混凝土裂缝深度超声波检测方法 林维正 1 原来裂缝深度检测方法 对混凝土浅裂缝深度（50cm以下）超声法检测主要有以下几种方法，如图1所示的t c－t0法，图2所示的英国标准BS－4408法等，“测缺规程”推荐使用t c－t0法[2，3]。 上述方法中，声通路测距BS－4408法以二换能器的边到边计算，而t c－t0法则以二换能器的中到中计算，实际上声通路既不是二换能器的边到边距离，也不是中到中距离，“测缺规程”中介绍了以平测“时距”坐标图中L轴的截矩，即直线议程回归系数的常数项作为修正值，修正后的测距提高了t c－t0法测试精度，但增加了检测工作量，实际操作较麻烦，且复测时，往往由于二换能器的耦合状态程度及其间距的变化，使检测结果重复性不良。 应用BS－4408法时，当二换能器跨缝间距为60cm，发射换能器声能在裂缝处产生很大衰减，绕过裂缝传播到接收换能器的超声信号已很微弱，因此日本国提出了“修改BS－4408法”方案，此方案将换能器到裂缝的距离改为a1＜10cm，这样就使二换能器跨缝最大间距缩短在40cm以内。 “测缺规程”的条文说明部分（表4.2.1）中，当边－边平测距离为20.25cm时，按t c－t0法计算的误差较大，表4.2.1中检测精度较高的数据处理判定值为舍弃了该两组数据后的平均值。条文说明第4.3.1条仅作了关于舍弃Lˊ＜d c数据的提示，实际上当二换能器测距小于裂缝深度时，超声波接收波形产生了严重畸变，导致声时测读困难，这就是造成较大误差的直接原因。表4.2.1中未知数t c－t0法在现场检测中对错误测读数值的取舍是一个不易处理的问题。 “测缺规程”的条文说明第4.1.3条指出：当钢管穿过裂缝而又靠近换能器时，钢管将使声信号“短路”，读取的声时不反映裂缝深度，因此换能器的连线应避开主钢管一定距离a，a 应使绕裂缝而过的信号先于经钢管“短路”的信号到达接收换能器，按一般的钢管混凝土及探测距离L计算，a应大于等于1.5倍的裂缝深度。 根据a≥1.5d c这一要求，如国科3表示，表1给出了相邻钢管的间距S值。 表1 检测不受钢筋影响的相邻钢筋最小间距S值
混凝土超声检测知识 第一章声学概念 一、波形及其参数 波是物质运动的一种运动型式。波动可分为两大类：一类是机械波，它是由机械振动在弹性介质中引起的波动过程，如水波、声波等；另一类是电磁波，它是由电磁振荡所产生的变化电场和变化磁场在空间的传播过程，如无线电波、红外线、可见光等。 声波是物体机械振动时迫使周围介质也发生振动并使振动向外传播而形成的一种波动。人们通常听到的声波频率范围是20～20000Hz，叫可闻声波。但声波频率超过20000Hz 时，人耳就听不见了，这种声波叫超声波。频率低于20Hz的叫次声波，人耳也听不到。各种声波的频率范围见表1-1。 表1-1 各种声波的频率范围（Hz） 在弹性介质中，任何一个质点作机械振动时，因为这个质点与其邻近的质点间有相互作用的弹性力联系着，所以它的振动将传递给与之相邻的质点，使邻近的质点也同样发生振动然后振动又传递给下一个质点，依次类推。这样振动就由近至远向各个方向以一定速度传播出去，从而形成机械波。从上述可知，机械波的产生必须要有产生机械振动的振源和传播振动的介质。 将接收换能器置于某点接收由声源传过来的声波，实际上就是接收该点在声波作用下的振动过程。振动大小和方向随时间而变化的过程曲线就称为波形。超声仪屏幕上的图形就是传播到接收换能器所在位置质点振动位移随时间变化的曲线。 由于谐振运动是最简单的振动，所以它产生的余弦波是最简单、最基本的波。先讨论
余弦振动在均匀介质中传播的波动方程。图1-1表示离振源一定距离处的质点位移随时间的变化曲线，振源为一余弦振动。其振动方程如下： t A y ωcos （1-1） 式中 A ——振幅 ω——角频率 t ——时间 y ——质点在t 时刻离开平衡位置的位 移 波形参数： 周期T ——相位相同的相邻的波之间所经历的时间称为周期。 频率f ——周期的倒数称为频率，单位赫兹或 千赫兹（Hz ，kHz ）。混凝土超声检测使用频率一般在20~200kHz 之间，f 与圆频率的关系为ω＝2πf 。 振幅A ——波动的幅度，表征波的强弱，通常以分贝（db ）或直接以屏幕上波高度的电压表示。 波长λ——声波波动一次所传播的距离。 波速v ——单位时间波传播的距离，以m/s 或km/s 表示。 波长、频率、波速间有如下关系： λ=f v （1-1） 例如超声波通过混凝土后被接收到，测得其频率为50 kHz ，超声波在混凝土中的传播速度为4500 m/s ，则由（1）式可计算出混凝土中超声波的波长： 间 图1-1 波形图
混凝土超声波检测实验 一、实验目的： 学习超声波检测仪的使用，掌握混凝土超声波检测的基本原理和方法。掌握首波声时、振幅、频率测定的基本方法。 二、实验仪器及装置： CTS-35A非金属超声波检测仪、超声换能器、混凝土试块。 三、实验原理： 超声波检测技术是利用超声波在物体传播中的反射、绕射和衰减等物理特性，测定物体内部缺陷的一种无损检测方法。 混凝土超声波缺陷检测，目前主要采用“穿透法”，即用发射换能器发射超声波，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，它将携带有关混凝土材料性能和内部结构等信息。 超声波在混凝土中传播的速度与混凝土的组成成分，混凝土弹性性质，内部结构的孔隙、密实度等因素有关。混凝土弹性模量高、强度高、混凝土致密，超声波在混凝土中传播的速度也高，因此随混凝土强度不同，超声波传播的声速不同。 