超声回弹综合指导书

1、.土木工程综合实验（）：超声回弹综合法检测混凝土强度 实验指导书院 系：建筑工程系实验中心实验室： 土木工程材料 编 写： 王青 时 间： 2009-5 所谓结构混凝土，是指已用结构或结构构件的硬化混凝土。力学强度检测是结构混凝土需要检测的项目之一。混凝土的强度就是混凝土抵抗破坏的能力，其值表示在一定的受力状态和工作条件下，混凝土所能承受的最大应力。非破损测定混凝土强度的方法，就是要在混凝土所受的力尚未达到最大应力之前，即能推算其强度值。为此，必须寻找与混凝土强度有关，能在结构物上直接测量，并且不损坏结构物本身性能的物理量，然后根据其间的理论关系或经验关系，推定混凝土的强度。这些物理量与强度之

2、间的相互关系，就是各种现场检测方法的基本依据。超声回弹综合法检测混凝土强度技术，实质上就是超声法和回弹法两种单一测强的综合测试。超声波检测混凝土强度的基本依据是超声波传播速度与混凝土的弹性性质的密切关系。在实际检测中，超声声速又通过混凝土弹性模量与其力学强度的内在联系，与混凝土抗压强度建立相关关系并藉以推定混凝土的强度。超声测强一混凝土立方体28天龄期抗压强度为基准，大体是把这种混凝土当做弹性体看待，而原材料品种规格、配合比、施工工艺等影响着超声检测参数，所以采用预先校正方法建立超声测强的经验公式。如果把一个混凝土构件作为一个检测总体，要求在构件上均布划出不少于10个200*200方格网，以每

3、一个方格网视为一个测区。如果对同批构件（指混凝土强度相同，原材料、配合比、成型工艺，养护条件及龄期基本相同）按批抽样检测时，构件抽样数应不少于同批构件数的30%，且不少于4个。同样，每个构件测区数不少于10个。每个测区应满足下列要求：（1） 测区布置在构件混凝土浇灌方向的侧面；（2） 测区与测区的间距不大于2米；（3） 测区宜避开钢筋密集区和预埋铁件；（4） 测试面应清洁和平整，如有杂物粉尘应清除；（5） 测区应标明编号。为了使构件混凝土测试条件和方法尽可能与率定曲线时的条件、方法一致，在每个测区网格内布置三对或五对超声波的测点。构件相对面布置测点应力求方位对等，使每对测点的测距最短。如果一对

4、测点在任一测试面上布在蜂窝、麻面或模板漏缝上，可适当相应改变该对测点的位置，使各对测点表面平整声耦合良好。综合法检测混凝土强度技术，实质上就是超声法和回弹法两种单一测强的综合测试。（一）资料准备需进行综合法测试的结构或构件，在检测前，应具备下列有关资料;(1) 工程名称及设计、施工和建设单位名称；(2) 结构和构件名称、编号、施工图（或平面图）及混凝土强度等级；(3) 水泥品种、标号、用量、出厂厂名，砂石品种、粒径，外加剂或掺和料品种、量，以及混凝土配合比等；(4) 模板类型，混凝土灌注和养护情况，以及成型日期报告；(5) 结构或构件存在的质量问题，混凝土试块抗压报告等。（二）被测结构或构件准

5、备检测结构或构件时需要布置测区，因为测区是进行超声、回弹测试的测量单元。所以，测区布置应符合下列规定：（1）按单个构件检测时，应在构件上均匀布置测区，且不少于10个；（2）当对同批构件抽样检测时，构件抽样数应不少于同批构件的30%，且不少于4件，每个构件测区数不少于10个；（3）对长度小于或等于2m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于3个。每个构件的测区，应满足以下要求：（1）测区的布置应在构件混凝土浇灌方向的侧面；（2）测区应均匀分布，相邻两测区的间距不宜大于2m；（3）测区宜避开钢筋密集区和预埋构件；（4）测区尺寸为200mm×200mm；相对应的两个200mm×2

