第六章 无损检测技术.docx

1、第六章 无损检测技术第六章 无损检测技术 无损检测技术的含义：在不破坏结构构件材料内部结构，不影响结构整体工作性能，不危及结构安全的情况下，利用物理学中的力声、磁、射线等原理、技术和方法，测量结构材料或结构性能有关的各种物理量，推定结构材料强度、内部缺陷等内容的一种测试技术。 一、 混凝土结构测试内容(1)检测方法有：回弹法、超声回弹综合法、钻芯取样法、拔出法。（2）混凝土结构的缺陷 主要是超声波法。 缺陷种类有：裂缝深度、内部空洞、表层损伤厚度等。 （3）内部钢筋的位置及锈蚀 二、回弹法检测混凝土强度 1、回弹法的基本原理 是使用回弹仪的弹簧驱动重锤，重锤以恒定的动能撞击与混凝土表面垂直接触

2、的弹击杆，使局部混凝土发生变形并吸收一部分能量，另一部分能量转化为重锤的反弹动能，当反弹动能全部转化成势能时，重锤反弹达到最大距离，仪器将重锤的最大反弹距离以回弹值的名义显示出来。 根据回弹值与混凝土强度的关系推定混凝土强度。 3、回弹法检测混凝土强度的影响因素（1）回弹仪的测试角度 测试时回弹仪应是水平方向且弹击面为混凝土的浇筑侧面，否则，应对回弹值先进行角度修正，然后再进行浇筑面的修正。 （2）混凝土不同浇筑面的影响 （3）混凝土龄期及碳化的影响 碳化深度的测定： 用浓度1%的酚酞溶液及钢卡尺来测定碳化深度dm值。 修正:(1)当dm0.4mm，按无碳化处理(2)当0.4mmdm=6mm，

3、按6mm处理；(4)混凝土表面湿度的影响 （2）混凝土不同浇筑面的影响 第一节 混凝土强度的无损检测技术5、回弹值的数据处理 （1）测区平均回弹值计算（2）碳化深度平均值计算6、结构构件强度计算 （1）测区强度确定（2）结构或构件强度推定值计算 4、回弹法的检测技术和测区布置第一节 混凝土强度的无损检测技术 （2）长度不小于3m的每一试样的测区数应不少于10个，长度小于3m且高度低于0.5m的试件，其测区数不应少于5个。测区宜选在混凝土浇筑的侧面，且在两相对侧面交错对称布置。 5、回弹值的数据处理 结构或构件的砼强度推定值的确定：三：超声脉冲法检测混凝土强度 结构混凝土的抗压强度与超声波在混凝

4、土中的传播参数声速、衰减等）之间的相关关系是超声脉冲检测混凝土强度方法的基础。 基本原理： 超声波在介质中传播时遇到不同界面，将产生反射、折射、绕射、衰减等现象，从而使传播的声时、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。 即用人工的方法在岩土介质的结构中激发一定频率的弹性波，这种弹性波以各种波形在材料与结构内部传播并由接收仪器接收，通过分析研究接收与记录下来的波动信号来确定岩土介质与结构的力学特性，了解他们的内部缺陷。 在普通混凝土检测中，通常采用20KHz500KHz的超声频率。 超声波脉冲实质上是超声检测仪中压电晶体的压电效应产生的机械振动发出的

5、声波在介质中的传播。混凝土强度愈高，相应超声声速也愈大，经试验归纳，这种相关性可以用非线性的数学模型来拟合，即通过试验建立混凝土强度与声速的关系曲线（fv曲线）或经验公式。目前常用的相关关系表达式有：指数函数方程 fcu=AeBv幂函数方程 fcu=AvB抛物线方程 fcu=A+Bv+Cv2式中 fcu混凝土强度换算值； v超声波在混凝土中传播速度； A,B,C常数项。四、超声-回弹综合法检测砼强度 2、测试技术 （3）测区声速计算： 钢筋的波速5500-5900m/s,混凝土的波速3500-4500m/s。对垂直钢筋换能器不要正对密集主筋，偏离3-5mm即可对平行钢筋有可能造成声波测试的“短