超声波在所检测的混凝土传播，遇到空洞、裂缝、疏松等缺陷部位时，超声波振幅和超声波的高频成分发生衰减。超声波传播中碰到混凝土的内部缺陷时，由于超声波的绕射、反射和传播路径的复杂化，不同波的叠加会使波形发生畸变。因此当超声波穿过缺陷区时，其声速、振幅、波形和频率等参数发生变化。 目前对混凝土的超声波检测主要是检测结构混凝土的强度，混凝土的密实度、有无空洞、裂缝等缺陷。 四、实验内容和步骤： 1.根据首波声时判定混凝土试块的强度。 由于混凝土试块的不均匀性，在每个混凝土试块的不同部位进行测试，取其平均值。 表1 混凝土强度与波速关系参考表 混凝土试块强度C25 C30 C35 C40 波速(m/s) 3500-3800 3700-4000 3900-4200 4100-4500 2.混凝土浅裂缝的检测 用平测法（斜测法）测量浅裂缝的位置及深度，如图1所示。 混凝土试块 图1 平测法测量浅裂缝位置及深度示意图
作业指导书 批准人： 颁布日期： 实施日期： 审核： 编写：
目录 1适用范围 ............................... 错误!未定义书签。 2 检测目的............................... 错误!未定义书签。 3 检测依据............................... 错误!未定义书签。 4 检测设备............................... 错误!未定义书签。5抽检数量 ............................... 错误!未定义书签。 6 检测前准备............................. 错误!未定义书签。7检测方法 ............................... 错误!未定义书签。8检测步骤 ............................... 错误!未定义书签。9检测分析处理 ........................... 错误!未定义书签。10检测报告 .............................. 错误!未定义书签。
超声法检测混凝土缺陷 一、适用范围 本作业指导书适用于超声法检测混凝土的缺陷。缺陷检测系指对混凝土内部空洞和不密实区的位置和范围、裂缝深度、表面损伤层厚度、不同时间浇注的混凝土结合面质量、钢管混凝土中的缺陷进行检测。 二、检测目的 采用带波形显示功能的超声波检测仪，测量超声脉冲波在混凝土中的传播速度（简称声速），首波幅度（简称波幅）和接收信号主频率（简称主频）等声学参数并根据这些参数及其相对变化，判断混凝土中的缺陷情况。 三、检测依据 《超声法检测混凝土缺陷技术规程》CECS21：2000； 《建筑结构检测技术标准》GB/T 50344-2004。 四、检测设备 超声波检测仪。
作业指导书 （超声法检测混凝土缺陷） 秦皇岛市瑞开建筑检测有限公司 超声法检测混凝土缺陷作业指导书 1、使用仪器技术要求： a．超声波检测仪应进行鉴定 b．仪器的声时范围应为0.5～9999μs,测读精度为0.1μs c．仪器的放大器频率响应宜为10～200kHZ，200～500kHZ两频段。 d．仪器宜具有示波屏显示及手动游标测读功能。 e．仪器应能适用于温度为-10℃～+40℃、相对湿度不大于80％、电源电压波动为220V±22V的环境中且能连续4h小时正常工作。 f．换能器宜采用厚度振动形式压电材料。 g．换能器的频率宜在50～100kHZ范围以内。 h．换能器实测频率与标称频率相差应不大于±10% 2、测试前应具备的相关资料： a．工程名称及设计、施工、建设单位名称。 b．检测目的与要求。 c．结构或构件名称、施工图纸及要求的混凝土强度等级及混凝土的相关资料。d．模板类型、混凝土浇灌和养护情况以及混凝土龄期。 e．结构或构件存在的质量问题。 3、测位的布置及相关检测要求： a．依据检测要求和测试条件确定缺陷测试部位。
b．在满足首波幅度测读精度得条件下，应选用较高频率的换能器。c．测区避开钢筋密集区和预埋件。 d．换能器应通过耦合剂与混凝土测试表面保持紧密结合，耦合层不得夹杂泥砂或空气。 e．测试面应清洁、平整、干燥，不应有接缝、饰面层、浮浆和油垢，并避开蜂窝、麻面部位，必要时可用砂轮片清除杂物和磨平不平整处，并擦净残留粉尘。 f．检测时应避免超声传播路径与附近钢筋轴线平行，如无法避免，应使两个换能器连线与该钢筋的最短距离不小于超声测距的1/6。 g．检测中出现可疑数据时应及时查找原因，必要时进行复测校核或加密测点补测。 4、裂缝深度检测： 4.1测试要求： a．被测裂缝中不得有积水或泥浆。 4.2单面平测法： 4.2.1测试条件： a．结构的裂缝部位只有一个可测表面，估计裂缝深度又不大于500mm。 b．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（布置测点时应避开钢筋的影响）进行检测。 4.2.2检测步骤：