6、00mm方块应视为一个测区。（5）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剂杂物和磨平不平整处，并擦净残留粉尘。结构或构件上的测区应注明编号，并记录测区所处的位置和外观质量情况。每一测区宜先进行回弹测试，然后进行超声测试。对非同一测区的回弹值及超声声速值，不能按综合法计算混凝土强度。回弹值的测量与计算1.回弹值的测量：用于综合法测强的回弹仪，必须是处于标准状态，并在钢跕上率定值为80±2的仪器。用回弹仪测试时，宜使用仪器处于水平状态测试混凝土浇筑侧面，此种情况修正值为0。如不能满足这一要求，也可以非水平状态测试或测试混凝土的

7、浇注顶面或底面，但其回弹值应进行修正。回弹测点在测区范围均匀分布，但不得打在气孔或外露石子上，相邻两测点的间距一般不小于30mm，测点距构件边缘或外露钢筋铁件的距离不小于50mm，且同一测点只允许弹击一次。回弹仪的轴线方向应与测试面相垂直。2.回弹值的计算：计算测区平均回弹值时，应从该测区的两个相对测试面16个回弹值中，分别剔除3个最大值和最小值，然后将余下的10个回弹值按下列公式计算： 10 Rm = Ri /10 i=1 式中Rm测区平均回弹值，计算至0.1 Ri第i个测点的回弹值。 如非水平状态测得的回弹值，应按下式进行修正： Ra= Rm+ Ra 如顶面或底面测得的回弹值，应按下式进行

8、修正： Ra= Rm+（ Rat+ Rab） 式中 Ra修正后的测区回弹值； Ra测试角度为的回弹值修正值，按表2-16选用； Rat测试顶面回弹值修正值，按表2-17选用； Rab测试底面回弹修正值，按表2-17选用； 测试时，如仪器处于非水平状态，同时构件测区又不是混凝土的灌注侧面，则应对测得的回弹值，先进行角度修正，后进行浇注面修正。超声声时值的测量与计算1.超声声时值的测量：超声仪必须是符合技术要求并具有质量检查合格证。超声测点应布置在回弹测试的同一测区内。超声测点应布置在回弹测试的同一测区内。应保证换能器与混凝土耦合良好，且发射和接收换能器的轴线应在同一直线上。每个测区内的相对测试面

9、上，应布置三个测点。2.声速值的计算：声速值按下列计算 vi =l/ tmi （6-17） tmi =( t1+ t2+ t3 )/3 （6-18） 式中 vi测区声速值（km/s）； l超声测距（mm）； tmi第i个测区平均声时值us； t1、 t2、 t3 测区中三个测点的声时值。当混凝土浇注的顶面与底面测试时，由于上表面砂浆较多强度偏低，底面粗骨料较多强度偏高，综合起来与成型侧面是有区别的，另浇注表面不平整，因此，会使声速偏低，所以进行上表面与底面测试时声速应进行修正： va =1.034 vi 式中 vi修正后的测区声速值（km/s）。一、实验目的：通过混凝土抗压强度与混凝土超声波传

10、播速度和表面回弹值之间存在的统计关系，达到快速检验建筑结构构件的普通混凝土抗压强度的目的。二、实验原理： 超声法是采用带波形显示的低频超声波仪和频率为20250kHz的声波换能器，测量混凝土的声速、波幅和主频等声学参数，并根据这些参数及其相对变化分析判断被测物体性质的方法。图1.1 电路原理框图DJCS05非金属超声波仪是一套双通道高分辨率、数字化的仪器，具有分时采样、迭加、滤波、信号增强、抑制噪声以及现场实时计算，显示实测波形和测试结果等功能。该仪器电路原理框图如图1.1所示，高压发射系统受同步信号控制产生的高压脉冲激励发射换能器，将电信号转换为超声波信号传入被测介质，由接收换能器接收透过被

11、测介质的超声波信号并将其转换成电信号，然后传输到仪器的前置放大和滤波部分，先进行可变增益的放大以达到足够的信噪比，再进行各种滤波（高低通、谐波抑制等），并由多路电子转换开关将两道并行的已放大的模拟信号进行采样保持，变为一路串行的离散脉冲信号，此脉冲信号被放大到模数转换器要求的幅度范围内，经高速逐次逼近式AD转换器进行量化（数字化），转换为相应的数字信号，这些信号由微机统一控制，经逻辑控制电路实现各种功能的选择与控制，将数字化后的数据按规定格式存入微机硬盘内，同时原始波形曲线以及分析和处理后的结果在微机显示屏上进行显示并打印。三、实验步骤：1、准备工作布置测区：清理待测构件的两个对称表面，布置好