6、路”现象，测线的与钢筋的间距应为离开钢筋轴线(1/6-1/8)L箍筋很细一般不考虑其影响。 4、超声回弹综合法检测混凝土强度的优势 混凝土强度检测的综合法采用两种或两种以上的单一法，获取多种物理参量，建立强度与多项物理参量的综合相关关系，从不同的角度综合评价混凝土的强度。目前已采用的综合法有，超声回弹综合法、超声取芯综合法等。综合法能较全面地反映构成混凝土强度的多种因素，使某些具有相反作用的影响因素得到不同程度的抵销，因而比单一法测强的准确性和可靠性高。 5、声波综合测定混凝土强度的实验室实验操作过程 1、 首先在400CM2的试块上，选择两个侧面，用回弹仪，分别测试16个点的回弹值，去掉3个

7、最高值，去掉3个最低值。尔后计算平均值。2、 打开声波测试仪。联接发射与接受发射探头，并对探头放电处理。3、仪器校零。4、 在仪器上输入试件尺寸，密度，泊松比以及计算出的平均回弹性值。5、选择测试的工作面，进行表面光滑处理，并进行探头和试件的耦合。6、开始数据采集，从超声波仪器判别首波的起跳点，并进行纵波的读取。7、确定的纵波速度，根据仪器内部已设置的回弹综合强度计算公式，从仪器下方读取弹模以及强度值。弹性模量越高，内部越是致密，其声速也越高，而 混凝土的强度也与他的弹性模量，空隙率有密切关系，对于同种材料与配合比混凝土，强度越高，其声速也越高。1、评判方法：1.声时法（又称声速法）；即利用超

8、声波遇到空洞等缺陷时产生绕射或直接穿过缺陷中低速介质，从声时的变化而进行的量测2.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，使接受波波形发生畸变和首波到达接受探头时间滞后，来判别缺陷。 3.振幅法；利用缺陷对声波的衰减比无缺陷大，接受波振幅将减小的特点，根据首波振幅的异常变化确定缺陷。4.频率法；即利用混凝土中质量的不同对超声波的高频分量吸收，衰减也不同，致使接受波的频谱发生变化。有缺陷处，接受波的高频分量相对减少，低频分量则相对增大。因此可从接受的频率检出缺陷。 2、混凝土裂缝深度检测 （1）单面平测法（2）双面斜测法 3、超声波法浅裂缝检测的一般规定:1、 该检测方法适用

9、于结构混凝土开裂深度小于或等于500mm的裂纹检测。（受发射频率的影响。一般混凝土测试总长度不应大于2M，故由此规定）2、 需要测试的裂缝中，不得充水或泥浆（如果有声波将通过水和泥浆，影响测试深度的准确性。）3、 如有主钢筋穿过裂缝且与T、R探头的连线大致平行，布置测点时应注意使T、R探头连线至少与该钢筋轴线相距1.5倍裂缝预计深度（钢筋的存在，将使声波的传播沿钢筋进行。影响 纵波波速的判别。）4、 当结构的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时，可采用斜测法检测。（目的克服平测法中可能存在个别连通的地方。影响对首波的判读，实际是裂缝中不可能被空气完全隔开。）第二节 混凝土内部缺陷的超声波检测技

10、术三：超声脉冲法检测混凝土强度 结构混凝土的抗压强度与超声波在混凝土中的传播参数声速、衰减等）之间的相关关系是超声脉冲检测混凝土强度方法的基础。 基本原理： 超声波在介质中传播时遇到不同界面，将产生反射、折射、绕射、衰减等现象，从而使传播的声时、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。 即用人工的方法在岩土介质的结构中激发一定频率的弹性波，这种弹性波以各种波形在材料与结构内部传播并由接收仪器接收，通过分析研究接收与记录下来的波动信号来确定岩土介质与结构的力学特性，了解他们的内部缺陷。 在普通混凝土检测中，通常采用20KHz500KHz的超声频率。 超

