超声法检测混凝土缺陷论文

单面平测、双面斜测、钻孔对测

摘 要】目前超声波技术被广泛应用于各种工程的质量检测上。超声波检测是混凝土非破损检测技术中的一个重要方面，特别是在检测混凝土内部缺陷与匀质性等方面非常有效。阐述超声波检测混凝土裂缝的原理与意义，介绍该方法涉及的主要声学参数和常用方法，并讨论超声波检测技术的发展趋势。 中国论文网 【关键词】超声波检测；混凝土结构；裂缝；工程质量 混凝土结构由于各种原因普遍存在裂缝。裂缝的出现会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，同时也会引起钢筋的锈蚀和混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。因此，要对裂缝制定合理的检测方案，判定裂缝的性质，确定裂缝的危害性及制定相应的补救措施。 应用超声波检测混凝土裂缝是重要的混凝土结构无损检测方法之一。超声波检测是20世纪60年代发展起来的一种非破损性检测，其利用超声波传播速度及回弹值同混凝土抗压强度之间的相互联系来反映混凝土的抗压强度，并且可以利用超声波在混凝土中传播的时间（声时）和波幅值、频率值的变化来计算裂缝深度、确定内部裂缝的位置。该方法具有操作简单、快捷准确、费用低廉等优点，在混凝土工程中得到广泛的应用。 1超声波单面平测法检测原理和方法 超声波单面平测法检测基本原理 将电—声换能器接触在混凝土表面，由发射换能器发射的超声波被接收换能器接收，超声波在混凝土中遇到裂缝时将产生绕射、反射和衰减。根据声时、波幅等参数变化，通过回归分析，由此判别和计算裂缝深度大小。 超声波单面平测检测方法 当结构的裂缝部位有一个可测表面估计裂缝深度又不大于500mm时，可采用单面平测法。平测时应在裂缝的被测部位以不同的测距按跨缝和不跨缝布置测点，布置测点时应用钢筋混凝土雷达定位仪确定裂缝检测区域的钢筋位置，避开钢筋的影响进行检测，其检测步骤如下： 1）将T，R换能器置于裂缝附近同一侧，分别测量两个换能器内边缘间距li'=100mm，150mm，200mm，250mm……的声时值ti。由于超声波的实际传输距离要大于两个换能器内边缘间距，并且很难直接确定，为了求取的超声波传播声速值误差最小，应采用最小二乘方法来做线性回归，以便确定较为精确的超声波实际传输li距离以及不跨缝时混凝土中的超声波传播声速值，见图1。线性回归方程如下： li=vti+a （1） 其中，v为回归系数，即为不跨缝时混凝土中的声速值，km/s；a为回归常数。 2）将T，R换能器置于以裂缝为轴线的对称两侧（见图2）。两换能器中心连线垂直于裂缝走向，以li'=100mm，150mm，200mm，250mm，300mm分别读取声时值，同时观察首波相位的变化。 3）各测点裂缝深度计算值按式（2）计算。 （2） 测试部位裂缝深度的平均值按式（3）计算。 其中，hci为裂缝深度；l为超声测距；ti为不跨缝测量的混凝土声时； 为跨缝测量的混凝土声时；v为不跨缝测量的混凝土声速。 裂缝深度的确定方法 1）三点平均值法：在跨缝测试发现首波反相时，用该测距与其两个相邻测距的声时测量值分别计算hci，取三点hci的平均值作为该裂缝的深度hc。 2）平均值加剔除法：当跨缝测量难以发现首波反相时，可先求出各测距计算深度（hci）的平均值（mhc）。再将各测距li'与mhc相比较，若测距li'＜mhc和li'＞3mhc，则剔除hci，取余下hci的平均值作为该裂缝深度hc。 2超声波检测的主要声学参数 超声波在混凝土中的传播速度不仅与混凝土的弹性性质有关，还与其内部结构和组成成分关系密切。