公路检测技术模块混凝土缺陷检测课件

模块8-4混凝土缺陷检测授课教师：朱明栓副教授公路检测

技术一、概述混凝土缺陷类型露筋蜂窝麻面空洞裂缝形成结构混凝土缺陷的原因施工原因由于混凝土非外力作用所形成的裂缝长期在腐蚀介质或冻融作用下由表及里的层状疏松受外力作用所产生的裂缝，例如因龄期不足即行吊装而产生的裂缝等。缺陷形成原因（1）通过科学方法检测其内部质量情况，从而做出正确判断。（2）一旦出现缺陷，需及时查明其范围及严重程度，并提出处理意见，以消除隐患。（3）对于压力灌浆处理的结构混凝土，通过检测、灌浆、复测、补灌反复多次处理，最后达到满意效果。（4）对于修补加固的混凝土，通过检测可以查明新老混凝土的结合是否良好。混凝土缺陷检测目的和意义如果混凝土结构形成蜂窝﹑麻面等表面缺陷，采用外观检查，表面质量缺陷用目测和放大镜检查，判断尺寸符不符合要求，是否可以加以修补；如果外观没有明显缺陷，我们是不是就可以认为它是合格的呢？答案是：不一定混凝土缺陷检测方法混凝土缺陷检测定义穿透辐射法检测的能力和效果有限辐射穿透能力较强无害超声法混凝土缺陷检测，就是以无损检测的手段，对混凝土内部的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等缺陷进行检测。超声法检测混凝土缺陷规程whatwhenhow是什么什么时间怎么做超声波法混凝土缺陷评定二、超声波检测方法采用带波形显示的低频超声波检测仪和频率为20～250kHz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混凝土缺陷的方法。超声法定义在混凝土检测中的应用检测混凝土裂缝的深度检测混凝土内部的空洞、离析检测混凝土接触面的结合质量检测混凝土表面的损伤层厚度what是什么物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作住复周期性的运动，称为机械振动。某质点在介质内振动能激发附近质点的振动。振动在弹性介质内的传播过程，称为波。声波是一种在气体、液体、固体中传播的弹性波。它分为次声波、可闻声波、超声波及特超声波，其频率界限如图。1、超声波检测的物理基础（1）振动与波超声波方向性好。可以像光波一样具有良好的方向性，可以定向发射，犹如一束手电筒灯光可以在黑暗中寻找所需物品一样在材料中发现缺陷超声波能量高。超声波的频率远高于声波，而声强与频率的平方成正比，因此超声波的能量远大于声波的能量。穿透力强，超声波在大多数材料中传播时，传播能量损失小，传播距离大，穿透能力强。在一些非金属材料、复合材料中穿透能力也可达一米，这是其它检测方法无法比拟的。能在异质界面产生反射、折射和波形转换。在超声波检测中，遇到材料的异变界面，超声波要产生反射、折射和波形转换。（2）特点（3）波的种类纵波(P波）：质点运动方向平行于波的传播方向传播机制:质点间的压力与拉力（目前超声检测中广泛应用）纵波（3）波的种类横波（S波):质点运动方向垂直于波的传播方向

传播机制:质点间的剪切力纵波（3）波的种类表面波(R波):介质表层质点作椭圆运动

传播机制:质点间的表面张力与剪切力纵波在超声波传播介质中，相邻两个同相位质点间波传播的时间间隔，用T表示，单位秒s。f和T互为倒数。超声波的基本物理量周期等于超声波传播介质中质点振动的频率，用f表示，单位赫兹Hz；超声波单位时间传播的距离，用v表示，单位m/s；速度频率(4)超声波的基本物理量质点振动幅度，用A表示。振幅振动传播一个周期所走的路程，用λ表示，单位m；λ＝Tv波长2、超声法检测缺陷的基本原理混凝土缺陷造成声参量的变化声时加长（声速降低）波幅下降主频下降波形畸变正常混凝土波形特征：波形规则无畸变；首波陡峭，振幅大；有缺陷混凝土波形特征：波形畸变不规则；首波平缓，振幅小；缺陷严重且范围较大时，无法接收到波形when什么时间当遇到下列情况之一时，应进行工程质量的检测：涉及结构工程质量的试块、试件以及有关材料检验数量不足；对结构实体质量的抽测结果达不到设计要求；或施工验收规范要求；对结构实体质量争议；发生工程质量事故，需要分析事故原因；相关标准规定进行的工程质量第三方检测；相关行政主管部门要求进行的工程质量第三方检测。how怎么做工程检测单位检测流程平面检测1）对测法:能够提供两对或一对相互平行的测试表面(a)2）斜测法:只能提供两个相对或相邻测试表面(b)3）平测法:只能提供一个测试表面(c)1钻孔或预埋管检测(d)2基本方法(b)当超声法检测混凝土内部缺陷时,应该根据构件或结构的几何形状.所处环境、尺寸大小以及所能提供的测试表面等条件,选用不同的测试方法。耦合状态的影响测面平整、耦合剂厚度均一、无泥砂粘附1钢筋换能器离开钢筋一定距离或与钢筋轴线形成一定夹角2检测混凝土缺陷的主要影响因素水分力求混凝土处于干燥状态，缺陷内的空气不能被水充填3超声法检测混凝土内部缺陷时,会受到这些因素的影响。在工程检测中,应该采取一定的措施,尽量避免或减小该因素的影响,以保证检测结果的准确性。超声测缺陷对超声波检测仪和换能器的要求与超声回弹法对仪器的要求基本相同，只是对超声波检测仪增加了下列两项要求：波形显示幅度分辨率应不低于1/256，波形最大储存长度不宜小于4kb；宜具有幅度谱分析功能（FFT功能）现在普遍使用的数字超声检测仪很容易满足这两项要求。三、检测设备1、超声波检测仪三、检测设备2、换能器纵波换能器有平面换能器、径向换能器两种类型，可根据不同测试需要选用。平面换能器的频率宜采用20~250kHz。平面换能器用于地上结构、试件的表面对测和平测，用黄油或其他物质作声耦合剂，是必备的换能器。径向振动式换能器的频率宜采用20~60kHz,直径不宜大于32mm。径向换能器则用在需钻孔检测或声测管中(如灌注桩检则)等场合以及水下检测，以水耦合进行测量。三、检测设备3、其他耦合剂（黄油、凡士林等）、量具等。卷尺四、超声波法检测混凝土缺陷（一）混凝土裂缝深度检测超声波在传播途径上进到裂缝时不能直接通过只能绕过，因而增加了声波的传播途径长度，超声法即是利用这一现象来检测裂缝深度。有三种方式：单面平测法、双面斜测法、钻孔对测法。1.平测法1.1适用范围适用于只有一个外露表面的结构浅裂缝，如混凝土路面、飞机跑道、隧洞、大体积混凝土浅裂缝。裂缝深度不大于500mm四、超声波法检测混凝土缺陷（一）混凝土裂缝深度检测1.2检测步骤：选择测试部位第一步，不跨缝声时测量：将T和R置于裂缝同一侧，以两个换能器内边缘距离li’为50、100、150、200mm…，分别读取声时值ti，绘制“时-距”坐标图，或用回归分析求出：li’=a+bti，则每测点超声波实际传播距离：li=li’+|a|，得出超声波传播速度：