11、声波脉冲实质上是超声检测仪中压电晶体的压电效应产生的机械振动发出的声波在介质中的传播。混凝土强度愈高，相应超声声速也愈大，经试验归纳，这种相关性可以用非线性的数学模型来拟合，即通过试验建立混凝土强度与声速的关系曲线（fv曲线）或经验公式。目前常用的相关关系表达式有：指数函数方程 fcu=AeBv幂函数方程 fcu=AvB抛物线方程 fcu=A+Bv+Cv2式中 fcu混凝土强度换算值； v超声波在混凝土中传播速度； A,B,C常数项。第一节 混凝土强度的无损检测技术 四、超声-回弹综合法检测砼强度 1、基本原理 混凝土强度换算值同超声仪声速和回弹仪回弹值之间存在着正相关关系，混凝土的强度越高，

12、相应的超声声速也越高，回弹值也越高。相关数学关系式为： 式中：a，b，c为试验系数 第一节 混凝土强度的无损检测技术（3）测区声速计算： 4、深裂缝检测 第二节 混凝土内部缺陷的超声波检测技术5、混凝土内部空洞和缺陷的检对于配筋密集的部位，如梁柱的节点，有可能因漏振、漏浆或石子架空在钢筋网上，导致混凝土内部不密实或出现空洞，成为安全隐患。这种疑虑的产生，多在明知内部钢筋密集，而又发现混凝土外部有蜂窝、麻面的情况下，进而选择在重要的结构部位进行内部密实性检测，目前主要采用超声波法。 1、测试方法 将一对探头分别置于相互平行的表面上进行对测，检测前应在测区表面画出间距200300的网格，逐点编号，

13、确定对应测定的位置，测取各点的声学参数，如声时或波幅，并精确测量声距。为了确定不密实区或内部孔洞的位置，对于具有两对相互平行的测试表面的构件，应在两对相互平行的测试表面上对测，当构件只有一对平行的表面可测时，应进行交叉斜测。 2、数据处理与缺陷的判定 各测点超声波的传播路线平行，测距相同，如果混凝土内部不存在缺陷， 则混凝土质量基本符合正态分布，所测得的声学参数也基本符合正态分布。若混凝土内部存在缺陷，则声学参数必然出现明显差异，运用数理统计原理，当某些声学参数超出了一定的置信范围，可以判定它为异常数据，异常数据测点在构件表面围成的区域可以看作为内部缺陷在表面上的投影。 5、混凝土表面损伤层检

14、测 1测试方法 超声波在损伤混凝土中的波速小于在未损伤混凝土中。检测时，将两个探头置于损伤层表面，一个保持位置不动，另一个逐点移位，每次移动距离不宜大于100mm，读取不同传播路径的声速值，绘制出“时距”直角坐标图。 2数据处理及判定“时距”图为折线,其斜率分别为损伤层和未损伤层中的波速，折点的物理意义在于，完全沿损伤层的传播时间与穿透损伤层并沿未损伤混凝土传播的时间相等。由不同传播路径而声时相等的条件，可建立方程，解得损伤深度。 检测技术 1、钢筋位置及保护层厚度检测对于设计、施工资料不详的已建结构配筋情况调查，或是确认对保护层厚度敏感的悬臂板式结构的截面有效高度，要求检测钢筋的位置、走向、

15、间距及埋深。不凿开混凝土表面，用钢筋位置探测仪可进行检测，该类仪器利用电磁感应原理工作，检测时将长方形的探头贴于混凝土表面，缓慢移动或转动探头，当探头靠近钢筋或与钢筋趋于平行时，感应电流增大，反之减小。 2、内部钢筋锈蚀程度检测 电位差法利用电化学原理，当混凝土中钢筋锈蚀时，钢筋表面便有腐蚀电流，钢筋表面与混凝土表面之间存在电位差，电位差的量值与钢筋的锈蚀程度相关。 运用电位测量装置测得钢筋表面与混凝土表面之间的电位差及其分布，可大致判断钢筋锈蚀的范围及其严重程度。电位差法可用作对整个结构或构件中的钢筋进行全面检测，其结果可用来作定性参考，定量分析可能存在较大偏差。 第四节 砌体结构强度的无损

