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 表面垂直接触的

2、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dm0.4 mm，按无碳化处理当0.4mmdm=6 mm，按

3、 6mm 处理；(4)混凝土表面湿度的影响4、回弹法的 4、回弹法的检测技术和测区布置1.用于抽样推定的结构或构件， 随机抽取的数量不少于结构或 构件总数的 30%，且不少于 10件。2.测区选择(1)每一测区的大小一般约为400cm2从每一个测区测取16 个回弹值，剔除 3个最大值和 3个最小值，计算余下的 10个回弹 值的平均值作为测区平均回弹值 Rm。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(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&高度低于0.5m的试件，其测区数不应少于 5个。测(3)相邻两测区的间距不宜 2m相邻

4、两测点的间距一般不 2cm,测点距结构或构件边缘或外露钢筋、铁件的距离一般不 3cm。( 4)测区表面平整、 干燥、清洁，在测区上均匀分布测点， 同 一测点只允许弹击一次。第一节 混凝土强度的无损检测技术( 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3袖勺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

5、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 20KHz5

6、00KHz 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 feu 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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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：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

12、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 feu二AeBv幕函数方程 feu =AvB抛物线方程 feu =A+Bv+Cv2式中 feu 混凝土强度换算值；常数v 超声波在混凝土中传播速度； A,B,C项。第一节混凝土强度的无损检测技术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

13、间存在着正相关关系，混凝土的强度越高，相 应的超声声速也越高，回弹值也越高。相关数学关系式 为： &;=心仇丫式中：a, b，e为试验系数第一节混凝土强度的无损检测技术2、测试技术测点布置：(1)超声测点布置在回弹测试的同一测区内，先进行回弹测 试，然后再进行超声测试。(2)在每个测区内的相对测试面上，各布置三个超声测点， 且发射和接收换能器的轴线在同一轴线上。第一节混凝土强度的无损检测技术%、； 门L 趙声测距(nnn):测试面修正：二仰为顶、底面时： = 1.034为侧面时： 1第一节混凝土强度的无损检测技术钢筋的波速5500-5900m/s,混凝土的波速3500-4500m/s。对垂直钢

14、筋换能器不要正对密集主筋，偏离 3-5mm即可4、深裂缝检测第二节 混凝土内部缺陷的超声波检测技术第一节混凝土强度的无损检测技术3、砼强度推定(1)优先采用专用或地区测强曲线推定(2)也可按下列公式计算：粗舛料为卵石： 力二二000地严(心严粗艸料为碎石： /爲二 0.008(vJ172(/?r:)LS7砼强度推定值确定方法与回弹法基本相同第一节 混凝土强度的无损检测技术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

15、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、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，确定对应测

16、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、

17、混凝土表面损伤层检测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100m m,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

18、有效高度，要求检测钢筋的位 置、走向、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

19、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

20、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寸，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寸，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？a?a原位单砖双剪法第五节

21、 :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

22、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。