超声波测试混凝土的基本方法 声波在均匀的固体介质中传播时，特别是在金属中定向传播过程中，实际上并没有什么衰减，而在金属与空气界面上则几乎全被反射回来。这就是利用声波来检测金属零部件均匀性和零件内是否有气孔、裂缝、铸造等缺陷的物理基础。而混凝土超声探测亦是根据这一原理来研究混凝土的结构形态。目前比较成功的方法有以下几种类型： （1）用超声波通过混凝土来判断混凝土内部结构的方法，叫透射法或穿透法； （2）用声波所产生的回波信号来研究混凝土内部结构及裂缝位置及波速叫反射法； （3）用声波的界面滑行波来研究岩体的下伏界面速度及界面位置的方法叫折射法； （4）用钻孔来了解混凝土内波速及结构特征随深度的变化，称为孔中测定法。 下面分别介绍各种方法工作的特点及使用条件. 〔I〕透射波（直达波）法： 混凝土超声波透射法，是一种简单而效果又是最好的探测方法?采用透射法发收、换能器机-电，电-机转换效率高，因而在混凝土中的穿透能力相对较强，传播距离相对较长，可以扩大探测范围。透射波法可以获得较反射波法大几倍，较折射波法大几十倍的能量，因而波形单纯、清楚、干扰较小，初至清晰，各类波形易于辨认。透射波法要求发射探头和接受探头之间的距离必须能够准确丈量，否则计算出来的误差值较大，反而影响了测量的精度。 当被测对象较破碎，或存在张裂缝时岩体对声波的衰减系数较大，以及做大距离测试, 可采用锤击法。这时接收仍可采用单片弯曲式换能器接收，其谐振频率以10千赫左右为宜。因为在混凝土上加板的激发频率主频约在数千赫。鉴于这时所测声时值较大，发射到接收的系统延时值在数微秒，可忽略，故不再计较t o的值。 〔U〕反射波（回波）法 用发射、接收换能器检测混凝土质量。超声波在混凝土中传播时，所遇到的每个波阻抗面上，都将发生反射、透射现象，在有几个波阻抗面存在时，则在每个界面上都将发生反射和透射。这样我们在混凝土表面上可以观测到一系列依次到达的反射波如图1所示, 反射波的强度不仅与入射波的强度有关外，而且决定界面的反射系数，即决定两种介质的声阻抗。声波在介质中传播过程中，由于波前的发散作用和凝滞及阻尼等吸收作用，波内稀疏部分与压缩部分中间之热传导及辐射，以及反射波形成过程中都会使入射波的振幅随着传播的距离增加而迅速衰减，在均匀同性介质中，振幅随距离按指数规律衰减。在各向异性介质中，振幅一方面要随距离衰减外，而且随着节理、层理、界面曲率、混凝土结构的破碎程度、裂缝的宽度和长度及与波传播的方向等因素有关，无一定规律的衰减，在计算时，这要看诸影响因素中起主导作用的是什么，抓住主要矛盾，再考虑其它因素。 混凝土不均匀或者由界面破碎等波阻抗面的不同所造成的反射波，当波阻抗面距离小于波形振动的延续面时，则往往造成两个波形振动带的干涉使之产生叠加，反射波多层薄层分辩率最好的位置
1. 适用范围、检测项目及技术标准 1.1.适用范围 本细则适用于测量混凝土建筑物中深度不大于500mm 的裂缝。不适用于裂缝内有水或穿过裂缝的钢筋太密的情况。 1.2.基本原理: 利用超声波绕过裂缝末端的传播时间 (简称声时)来计算裂缝深度。 如图8.10.2所示,将换能器对称地置于 裂缝两側, 测得传播时问为t, (t1是超 声波绕过裂缝末端所需的时间),设混 *v）/2=AD图裂缝深度测试 凝土声速为 v,可得: （t 1 则裂缝深度为: d'一两换能器之间的净距; d一超声传播的实际距高 将换能器平置于无缝的混擬土表面上, 相距同样为d' , 测得传播时间为t0,则t0·v=d,代入上式,则可得另一公式: 1.3.检测项目 超声波法检测混擬土裂缝深度（平测法）。 1.4.引用标准 JTJ270-98《水运工程混凝土试验规程》 2.检测设备 2.1.非金属超声检测仪: 技术性能应符合JTJ270-98规程附录G中的有关规定； 2.2.钢卷尺。 3.试验步骤
3.1.无缝处平测声时和传播距离的计算: 将发、收换能器平置于裂缝附近有代表性的、质量均匀的混凝i表面上,两换能器相距(以换能器内边缘为准)为d',在不同的d'值(如50、100、150、200、250、300mm等,必要时再适当增加)的情况下,测读出一一系列各相应的传播时间t0。 以距离d'为纵坐标,时间t0为横坐标,将数据点绘在坐标纸上。若被测处的混凝土质量均匀、无缺陷, 则各点应大致在一条直线上, 根据图形计算出这直线的斜率(用直线回归计算法) , 该斜率即为超声波在该处混擬土中的传播速度v (简称声速) 。 按公式d= t0·v计算出发、收换能器在不同的距离下的一系列超声波传播距离d, d大于相应的d'。 3.2.绕缝传播时间的测量: (1) 垂直裂缝: 将发、收换能器平置于混凝土表面上裂缝的各一側, 两换能器中心的联线应垂直于裂缝的走向, 换能器对称于裂缝, 在同一连线上彼此相距(以换能器内边缘为准)为 d'。在不同的 d值(如50、100、150、200、250、300mm等,必要时再适 。 当增加) 的情況下,测演出一系列各相应的绕裂缝的传播时间t 1 (2)倾斜裂缝: 如图-1所示,先将发、收换能器分别布置在 A、 B 位置(对称于裂缝顶),测读,然后一只換能器固定,将另一只换能器移至 C,测读出另一传播时间出传播时间t 1 t 。以上为一组测量数据。改变不同的AB、AC的距离即可测得几组数据。 2 裂缝倾斜方向的判断法:如图-2所示,将一只换能器置于靠近裂缝 B处(另一只位于 A)测一传播时问,然后将位置于 B的換能器向外稍许移动, 若传播时间减小, 则裂缝向換能器移动方向倾斜。进行上述试测时应作两次: 固定 A位置的換能器,移动B位置的换能器;固定B位置的换能器,移动在 A位置的換能器。 图 -l 倾斜裂缝的测试图 -2 倾斜裂缝的判断法 3.3.计算裂缝深度: (l) 垂直裂缝: 垂直裂缝深度按下式计算:
“超声法检测混凝土缺陷”题库 Ⅰ、单选题 1、基本概念： 1、超声波频率为50kHz，波速为4500m/s，波长为( )。 (A)9m(B)90cm(C)9cm(正确) (D)9mm 2、超声波频率越高，( )。 (A)在混凝土中传播速度越快(B)在混凝土中传播距离越远 (C)在混凝土中传播速度越慢(D)在混凝土中传播距离越短[正确] 3、在混凝土中传播的超声波是一种( )。 (A)机械振动波[正确] (B)电磁波 (C)不能在液体中传播的波(D)不能在气体中传播的波 4、用于发射超声波的换能器在工作的时候，其内部的晶片产生的变化是( )。 (A)将机械能转化为电能(B)将电能转化为机械振动[正确] (C)将机械能转化为辐射(D)将辐射转化为机械能 5、用于接收超声波的换能器在工作的时候，其内部的晶片产生的变化是( )。 (A)将机械能转化为电能[正确] (B)将电能转化为机械振动 (C)将机械能转化为辐射(D)将辐射转化为机械能 6、超声换能器的工作原理是基于其( ) (A)光电效应(B)压电效应[正确] (C)电磁感应(D)涡流感应 7、超声波从固体进入液体或气体中时，只有( )能继续传播。 (A)横波(B)表面波(C)纵波[正确] (D)剪切波 8、超声波在真空中( )。 (A)速度比空气中慢(B)速度比空气中快(C)不能传播[正确] (D)衰减很大 9、超声波在水中的速度比空气中的( )。 (A)快[正确] (B)慢(C)取决于声波频率(D)取决于温度 10、超声波在空气中的速度比混凝土中的( )。 (A)快(B)慢[正确] (C)取决于声波频率(D)取决于温度 11、空气中的超声波速度随着温度上升( )。 (A)上升[正确] (B)下降(C)不变(D)取决于频率 2、《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS21:2000) 12、超声法检测混凝土缺陷所采用的超声波频率一般为( )。(2.1.1) (A)20Hz～250kHz (B) 20kHz～250kHz[正确] (C)20kHz～250MHz (D) 20MHz～250MHz 13、在进行不密实区、空洞或混凝土结合面质量检测时，对于工业与民用建筑，测点间距宜为( )。(6.2.1) (A)50mm (B)500mm (C)100mm～300mm[正确] (D)400mm 14、通常情况下进行上部结构梁柱构件超声法检测时，应优先选用( )换能器。(3.2.1) (A)圆管式(B)高频(C)平面[正确] (D)径向 15、检测不密实区和空洞时构件的被测试范围应( )有怀疑的区域。(6.1.2) (A)大于[正确] (B)小于(C)约等于(D)等于 16、超声波的主频是指在被接收的超声脉冲波各频率成份的( )分布中最大的频率值。 (2.1.6) (A)速度(B)波长(C)幅度[正确] (D)相位 17、依据CECS21:2000规范要求，用于混凝土缺陷检测的超声波检测仪声时最小分度应不
超声波法检测混凝土缺陷作业指导书 一、测试原理和方法 超声测缺陷的基本原理，是通过超声波(纵波)在混凝土中传播的不同参数反映混凝土的质量。即利用超声波在混凝土中传播的声时、振幅、波形这三个声学参数综合判断其内部的缺陷情况。 声时—即超声波在混凝土中传播所需要的时间，如超声波在传播路径中遇有缺陷时，则要绕过缺陷，声时就会变长。 振幅—即接收信号首波振幅。混凝土内部存在缺陷时，超声波在缺陷界面上声阻抗差异显著，产生发射、散射和吸收，使接收波振幅显著降低。振幅变化大小可通过增益和衰减器的调整进行测量。 波形—即接收到的波形。混凝土内部存在缺陷时，超声波在内部传播发生变化。直达波、绕射波、反射波等各类波相继被接收。由于这些波的相位不同，因此使正常波形发生畸变。主要观察前几个周期的波形。一般情况下，正常混凝土的前几个波形振幅大，无畸变，接收波的包络线呈半圆形
见图11-1(a)。有缺陷混凝土的前几个周期波形振幅低，可能发生波形畸变，接收波的包络线呈喇叭形，见图11-1(b)。 11-1 接受图形 常用的测试方法大致分为以下几种： 1平面测试(用厚度振动式换能器) （1)对测法：一对发射(T)和接收(R)换能器，分别置于被测结构相互平行的两个表面，且两个换能器的轴线位于同一直线上。 （2)斜测法：一对发射和接收换能器分别置于被测结构的两个表面，但两个换能器的轴线不在同一直线上。 （3)单面平测法：一对发射和接收换能器置于被测结构同一个表面上进行测试。
2钻孔测试(采用径向振动式换能器) （1)孔中对测：一对换能器分别置于两个对应钻孔中，位于同一高度进行测试。 （2)孔中斜测：一对换能器分别置于两个对应钻孔中，但不在同一高度而是在保持一定高程差的条件下进行测试。 （3)孔中平测：一对换能器置于同一钻孔中，以一定的高程差同步移动进行测试。 二、仪器设备 1．超声波仪 超声波仪应满足下列要求： （1)具有波形清晰、显示稳定的示波装置。 （2)声时最小分度为OAS,, （3)具有最小分度为 1dB的衰减系统。 （4)接收放大器频响范围10～500kHz，总增益不小于80dB，接收灵敏度(在信噪比为3:1时)不大于50μV。 （5)电源电压波动范围在标称值，10％的情况下能正常工作。
试题 第1题 当某些晶体受到拉力或压力时会产生形变，从而晶体的表面上出现电荷，这种现象称为____ 效应 A.压电 B.振动 C.逆压电 D.应变 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第2题 下面的衰减类型中不属于材料特征的是 A.扩散衰减 B.吸收衰减 C.散射衰减 D.以上都是 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第3题 Vp、Vs、VR三者的大小关系是 A.Vp>Vs>VR B.Vs>Vp>VR C.Vp>VR>Vs D.VR>Vs>Vp 答案:A 您的答案：A 题目分数：5