混凝土超声检测目前主要是采用“穿透法”，即用一发射换能器重复发射超声脉冲波，让超声波在所检测的混凝土中传播，然后由接收换能器接收，被接收到的超声波转化为电信号后经过超声仪放大显示于屏幕上，用超声仪测量接收到的超声波信号的声学参数。目前，在混凝土检测中常用的声学参数有声速（波速）、振幅、频率以及波形。 3超声波检测混凝土裂缝的常用方法 对混凝土浅裂缝深度50cm以下的超声波检测主要有tc—t0法和英国标准BS-4408法（如图3所示）。BS-4408法是以二换能器的边到边计算，tc－t0法是以二换能器的中到中计算。 4结语 在制作混凝土时，由于振捣不均匀会大大降低混凝土的强度，从而引起工程的隐患。初步的研究结果表明，用超声波对混凝土材料进行无损检测是一种非常有潜力的检测手段，有良好的发展空间。可以利用超声波法来检测混凝土试块在振捣后是否均匀，这样便保证了混凝土的质量，弥补了制作过程中的漏洞，加强了结构工程的可靠性，避免出现质量缺陷。由于混凝土的组成成分非常复杂，在成型过程中受到多种因素的影响，所以对超声波在混凝土中的传播理论还需深入研究，以使超声波检测混凝土缺陷的技术得到完善。

摘 要: 建筑结构的现场检测，按结构、材料不同可分为混凝土和钢结构现场检测。通过对混凝土建筑结构、砌体结构及钢结构现场检测方法的总结、分析、评价，结合检测技术的现场应用，提出对结构现场检测技术的展望。 关键词: 建筑结构；检测方法；非破损检测；强度 引言 建筑结构的现场检测，按不同结构、不同材料可分为:混凝土结构现场检测和钢结构的现场检测，本文试对其现状和发展趋势进行分析和展望。 1、混凝土结构现场检测方法 混凝土结构宏观性能试验方法是“试件试验”。这类方法以试件破坏时的实测值，作为判断混凝土性能的依据较为直观，称为破损性实验，由于试件中的混凝土与结构中的混凝土质量、受力状况及各种条件不可能完全一致，而且对于建筑结构的现场检测也不太适用。 20 世纪30 年代混凝土非破损检测方法发展起来了，如回弹法、超声脉冲法等在不破损混凝土的条件下进行现场检测。 1. 1 回弹法 回弹法是用回弹仪弹击混凝土表面，由仪器重锤回弹能量的变化，反映混凝土的弹性和塑性性质，测量混凝土的表面硬度推算抗压强度，是混凝土结构现场检测中常用的一种非破损试验方法，我国已编制了规范。 回弹法的主要优点是:仪器构造简单，方法易于掌握，检测效率高，费用低廉，影响因素较少，但还存在一定不足:回弹值受碳化深度、测试角度的影响，石子种类对其也有影响，要对回弹值进行不同的修正，对存在有质量疑问区域的混凝土，需用其它方法进行进一步检测。 1. 2 超声脉冲法 用超声脉冲法检测混凝土强度是测试超声波在混凝土中的传播参数，找出混凝土抗压强度与这些参数的关系，确定其抗压强度。 混凝土是各向异性的多相复合材料，内部存在广泛分布的砂浆与骨料的界面和各种缺陷，使超声波在混凝土中的传播要比在均匀介质中复杂得多，产生反射、折射和散射现象，并出现较大衰减，因此超声脉冲法检测混凝土强度虽然能够检测出混凝土内部存在的问题，但是对测试仪器、换能器与混凝土的强度和超声传播声速间的定量关系受到混凝土的原材料性质及配合比的影响；测试试件的温度和含水率的影响等，只有综合考虑各种因素和条件，建立高拟合度的专门曲线，使用时才能得到比较满意的精度。 1. 3 超声回弹综合法 超声回弹综合法是建立在超声传播和回弹值与混凝土抗压强度之间相互关系上，以声速和回弹值来综合反映混凝土抗压强度的一种非破损检测方法。 超声回弹综合法在一定程度上克服了以单一指标评定混凝土强度的不足，它把石子和测试面的影响，从检测结果中加以修正，对于多指标综合，能较全面地反映与混凝土强度有关的各种要素的作用，提高了测试精度。 1. 4 钻芯法 钻芯法与前3 种方法不同。