检测的目的及方法分类 1 混凝土是结构工程的最重要材料之一,其质量 直接关系到结构物的安全。结构混凝土质量的传统 检测方法是以按规定取样制作的立方体为基础的。 实践表明,在试件上所测得的混凝土性能指标往往 与结
4、构物中实际混凝土的性能有一定的差别。因 此,直接在结构物上检测混凝土质量的现场测试技 术,已成为混凝土工程质量管理的重要手段。国标 GB J2041983钢筋混凝土工程施工及验收规范 明确规定,当试件试验结果不符合混凝土强度验收 评定标准所规定的要求时,“可以在结构物中钻取混 凝土试样或采取非破损测试方法进行检查” 。从而 在我国技术法规中正式确立了现场检测技术的重要 意义和合法地位。近年来,我国广大科技工作者对 如何加强混凝土质量控制和检测进行了大量研究, 已将我国工程质量检测和评价技术水平提高到一个 新的高度。全国各地普遍建立了工程质量监督机 收稿日期:2001211219 构,使整个质量
5、保证系统日臻完善。目前我国已制 订了若干部级技术规程,如J G J/ T232001回弹 法评定混凝土强度技术规程 、CECS 02 :1988超声 2回弹综合法检测混凝土抗压强度规程 、CECS 03 : 1988钻芯法检测混凝土强度技术规程 和CECS 21 :2000超声法检测混凝土缺陷技术规程 等。 从检测目的来说,结构混凝土现场检测方法可 分为四类,即 以检测强度为目的,有半破损法(如 钻芯法,拔出法和射击法等)和非破损法(如回弹法、 超声法、 综合法、 振动法和射线法等)以及以上两种 方法的综合。以检测混凝土内部缺陷为目的,这 里所说的内部缺陷是指施工过程中因成形、 养护等 因素造
6、成的蜂窝、 孔洞、 裂缝及保护层厚度不当等缺 陷,以及使用过程中因腐蚀、 冰冻和火灾等原因所造 成的损伤。检测方法有超声脉冲法、 射线法、 声发射 法、 雷达法及电磁法等。以检测结构混凝土受力 历史和受力损伤程度为目的,例如老厂房和超期使 用的桥梁及公路等,为了确定其翻修或重修方案,必 须了解其受力历史和损伤程度,以便提供确切的统 计依据。检测方法有超声法、 声发射法及钻芯法等。 824 第24卷第10期 2002年10月 无损检测 NDT Vol. 24No. 10 Oct .2 0 0 2 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.
7、 All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 检测结构混凝土的弹性模量、 粘塑性指标、 密实 度和抗冻性等,检测方法有振动法、 超声法、 射线法 和钻芯法等。另外,钢筋位置和锈蚀等采用电磁法 和射线法等检测。 2 混凝土超声检测方法及检测对象 2 声和超声方法在混凝土检测中占重要地位,主 要有超声脉冲声速法、 超声脉冲回波法、 超声频谱 法、 声发射法、 冲击回波法和超声层析成像法等。 超声脉冲声速法是通过双探头的一发一收的穿 透测量砼的传播时间来计算其声速。这种方法应用 于砼强度、 砼厚度、 砖砌结构、 桩基以及钢筋混凝土 梁和柱的检
8、测。检测时将测点按网状布局,可有效 测定气隙、 振捣不实及低强度区。通过超声波声学 参量(声速、 幅度和频率)分析,还能分析和监测砂 浆、 水泥和新浇砼硬化过程。 超声脉冲回波法是通过单探头或双探头在砼表 面一侧发射和接收回波信号。该方法的优点是在单 面检测。在已知砼声速的条件下检测砼厚度、 孔隙、 蜂窝状结构、 砼内埋设锚固件的位置以及砼中钢筋 直径和位置等。 声发射技术是根据结构受力情况下内部发出的 应力波判断内部损伤程度的方法。声发射率与砼及 砼结构变形有密切的关系,可通过纤维增强水泥基 材料界面量化分析评估砼或钢筋砼锈蚀等,声发射 还用于研究砼复合材料断裂行为。对声发射波形的 分析还可