此题得分：5.0 批注： 第4题 下列哪个声学参数对缺陷的反应最为敏感？ A.声时 B.声幅 C.频率 D.声速 答案:B 您的答案：B 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第5题 声波透射法的波速属于 A.一维波速 B.二维波速 C.三维波速 D.以上皆是 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第6题 纵波声速___横波声速 A.大于 B.小于 C.等于 D.小于等于 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第7题 声速(v)、波长(λ)和频率(f)三者的关系为
A.f= v*λ B.λ=f*v C.v =f*λ D.v =f/λ 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第8题 声波透射法中测得的桩身混凝土声速是声波在无限大固体介质中传播的声速。对同一根混凝土桩，声波透射法测出的声速应___ 低应变法测量出的声速。 A.大于 B.小于 C.等于 D.小于等于 答案:A 您的答案：A 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第9题 超声波在混凝土中传播时，当混凝土质量差或存在缺陷时接收到的声波信号中，一般可以具有如下特征 A.声时增大、频率变高 B.声时减小、频率变低 C.声时增大、频率变低 D.声时减小、频率变高 答案:C 您的答案：C 题目分数：5 此题得分：5.0 批注： 第10题 声波透射法中,换能器在声测管内一般用___耦合 A.空气 B.黄油 C.泥浆
议超声平测法检测混凝土裂缝深度 议超声平测法检测混凝土裂缝深度当混凝土结构的裂缝部位只有一个可测表面，估计裂缝深度又不大于50毫米时，采 用单面平测法。测试方法是分别检测跨缝和不跨缝的声时和测距后，计算出裂缝深度。其基本原理是根据在同一测距 下，不跨缝声波是直线传播，而跨缝声波需绕过裂缝末端形成折线传播，传播声时延长，在认为跨缝与不跨缝测试的混 凝土声速基本一致的条件下，根据其传播声时的差别计算出裂缝的深度。（一）存在的问题在实际测试中，经常碰到 在同一个裂缝深度部位，用不同的测距，由所测声时计算出的裂缝深度差异较大，造成这种（裂缝）测试值离散大的主 要原因是1、 平测法计算缝深中采用的声速是测量不跨缝条件下不同测距的声时，再以“时—距”法计算混凝土的平均声速，但由于混凝土是一种非均匀的弹塑性材料，即使是正常混凝土各点的声速值也必然存在差异；2、平测时如果发、收换能器 被邻近的钢筋“短路”，那么读取的声时就不对应裂缝部位混凝土的声速，更不能对应声波绕过裂缝末端的声时，造成声时 误差，尤其当裂缝较深时，首波信号微弱，更容易造成首波读数误差甚至丢波；3、混凝土由骨料、水泥和内部微小气 泡组成，混凝土在形成时内部就存在很多微细裂缝，这些裂缝是混凝土材料本身所固有的，属于无害裂缝，当由于各种 原因在混凝土内部产生拉应变，会造成有害裂缝，由于裂缝的形成原因和发展都很复杂，其分布和走向是不确定的，但 在平测法中以裂缝纵深走向垂直于混凝土表面且声波绕过裂缝末端为计算公式的物理模型，简化的物理模型与实际情况 之间有必然的差异。（二）改进的方法为了提高测试的准确度，在提高测试参量测试精度的同时，要有正确的测试方法 和数据处理方法，减少测试误差：1、布置测点时应避免换能器连线与邻近的钢筋平行，如能保持45°左右的夹角最好， 以避免钢筋对首波的“短路”；2、选择被测裂缝部位时，应选择测距范围内混凝土表面平整，无表面龟裂；3、与缝深相比 测距过小或过大时声时的测试误差较大，当测距与缝深相近时，测试较准，因此技术规程作出舍弃小于平均缝深的测距 点和舍弃大于3倍平均缝深的测距点的测距限制，并以首波反相作为判断测距与缝深相接近的判据。在计算缝深平均值 时要根据测试情况舍弃可能造成大误差的测量值，纠正测点越多其平均值越准确的认识误区。 NM-4型超声仪性能剖析 NM-4型超声仪性能剖析,NM-4与进口同类超声仪的比较自20世纪70年代，混凝土超声仪在我国研制生产和推广应用，历经模拟仪器、数字式仪器和智能型仪器三个阶段。20世纪70年代、80年代以小规模集成电路为核心元件的模拟式超声仪为主，80年代后期、90年代初期推出以Z80单板机为核心处理单元的数字式超声仪，90年代中期以后相继推出了以微电脑为核心处理单元的智能型超声仪，目前智能型超声仪已经成为混凝土超声仪的主流。NM-4超声仪与目前市场销售的进口混凝土超声仪比较，价位接近，但仪器的配置、性能、功能等诸方面却有本质的区别，NM-4以微电脑（386/486）为主控系统，进口同类超声仪器以单片机为主控系统，N M-4在运算速度、运算能力、内存容量等方面有明显优势，属于最新一代的智能型仪器。现抛开技术指标，仅从用户使用需求角度，将NM-4与进口同类超声仪器做简单比较：1、声参量测试： NM-4可以测试声时、幅度、（频率）、波形，进口同类超声仪只能测试声时。 2、 波形采集并显示： 波形在混凝土检测中十分重要，混凝土的内部缺陷将导致波形畸变,NM-4可以采集、存储、显示波形，进口同类超声仪无此功能。 NM-4对波形的高速实时动态显示功能是基于主控系统和信号采集系统（A/D）的高速采集和高速传输能力而实现的，在进口同类超声仪上是不可能实现的。