它用专用取芯机从被检测的结构或构件上直接钻取圆柱型的混凝土芯样，并根据芯样的抗压试验强度，推定混凝土的抗压强度，是一种较为直观可靠的检测混凝土强度的方法，由于需要从结构上取样，对原结构有局部损伤，所以是一种现场检测的半破损试验方法。 钻芯法为许多国家所采用，俄罗斯、美国、英国、日本、法国等都制定了各自的标准，国际标准化组织也提出了相应国际标准草案（ ISO/ DIS7034） 。 1. 5 拔出法 拔出法试验也是一种半破损检测方法，它是用一金属锚固件预埋入未硬化的混凝土浇筑构件内，或在已硬化的混凝土构件上钻孔埋入一膨胀螺栓，然后测试锚固件或膨胀螺栓被拔出时的拉力，由被拔出时的锥台型混凝土块的投影面积确定混凝土的拔出强度，并由此推算出混凝土的抗压强度。 拔出法在美国、加拿大、丹麦等国家已广泛得到应用，国际标准化组织（ ISO） 曾提出关于测定硬化混凝土拔出强度的国际标准草案（ ISO/ DIS8046） 。 1. 6 超声脉冲法 超声脉冲法是检测混凝土内部缺陷和操作应用最广泛的方法，当结构混凝土中存在缺陷或损伤时，超声脉冲通过缺陷时会产生绕射，传播的声速要比相同种类材质无缺陷混凝土的传播声速要小，声时偏长；缺陷界面上产生反射，因而能量显著衰减，波幅和频率明显降低，接收信号的波形平缓，甚至发生畸变，因此可判别混凝土的缺陷与损伤，这在工程验收、事故处理和已建建筑物可靠性鉴定工作中，可为结构补强和维修，提供可靠的判别依据。 需要特别注意的是，有波形显示的超声检测仪方可用于探伤，而无波形显示的数字式声速仪，只能提供声时和声速作为唯一的判别依据，容易造成误判。 1. 7 混凝土结构中钢筋位置和钢筋锈蚀检测1. 7. 1 钢筋位置的检测 对已建混凝土结构作可靠性诊断和对新建混凝土结构施工质量鉴定时，要求确定钢筋位置、钢筋情况，当采用钻芯法检测混凝土强度时，为所取部位避开钢筋，也常作钢筋位置检测。常用的电磁感应法检测，比较适用于配筋稀疏和混凝土保护层不太厚的情况，当钢筋位置在同一平面或在不同平面内距离较大时，测得的结果比较满意。 1. 7. 2 钢筋锈蚀的检测 混凝土若质量差、工作环境恶劣或其它原因使结构产生各种裂缝，就会造成钢筋的锈蚀。而钢筋锈蚀则导致混凝土保护层胀裂、剥落，钢筋有效面积削弱等，直接影响结构的承载能力和使用寿命，而对已建结构进行结构鉴定和可靠度诊断时，必须对钢筋锈蚀进行检测。 用半电池法测量钢筋表面与探头之间的电位差，以判断钢筋锈蚀的可能性及锈蚀程度。 2、砌体结构的现场检测方法 砌体结构主要指砖砌体，砌体强度是由砖块和砂浆强度或施工时制做的砌体试块强度来决定的，传统的检测方法是直接从砌体结构上截取试样，进行抗压强度试验而砌体结构的特点导致取样存在较大难度，取样时的扰动又会对试样产生较大损伤，从而影响试验结果。因此，砌体结构的现场原位非破损或半破损试验方法理所当然地受到重视，并广泛开展研究和工程实际应用。 2. 1 砌体强度的间接测定法 砌体强度与砂浆和砖块强度有直接关系。由砂浆和砖块强度等级可确定砌体的抗压强度，间接测定法就是使用专门的仪器和专门的测试方法，测量砂浆和砖块的某一项强度指标或与材料强度有关的某一项物理参数，并由此间接测定砌体强度。 （1） 冲击法。依据物体破碎时所消耗的功与破碎过程中新产生表面积成正比的基本原理、由事先建立的单位功表面积增量和抗压强度之间的经验公式，求得砂浆或砖块试样的强度。 （2） 回弹法。检测砖块和砂浆强度的基本原理与混凝土强度检测的回弹法相同，只是采用专门的砂浆回弹仪，因为砖的表面硬度与强度有良好的相关性，所以，此法精度高，且简单、适用。 （3） 推出法。推出法又称顶推法、剪法，具体称单砖单剪法。即把一单砖的顶面、两侧面砂浆清除，只留底面，用特制的小千斤顶将其“顶出”，在极限状态时，测得砖与砂浆的粘接抗剪强度，并根据抗剪强度与抗压强度的关系，推出抗压强度。 