12、各测区的每对测点，并量取距离。注意事项：每对测点的连线尽量不要与附近的钢筋轴线平行。测区应避开钢筋密集区和预埋铁件。检测部位（测点）不平或有粉刷层时要进行打磨清除处理，以保证换能器与测试面耦合良好。2、开机与参数设置用仪器专配的连接电缆分别将发射换能器和接收换能器与主机的“发射”接口和“接收1”接口相连。 打开主机电源，进入测试主界面。图4. 1.1 设置采集参数窗口36按超声回弹综合法测强按钮，显示设置采集参数窗口（见图4.1.1），根据现场测试条件设置参数。图4.1.2 工程信息窗口按工程信息按钮，在弹出的工程信息窗口中（图4.1.2），输入工程信息，选择测试面、骨料情况（该项选择也可在工

13、程菜单中进行）；如果被测构件已用我公司的数字回弹仪进行了回弹法测试，且已生成文件，按回弹数据按钮，选择回弹文件，按打开，将回弹结果文件调入。to声时：消除声时测试值中的仪器及发、收换能器系统的声延时（又称零声时）。每次现场测试开始前或更换测试导线及传感器后都应进行调零操作。将与仪器连接好的换能器直接耦合或耦合于标准声时棒上，读取声时值（一般取3次的平均值），按下式计算零声时并将其输入到t0声时框内。式中 t0待输入的零声时；t0'原来的零声时；t 测试所得的声时值；t标准棒的标准声时，若换能器直接耦合则为0。图4.1.1窗口中显示的各项参数为进行超声回弹综合法测强时的一般设置，实际工作

14、中应根据现场测试条件适当调整。3、测试将换能器耦合在测点上，两个探头须垂直于构件的表面且探头轴心应该在一条直线上。按采 集按钮，仪器开始发射超声波，接收换能器接收信号并在窗口中显示，同时显示所测得的声参量数值。采集主界面如图4.1.3所示。 采集主界面主要分为3个显示区：波形显示区、波形判读区和测试结果显示区。图4.1.3 采集主界面波形显示区显示接收到的原始波形，按图示菜单或波形显示调节工具条中的相应选项可调整波形在窗口中的显示。图4.1.4 波形判读区波形判读区显示当前道的波形和对该道波形首波的判读情况，见图4.1.4。首波控制线：波幅在两条首波控制线之间的波形将被自动认定为噪音信号。在进

15、行首波自动判读时，首波的幅度要超出首波控制线。按监 视菜单或波形判读区右侧的工具条中的相应选项可调整波形在窗口中的显示和首波控制线的间距大小。如果波形质量不好，无法进行正确的自动判读时，可以进行人工判读：移动鼠标到正确位置，点击即可。测试结果显示区显示各测区的声参量数值、计算结果、强度换算值，见图4.1.3。其中“回弹值”栏和“测点间距”栏数据可更改（鼠标双击）。4、成果保存将测试结果存储于仪器中，以便进行后续处理和存档。仪器在测试时所测结果均随时保存在默认目录“data”文件夹内，其文件名为“年月日时分秒”，如“200500816082216.Us5”和“200500816082216.It

16、sdat”。图4.1.5 另存为窗口测试结束后，可将文件另起名存储：按文件菜单中的另存为或工具条中的图标，弹出窗口如图4.1.5，选择“保存类型”为超声仪波列文件（*.Us5），在“文件名”框内输入文件名，在“保存在”框内选择欲保存文件的文件夹，按保存，将波列文件和数据结果保存下来。四、数据处理与强度换算1、打开文件图4.1.6 数据处理选择选择文件菜单中的新建选项，在弹出的界面中选择数据处理，进入数据处理界面，打开欲处理的测试文件。在查看菜单的工具栏中选择数据处理选项（图4.1.6），显示数据处理工具条（下图）。 基本信息：点击数据处理工具条中的基图标，输入相关信息，按确定。2、测区回弹值的