3、 声参量的自动判读： NM-4与进口同类超声仪虽然都有声参量的自动判读功能，但方法有本质的区别，NM-4的声参量的自动判读方法可以保证声时判读精度，从根本上解决了丢波或误判问题，获中国发明专利。4、内存容量： NM-4与进口同类超声仪虽然都是芯片存储，但存储容量差别很大，NM-4存储量为MByte（兆字节）级（4M、16M、72M可选），而进口同类超声仪的存储量仅为KByte（千字节）级（1M=1024K），进口同类超声仪只存储数据，不存波形，而NM-4可以存储波形在3000条以上，存储数据就更多了。5、软件可扩展能力： NM-4的用户可以从康科瑞公司的网站上直接下载升级软件后在仪器上升级，进口同类超声仪无软件扩展能力6、后处理功能： NM-4的高速运算能力支持具有很强的数据处理能力，包括对波形的处理（数字滤波、指数放大、频谱分析等）和对数据的处理（依据规范进行强度、缺陷、裂缝等的计算），进口同类超声仪只能做简单的计算7、打印： NM-4可以支持打印，进口同类超声仪不直接支持打印8、屏幕显示： NM-4的屏幕显示是640*480LCD（半反半透式，在强光和弱光下都可清晰显示），清晰、分辨率高，而进口同类超声仪一般是
哈尔滨工程大学 实验报告 实验名称：超声波法检测混凝土实验 班级：212 学号：2015020405 姓名：纪强 合作者：黄昊、张艳慧 成绩：____________________________ 指导教师：梁晓羽 实验室名称：工程测试与检测技术实验室
目录 一．试验目的 二．试验仪器和设备 三．原理及试验装置 四．试验步骤 五．试验数据记录表格 六．注意事项 七．试验结果分析 八．问题讨论
一.试验目的 检测混凝土裂缝宽度，检测裂缝尺寸从而确定混凝土结构安全性。对混凝土裂缝超声检测进行实验研究，对预先设置在混凝土试件中的裂缝进行超声检测，将得到的检测数据与相应的理论值进行对比分析，讨论裂缝超声检测中存在的问题，对裂缝的检测方法提出建议。 二.试验仪器和设备 GTJ—F800 混凝土裂缝综合检测仪器，8500~11000RMB。 三.原理及试验装置 混凝土裂缝宽度检测试验原理：通过摄像头拍摄裂缝图像并放大显示在显示屏上，然后对裂缝图像进行图像处理和识别，执行特定的算法程序自动判读出裂缝宽度，仪器采用新型高精度、高灵敏度的光电转换器件进行图像采集，利用DSP 系统实现图像分析与处理，通过特征提取与优化算法自动判读裂缝宽度，同时在液晶屏上实时显示裂缝图像和裂缝宽度的测试结果。
裂缝深度检测试验原理：超声波在不同介质中传播时，将发生反射、折射、绕射和衰减等现象,表现为接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形和频率发生相应变化,对这些变化分析处理就可以判定结构内部裂缝的深度。图中, H为试件高度;h为构造裂缝度;L1为射换能器距构造裂缝的水平距离;L2 为接收换能器距构造裂缝的水平距离。 四.试验步骤 1.制作带裂缝混凝土试件：该试件长0·6m，宽0·5m，高0·4m，混凝土强度C25，采用石子粒径30mm左右，裂缝深度90~100mm，缝宽0~10mm。
在当今建筑工程中，商品混凝土的应用非常广泛，无论是钢筋商品混凝土结构，还是砖混结构的建筑，都离不开商品混凝土。而商品混凝土质量的好坏，不但对建筑结构的安全，也对建筑工程的造价有很大影响，因此商品混凝土质量检测是整个检测工作中的重要环节之一。一、商品混凝土强度的检测商品混凝土强度的检测目前来说方法比较多，常用的有回弹法、超声回弹综合法、拔出法、钻芯法。其中回弹法和超声回弹综合法都属于非破损法。 回弹法操作简单，并能较好的反映商品混凝土的均匀性。回弹法检测商品混凝土强度应分批进行验收。同一验收批的商品混凝土应由强度等级相同、原材料、龄期、养护条件相同以及生产工艺和配合比相同的同种构件组成，且对抽检数量有严格的规定。 超声回弹综合法检测商品混凝土强度是1966年罗马尼亚建筑及建筑经济科学研究院首次提出的，1988年我国也批准了《超声回弹综合法检测商品混凝土强度技术规程》(CECS02：88)。相对于单一回弹法来说超声回弹综合法检测商品混凝土强度可以减少龄期及含水率对商品混凝土强度造成的影响，弥补不足，提高测试精度。 后装拔出法是一种半破损检测方法，是指在已硬化的商品混凝土表面钻孔、磨槽、嵌入锚固件并安装拔出仪进行拔出试验，测定极限拔出力，根据预先建立的拔出力与商品混凝土强度之间的相关关系检测商品混凝土强度。由于对拉拔时商品混凝土中的应力状态尚无定论，目前还只能用拉拔强度作为衡量商品混凝土质量的相对指标，当用拔出法推定商品混凝土抗压强度时，则必须建立商品混凝土标准抗压强度与拉拔强度之间的经验关系。 钻芯法是利用专用钻机，从结构商品混凝土中钻取芯样以检测商品混凝土强度和观察商品混凝土内部质量的方法，也是一种半破损检测手段。钻芯法检测商品混凝土强度有直观、可靠、精度高的特点。试验表明，对于龄期过短或者强度没有达到10MPa的商品混凝土，不适宜用钻芯法，而且因为钻芯时会对结构造成局部损伤，对钻芯的位置及数量也有一定的限制，钻芯后的孔洞需要修补，钻芯机设备笨重，成本较高等问题的出现，造成钻芯法有一定的局限。 二、商品混凝土内部状况的检测在实际施工中，经常会因技术管理和施工的疏忽造成商品混凝土内部产生疏松、空洞、施工缝等问题，所以内部状况检测可以及时提出补救措施。现行的一般采用超声测缺，根据声时、振幅、波形等超声参量的变化与结构商品混凝土的密实度、均匀性和局部缺陷的状况来判断。 ①如果存在缺陷，会出现超声波收发通道上的介质不连续，声波路程变长，所以声速差异是判断缺陷的参量之一。 ②第二个参量是首波幅度高低，因为各介质声阻抗显著不同，使投射的声波产生不规则散射，造成超声波的较大损失，绕射到达的信号微弱，使得首波幅度下降。 ③接收信号中的频率成分的变化也是超声测缺的一个研究方向，其原因是商品混凝土组织构造的不均匀性内部缺陷，使探测脉冲在传播过程中发生反射、折射。 ④接收的波形也可以用作判断缺陷的一个参量，超声波在缺陷的界面上的复杂反射折射使声波传播的相位发生差异，叠加的结果导致接收信号的波形发生不同程度的畸变。三、商品混凝土中钢筋的检测钢筋商品混凝土结构中对钢筋保护层厚度有明确的规定，不符合规范要求的将影响结构的耐久性。钢筋的移位则会不满足受力的设计要求，而主筋的直径尺寸则会影响建筑的承载力和抗震度。因此商品混凝土内部钢筋的检测是一项十分重要的检测项目。保护层厚度的检测 保护层厚度是指从商品混凝土表面到钢筋最外缘之间的距离。作用是保护钢筋不被锈蚀。粘结锚固(钢筋要通过保护层把均匀力传到商品混凝土中，保护层厚度不够的话，会过早出现裂缝，钢筋不能充分受力，同时水和二氧化碳又能大量入侵，锈蚀钢筋)。但是不能太厚，若超出设计规范要求，对于偏心受力柱的承载能力将有一定程度的不利影响，因为商
混凝土超声检测知识 第一章 声学概念 一、 波形及其参数 波是物质运动的一种运动型式。波动可分为两大类：一类是机械波，它是由机械振动在弹性介质中引起的波动过程，如水波、声波等；另一类是电磁波，它是由电磁振荡所产生的变化电场和变化磁场在空间的传播过程，如无线电波、红外线、可见光等。 声波是物体机械振动时迫使周围介质也发生振动并使振动向外传播而形成的一种波动。人们通常听到的声波频率范围是20～20000Hz ，叫可闻声波。但声波频率超过20000Hz 时，人耳就听不见了，这种声波叫超声波。频率低于20Hz 的叫次声波，人耳也听不到。各种声波的频率范围见表1-1。 作用的弹性力联系着，所以它的振动将传递给与之相邻的质点，使邻近的质点也同样发生振动然后振动又传递给下一个质点，依次类推。这样振动就由近至远向各个方向以一定速度传播出去，从而形成机械波。从上述可知，机械波的产生必须要有产生机械振动的振源和传播振动的介质。 将接收换能器置于某点接收由声源传过来的声波，实际上就是接收该点在声波作用下的振动过程。振动大小和方向随时间而变化的过程曲线就称为波形。超声仪屏幕上的图形就是传播到接收换能器所在位置质点振动位移随时间变化的曲线。 由于谐振运动是最简单的振动，所以它产生的余弦波是最简单、最基本的波。先讨论余弦振动在均匀介质中传播的波动方程。图1-1 表示离振源一定距离处的质点位移随时间 的变化曲线，振源为一余弦振动。其振动方程如下： t A y ωcos （1-1） 式中 A ——振幅 ω——角频率 t ——时间 y ——质点在t 时刻离开平衡位置的位 移 波形参数： 周期T ——相位相同的相邻的波之间所经历 的时间称为周期。 频率f ——周期的倒数称为频率，单位赫兹或 千赫兹（Hz ，kHz ）。混凝土超声检测使用频率一 般在20~200kHz 之间，f 与圆频率的关系为ω＝2 πf 。 振幅A ——波动的幅度，表征波的强弱，通常 以分贝（db ）或直接以屏幕上波高度的电压表示。 波长λ——声波波动一次所传播的距离。 间图1-1 波形图
超声法检测混凝土质量 A.0.1 本附录适用于既有建筑结构加固工程新增混凝土浇筑质量的内部缺陷检测和新旧混凝土结合面粘结质量的检测。 A.0.2 对于新旧混凝土结合面的粘结质量检测，宜优先采用此方法。 A.0.3 检测宜采用频率为20~250kHz的厚度振动式换能器。超声波检测仪等其它技术参数应符合《超声法检测混凝土缺陷技术规程》CECS 21的相关要求。 A.0.4 新增混凝土浇筑质量的缺陷检测： A.0.4.1适用于超声法检测新增混凝土内部缺陷的位置和范围。 A.0.4.2检测方法应符合下列要求： 1 当构件具有两对相互平行的测试面时，可采用对测法。如图B.0.4.2-1所示，在测试部位两对相互平行的测试面上，分别画出等间距为100mm的网格，并编号确定对应的测点位置。 2 当构件只有一对相互平行的测试面时，可采用对测和斜测相结合的方法。如图 B.0.4.2-2所示，在测位两个相互平行的测试面上分别画出网格线，可在对测的基础上进行交叉斜测。 图 B.0.4.2-1 对测法示意图 图B.0.4.2-2 斜测法立面图 A.0.4.3每一测点的声时、波幅、主频和测距应按《超声法检测混凝土缺陷技术规程》CECS 21相关要求进行测量。
A.0.4.4 数据处理及判断 1 侧位混凝土声学参数的平均值（m x ）和标准差（s x ）应按下式计算： n X m i x /∑ = ∑ -?-=)1/()(22 n m n X s x i x 式中 i X —第 i 点的声学参数测量值； n —参与统计的测点数。 2 异常数据可按下列方法判别： 2.1将测位各测点的波幅声速或主频值由大至小按顺序分别排列，即X 1≥X 2≥…≥X n ≥X n+1……, 将排在后面明显小的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最大的一个(假定 X n )连同其前面的数据计算出x m 及x s 值，并按下式计算异 常情况的判断值（X 0）： x x s m X ?-=10λ 式中1λ按表B.0.4.4取值。 将判断值(0 X )与可疑数据的最大值(Xn )相比较，当Xn 不大于0X 时，则Xn 及排列于 其后的各数据均为异常值，并且去掉Xn ，再用1X ~1 -n X 进行计算和判别，直至判不出异常 值为止；当Xn 大于0 X 时，应再将1 +n X 放进去重新进行计算和判别； 2.2 当测位中判出异常测点时，可根据异常测点的分布情况，按下式进一步判别其相邻测点是否异常： x x s m X ?-=20λ或x x s m X ?-=30λ 式中2λ、3λ按表B.0.4.4取值。当测点布置为网格状时取2λ；当单排布置测点时取3λ。 表B.0.4.4 统计数的个数n 与对应的 2.3 当测位中某些测点的声学参数被判为异常值时，可结合异常测点的分布及波形状