此外尚有筒压法、点荷法等通过测定砂浆的强度来测定砌体强度的方法，都已进行了大量的研究，取得了一定成果。 2. 2 砌体强度直接测定法 （1） 抽样检测法。主要包括切割法与取芯法，切割法切割的试件宠大，搬运过程中扰动大，造成试验结果的离散性大，耗费大量的人力、财力，只限于庞大砌体工程质量事故处理及对其它方法的校准。取芯法是对芯样作抗压和抗剪试验，对砌体扰动也很大，其试验结果不太一致。 （2） 原位检测法。主要包括扁顶法、原位轴压法和原位剪切法。扁顶法是采用扁式液压测力器装入开挖的砌体灰缝中进行砌体强度的原位检测方法，它较好地克服了取样法的不足，但设备复杂，允许的极限应变较小，测定砌体的极限强度受到限制。原位轴压法是对扁顶法的改进，其原理与其一致，测定砌体的极限抗压强度，推算其标准抗压强度，缺点是设备较沉重，使用不便，原位剪切法是在墙体上直接测试砌体通缝的抗剪强度，由于对测试部位有限制，使其应用有一定的局限性。 （3） 动测综合法。动测综合法是振动反演理论在工程上的应用。在脉动、起振机共振、自由释放或冲击等激振方式的作用下，通过测量砌体结构的频率和振型等参数，根据系统识别理论得到层间刚度，推算出各层砌体轴心抗压强度，此法从房屋整体出发，不仅能得到砌体的强度，鉴定房屋的质量，便于对房屋进行安全性评定，随着检测仪器技术的改进，算法的优选，结果的精度不断提高，很有发展前途。 （4） 微观结构法。声、波、射线等在材料中传播时，会因材料的微观结构的判别而不同，由此可推断出材料的强度。我国在砌体房屋检测的方法有应力波法和超声波法。应力波法测低强和高强砂浆砌体时，精度不高，超声波法由于影响因素较多，测试结果不理想，有待进一步提高。 3、钢结构的现场检测方法 在我国的建筑结构形式中，钢结构也是一种重要的结构形式，对已建钢结构鉴定时，检查钢结构材质，了解结构钢材的力学性能，最理想的方法就是在结构上截取试样，由拉伸试验确定其强度，但会损伤结构，影响它的正常工作，因此，常用的方法有表面硬度法、超声法等。 3. 1 表面硬度法 表面硬度法由布氏硬度仪测定，由硬度计端部的钢珠受压时在钢材表面和硬度标准试样上的凹痕直径，测得钢材的强度，换算得到钢材的强度、屈服强度。此法在检测中，由于仪器简单、使用方便、基本无损害而得到广泛的应用。 3. 2 超声法检测钢材和焊缝缺陷 超声法检测钢材，多采用脉冲反射法。超声波脉冲发射进入被测材料传播，无缺陷时，不出现缺陷反射波，反之产生部分反射，由于钢材密度比混凝土大得多，为了能检测到较小的缺陷，要求选用较高的超声频率，此法比磁粉探伤、射线探伤更有利于现场检测。 4 、结构现场检测技术展望 结构现场检测技术对工程质量事故的检测、处理方面，具有重大的应用价值，从国内外的发展状况来看，该项技术涉及到多个学科的应用技术，应进一步研究、完善，应从以下几个方面来努力、创新。 （1） 新参数、新性能指标的测试。随着材料科学的发展，许多新材料被工程所应用，建筑结构设计的不断改进，一些新的参数和新的性能指标能够说明新材料和新结构的可靠性，需要不断研究这些参数指标的测试方法，为工程实践服务，是当前测试技术发展的趋势。 （2） 新思想的引入、对数学模型的创新和改善。在建筑结构检测方法的研究中，引入新思想，不仅要考虑宏观力学，还要考虑微观力学，深入全面地看问题。已有的检测方法中用到的经验公式有一定的局限性、在新的数学模型建立时，应更加注意其边界条件，扩大使用范围，提高拟合程度。 （3） 测量仪器的改进。随着计算机的普及与发展，改进测量仪器成为必然，测量仪小型化、智能化，使测试精度不断提高，以保证现场检测的需要。 （4） 操作方法的改进。结构检测仪器的操作方法要日趋简单化，使其更适合于大面积建筑工程质量的检测。