17、输入：图4.1.7 输入回弹数据窗口回弹值的输入有三种方法：是将已有的回弹数据文件调入：点击数据处理工具条中的回图标，打开回弹数据文件；是直接在测试结果显示区的Rm（回弹值）栏内输入数据，方法如下：移动鼠标到 Rm（回弹值）栏相应测区处双击，弹出输入回弹数据窗口（图4.1.7），在各栏内输入回弹值，按实际测试情况选择测试面、骨料情况等选项，按确定，回弹值即输入；同时，在强度换算值栏显示该测区的换算强度；是在图4.1.8单元划分窗口中，双击“测区列表”中的测区号，在弹出的窗口中输入回弹值。图4.1.8 单元划分窗口3、强度推定：点击数据处理工具条中的强图标，显示窗口见图4.1.8，根据实际测试情

18、况将各测区划分单元，计算该批构件的混凝土强度推定值。计算完毕，按保存结果按钮，将计算结果保存下来（文本格式，可用记事本、Word和Excel打开）。4、成果保存与输出4.1成果保存将测试结果存储于仪器中，以便进行后续处理和存档。按文件菜单中的另存为或工具条中的图标，弹出窗口如图4.1.5，选择“保存类型”为文本数据结果文件（*.txt），在“文件名”框内输入文件名，在“保存在”框内选择欲保存文件的文件夹，按保存，即将测试结果保存为文本格式，该格式文件可用记事本、Word和Excel打开。数据处理完毕（图4.1.8），按保存结果，将测试及计算结果保存为文本格式。4.2文件传输：将仪器存储的文件传

19、输到计算机上进行备份或分析处理。本仪器可进行USB传输，支持串口传输、并口传输。4.3结果输出：将波形图及检测报告打印出来。五、要求掌握的几个概念：1、 超声波：频率高于20000Hz，超过一般正常人听觉所能接收到的频率上限，不能引起耳感的声波。其频率通常在2×1045×108Hz范围之间。它具有与声波一样的传播速度。2、 纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致的波称为纵波。3、 横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波为横波。4、 声速：超声脉冲波在介质中单位时间内传播的距离，用符号V表示。声速的单位是米/秒。声速决定于介质本身的惯性和弹性而与声源的振动频率无关。5、

20、波幅：用来表示振动强弱的物理量，指振动物体离开平衡位置的最大距离，用符号A表示。测试面的平整度、耦合剂的厚薄、作用在换能器上的压力不均衡、耦合状态不一致，均会对波幅测量结果产生较大影响。6、 周期：当物体作往复运动时完成一次全振动所需要的时间称为物体振动的“周期”， 用符号T表示。周期的单位是秒。7、频率：在1秒钟内，物体完成全振动的次数叫“频率”。通常用符号f表示。频率的单位是赫兹（Hz），简称赫。像周期一样，频率既可以表示作振动或其他周期性运动的物体每秒钟完成周期性运动的次数，又可以表示某些物理量每秒钟完成周期性变化的次数。频率等于周期T的倒数。8、相位：用来反映振动物体运动状态的物理量。

21、9、波峰（波谷）：某一时刻波到达的各点都处于不同的振动状态，当处于波形最突起（最凹下）的地方，即此时那一点的纵向位移具有正向（反向）最大值的位置称为“波峰（或波谷）”。10、首波：接收信号中的第一个波峰（或波谷），也称初至波。11、首波控制线：在波形判读区，在中心基线两侧对称的直线。进行首波自动判读时，将落在两条首波控制线之间的波形认为是噪音信号，只有超出这两条线的波形才有可能是首波。12、声速深度（测点）曲线：以数据文件中各深度（测点序号）的声速为横坐标,以深度（测点序号）为纵坐标的声速值的连线。13、换能器的作用为发射和接收超声波信号。14、耦合剂的作用为减少声波能量的衰减。六、参考资料：1混凝土中钢筋检测技术规程JGJ/T152-20082.钢筋混凝土用钢 第