9、给出更多的信息。 冲击回波法用小钢球冲击砼表面,其回波信号 被近旁传感器接收,测定回波时间或振动频率,该法 是一种全能技术,在许多场合十分有效,可用于测定 桥梁的板、 梁、 柱和机场跑道的厚度,检测墙体表面 砂浆剥离情况,检测砖砌砼裂缝、 孔隙以及灌缝后张 拉管空洞。近年来,由冲击声学法演变成用榔头锤 击砼结构表面,使表面振动,分析振动频谱可以发现 结构的裂缝和剥离情况。最新开发的滚动换能器可 以在平板砼结构上实现快速扫描并显示图形结果。 该技术将普通方法的每小时3060测点提高到 3 000测点。 超声或声计算机层析成像(CT)技术是利用声 或超声对物体的透射投影值(或散射值等 ) , 使用
10、计 算机技术来重构物体内部物性分布图。理想的超声 CT图应具有类似医学CT的条件,在剖面四周连续 进行超声透射,使声束在整个剖面分布密集、 方向均 匀,并能准确读取声束走时,这样效果最好。该技术 已用于大坝砼工程质量检测、 大型砼基础质量检测 和大桥桥墩质量检测等。 3 仪器和换能器的选择 3. 1 仪器 混凝土质量检测用超声仪器应能较准确测出混 凝土中超声波的传播时间、 波幅和频率变化及波形等 信息。一般都包括发射系统、 接收系统、 记录(显示) 系统、 数据采集及分析系统以及换能器等(图 1) 。 图1 超声检测仪器框图 国产的超声检测仪器有 模拟电路仪器:CTS2 25和SYC21等。模
11、拟和数字相结合仪器:CTS2 35 ,CTS245和SYC2等。数字电路仪器:SD21 和MT2401等。微机控制超声仪:NM23A ,NM2 3B ,U2Sonic和RSM等。 随着电子技术的发展,超声及声波仪器从模拟 电路到数字电路,接收部分变成一个完整的瞬态数 据采集系统,并外加数字延时触发及信号叠加增强 等功能。激发振源除了小功率发射外,还有大功率 振源,如电火花、 锤击和爆炸等。信号采集后输入到 微机进行数字信号处理,如时域和频域分析等,并打 印输出。 3. 2 换能器 换能器亦称探头,实现电声转换功能。混凝土 超声检测中常用换能器有 现场平面测量用低频 换能器。又分夹心型换能器和弯
12、曲型换能器,前者 频率为1050kHz ,常用作发射和接收,后者频率为 417kHz ,常用作接收。现场孔中测量用低频换 能器。双孔测量换能器主要由管状(环状)压电陶瓷 串并联组成,能在水平360 方向上辐射或接收声 波,频率为2040kHz ,大多用于桩基超声检测和大 体积坝混凝土质量检测。混凝土试件用换能器。 其中窄带纵波换能器频率为100500kHz ,常用于 小构件或试块的测量;横波换能器常用于混凝土动 力学参数研究;宽带窄脉冲换能器频率为100 500kHz ,常用于反射法测厚及频谱分析等。 924 林维正:混凝土超声检测的进展 1995-2004 Tsinghua Tongfang
13、 Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 4 混凝土强度超声检测的可靠性 随着建筑结构设计理论的发展,当今的结构设 计方法已由原来的定值法过渡到概率法,结构的可 靠性以结构的可靠度或失效概率来衡量。分析结构 可靠度时必须考虑质量控制条件,在构成结构可靠 度众多因素中,混凝土强度是一个重要因素。在常 规的砼强度检验中,要评定一批砼强度质量水平,不 可能采用全数破坏性抗压强度试验,而只能从中随 机抽取若干组试件进行试验,并根据抽样理论中试 样统计参数与总体统计参数的关系来判断被评价砼 的总体
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