超声法检测混凝土缺陷 一、概述及定义 （1）缺陷检测：是指对混凝土内部空洞和不密实区的位置和范围、裂缝深度、表面损伤厚度、不同时间浇筑的混凝土结合面质量、灌注桩和钢管混凝土中的缺陷进行检测 （2）混凝土缺陷：是指破坏混凝土的连续性和完整性，并在一定程度上降低混凝土的强度和耐久性的不密实区、空洞、裂缝或夹杂泥沙、杂物等。 （3）超声法：系指采用带波形显示功能的超声波检测仪，测量超声脉冲波在混凝土中的传播速度（声速），首波幅度（波幅）和接受信号主频率（主频）等声学参数，并根据这些参数及其相对变化，判定混凝土中缺陷的情况 二、基本方法 一般根据构件的几何形状、环境条件、尺寸大小以及测试表面等情况，选择不同的测试方法。 三、检测混凝土缺陷的主要影响因素： 1：耦合状态的影响 （1）对于测试距离一定的混凝土来说，测试表面的平整程度和耦合剂的厚薄，是影响波幅测值的主要因素，一般要求换能器辐射面与混凝土测试表面完全平面接触，即耦合层中午空气、粉尘杂物并保持耦合层最薄。 （2）如果测试面凹凸不平或黏附泥沙，便保证不了换能器辐射面与混凝土测试面的平面接触，发射和接收换能器与混凝土测试面之间只能通过一些接触点传递超声波，使得大部分声波能量损耗，造成波幅降低。 （3）当耦合层中垫有砂粒或作用在换能器上的压力不均衡，使其耦合层半边厚半边薄，还有换能器扶持者的人为因素造成某些测点耦合层薄某些测点耦合层厚，耦合状态不一致，这些因素都会造成波幅不稳定。 2：钢筋的影响 超声波在钢中传播的速度比在混凝土中传播的快，如果在发射和接收换能器的连线上或其附近存在钢筋，测得的声速必然偏大，钢筋对混凝土声速的影响，除了测试方向与钢筋位置有关，还与测点附近钢筋的数量和直径有关。 3：水分的影响 水的声速和特性阻抗比空气的大许多倍，如果缺陷中的空气被水取代，会给结果判断带来困难，因此，混凝土缺陷检测时，尽量使混凝土处于自然干燥状态。四、裂缝深度检测 （1）单面平测法：结构的裂缝部位只有一个可测表面，估计裂缝深度不大于500mm时，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。 （2）双面斜侧法：结构的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时，可采用双面穿透斜测法检测。 （3）钻孔对测法：适用于大体积混凝土，预计深度在500mm以上的裂缝检测；被检测的混凝土应允许在裂缝两侧钻测试孔；孔径比所用换能器直径大5-10mm；孔深应不小于裂缝预计深度深700mm，经测试如浅于裂缝深度，则应加深钻孔，对应的两个测试孔必须始终位于裂缝两侧，其轴线应保持平行，两个对应测试孔的间距宜为2000mm，同一检测对象各对应测孔间距应保持相同，孔中粉末碎屑应清理干净；裂缝深度检测应选用频率为20-60kHZ的径向振动式换能器，
哈尔滨工程大学 称: 超声波法检测混凝土实验 级: 212 号: 2015020405 名: 纪强 者: 黄昊、张艳慧 绩: 师：梁晓羽 实验室名称: 工程测试与检测技术实验室
目录 .试验目的 .试验仪器和设备 .原理及试验装置 四.试验步骤 五.试验数据记录表格 六.注意事项 七.试验结果分析 八.问题讨论
一.试验目的 检测混凝土裂缝宽度，检测裂缝尺寸从而确定混凝土结构安全性。对混凝土裂缝超声检测进行实验研究，对预先设置在混凝土试件中的裂缝进行超声检测，将得到的检测数据与相应的理论值进 行对比分析，讨论裂缝超声检测中存在的问题，对裂缝的检测方 法提出建议。 二.试验仪器和设备 G r MfWfbb统裂缓练台楂澳仪 三.原理及试验装置 混凝土裂缝宽度检测试验原理：通过摄像头拍摄裂缝图像并放大显示在显示屏上, 然后对裂缝图像进行图像处理和识别，执行特定的算法程序自动判读出裂缝宽度，仪器采用新型高精度、高灵敏度的光电转换器件进行图像采集，利用与处理，通过特征提取与优化算法自动判读裂缝宽度，同时在液晶屏上实时显示裂缝图像和裂缝宽度的测试结果。 裂缝宜咬测认 ?卢1 GTJ—F800混凝土裂缝综合检测仪器, 8500~11000RMB。 DSP系统实现图像分析
四. 试验步骤 1■制作带裂缝混凝土试件： 该试件长 0 6m ,宽0 5m ,高0 4m ,混凝土强度 C25, 采 用石子粒径 30mm 左右，裂缝深度 90~100mm ，缝宽 0~10mm ° 裂缝深度检测试验原理：超声波在不同介质中传播时，将发生反射 、折射、绕射和 衰减等现象，表现为接收换能器上接收的超声波信号的声时 、振幅、波形和频率发生相应 变化，对这些变化分析处理就可以判定结构内部裂缝的深度。 图中，H 为试件高度;h 为构造 裂缝度；L1为射换能器距构造裂缝的水平距离 ；L2为接收换能器距构造裂缝的水平距 -1 b 4-^^ 圈1带软螳;民嚴上《型