16、检测技术 砌体强度是由砌块强度和砂浆强度共同决定的。目前采用的砌体强度检测方法有：砌体整体直接检测法和砌块、砂浆分别检测法（间接测定法）。整体直接检测法又可分为原位试验法和取样试验法。 第四节 砌体结构强度的无损检测技术 检测灰缝砂浆强度的回弹仪冲击能量很小，标称冲击动能为0.196J，测强原理是砂浆表面硬度与抗压强度之间具有相关性，建立砂浆强度与回弹值及碳化深度的相关曲线，并用来评定砂浆强度。 第四节 砌体结构强度的无损检测技术 评定单元布置不少于10个测区，如果测区中的回弹值离散性大，应适当增加测区数。测区宜选在有代表性的承重墙，测区灰缝砂浆表面应清洁、干燥，应清除钩缝砂浆、浮浆，用薄片砂

17、轮将暴露的灰缝砂浆打磨平整后，方可检测。 第四节 砌体结构强度的无损检测技术 当砂浆碳化深度小于1.0mm时，测区平均回弹值应根据砂浆湿度进行修正，即乘以一个K=1.171.21的修正系数，当灰缝砂浆干燥时取小值，潮湿时取大值；当砂浆碳化深度大于1.0mm时，无需修正。 第四节 砌体结构强度的无损检测技术 测区砂浆强度的评定，根据平均回弹值、平均碳化深度，并考虑灰缝砂浆的品种、砂子的品种按公式进行强度计算。 第四节 砌体结构强度的无损检测技术 2、砌体强度的直接测定 （2）砌体原位抗剪强度测定原位单砖双剪法 第五节:超声波测损伤试验技术研究 岩石损伤参量的定义和描述是岩石损伤及其演化过程研究的

18、难题。利用超声波测试手段测量冲击损伤岩石的波速变化，进而以波速定义岩石类脆性材料的损伤参数，避开了烦琐的裂纹密度测量而直接以波速变化来反映冲击损伤擦了模量的变化，是目前评价岩石类脆性材料冲击损伤参数的发展方向。 超声波在固体中以横波和纵波两种形式传播，若能准确的测量出试件中横波和纵波波速，将能比较精确的确认出试件的损伤程度。 岩心声波检测条件 弹性波在有限尺寸的岩心（试件）和无限大的岩体中的传播速度是有区别的。纯纵波和纯横波只能在无限介质中产生，而在有限介质中，其边界面具有机械波导的性质，使得在这些介质中传播的弹性波受到界面的制约，产生了简单的或复杂的制导波。同时，声波在非均匀介质中传播，还受

19、到颗粒大小、界面等影响而产生散射、绕射等，影响纵波的到达。 因此，在进行岩心检测时，必须选择岩心试件的尺寸和换能器的频率，使岩心能被视为均匀无限体介质。在实验中，测试横波方法注意细节如下： 1. 横波是剪切波，在传递过程中衰减很快，因此在各向异性介质中作横波垂直透射测试时，做个简易的夹具，用台钳固定试件，为保护换能器，在台钳和换能器之间夹木版。试件和换能器之间用锡箔耦合，确保超声波尽量在通过试件前产生较小耗散。同时在固定试件时应保证接收和发射换能器同轴. 2. 由于耦合材料对横波传播影响比较大，因此应选用合适的耦合剂，才能把换能器的能量充分传递给介质。横波的耦合剂需要选择能承受剪切力的物质，因此每次测量时尽量选用规格和尺寸大小一致的耦合材料（锡箔），并及时更新。第六节:超声波测试围岩松动范围的原理 超声波法是围岩松动圈测试技术中最常用的一种方法，超声波的波速在岩体中的传播速度与岩体的裂隙程度及受力状态有关，测得的声波波速高，则说明围岩完整性好；波速低说明围岩存在裂隙破坏。 本方法是通过钻孔测出距离围岩表面不同深度的岩体波速值，作出“波速孔深曲线”并加以分析，来判定围岩的松动范围。_