v=(ln’-l1’)/(tn-t1)或v=b四、超声波法检测混凝土缺陷（一）混凝土裂缝深度检测第二步，跨缝声时测量：将T和R置于裂缝对称的两侧，li’取50、100、150、200mm…，分别读取声时值tci，同时观测首波相位的变化第三步，计算：裂缝深度按下式计算

liTRhci271.3裂缝深度的确定①三点平均值法跨缝测量中，当在某测距发现首波反相时，取该测距及两个相邻测距的裂缝深度平均值②平均值加剔除法无反相，则将剔除li’<mhc和li’>3mhc数据，取余下的hci的平均值测距（mm）跨缝声时（μs）不跨缝声时（μs）计算缝深（mm）5083.714.9184.510085.725.7182.815089.337.7181.820096.148.1185.925094.960.5165.4300103.371.3168.6350113.382.5175.3400119.791.7168.6450128.9103.3169.8500138.9116.5173.2550150.5/182.4600158.1/173.9650169.3/180.5700181.3/190.8750189.3/180.9测距250mm处首波反转三点平均为:173.3mmmhc=177.6mm平均值加剔除法:172.4mm1.4平测法例子某工程地下室剪力墙混凝土设计强度等级为C40，在混凝土竣工验收时发现10多条纵向裂缝，缝宽为肉眼可辩0.2~0.4mm，业主要求采用超声波检测这些纵向裂缝的深度。1.5工程案例检测部位因地下室剪力墙只有一个可测面，故采用单面平测法检测，在每处检测部位布置不过缝测点9对，T、R换能器内边缘测距：li＝50、100、150、200、250、300、350、400、450（mm）；跨过缝的测点4～5对，检测布置如下图。不过缝测点声时值测完后用回归处理：l=a+bti（mm）；a、b为回归系数。其中a为换能器声程修正的直线方程的截距，混凝土声速v＝b（km/s）超声波检测混凝土裂缝深度原始记录及计算1.6注意事项当有钢筋穿过裂缝时，换能器须离开钢筋一定距离或将T、R连线与钢筋轴线形成一定角度（40～50°）裂缝中不得有水或泥浆充填被测混凝土的均匀性对结果影响很大，均匀性差或混凝土内存在缺陷可能导致结果误差较大甚至得出错误结果;测试过程对操作者有较高要求，要有熟练的经验和理论基础;对换能器与混凝土的接触面要求较高,常采用耦合剂，如有不平和麻面时需进行打磨。2.斜测法2.1适用范围结构裂缝部位有一对相互平行的表面时，优先选用，例如梁、柱、墩等2.2测量方法保持T、R换能器连线的距离相等、倾斜角一致，进行过缝与不过缝检测，分别读取相应的声时、波幅和频率值。T、R连线通过裂缝时的波幅与频率比不过缝测点比较低，存在显著差异（b）立面图斜测法时，如T、R换能器的连线通过裂缝，则接收信号的波幅和频率明显降低。根据波幅和频率的突变，可以判定裂缝深度以及是否沿平面方向贯通。3.钻孔测法3.1适用范围钻孔对测法适用于具备钻孔条件的大体积混凝土，裂缝深度大于500mm。被测混凝土允许在裂缝两侧钻测试孔3.2钻孔要求孔径大于换能器直径5～10mm测孔深度应大于裂缝深度600～800mm对应的两个测孔应始终位于裂缝两侧，且平行对应测孔间距宜2m左右，同一结构各对应测孔的间距应相同孔中粉末碎屑应清理干净横向测孔的轴线应具在一定的倾斜角宜在裂缝一侧多钻一个孔距相同但较浅的孔383.3测试方法测试孔注满清水，将T、R置于裂缝同侧的B、C孔中以200～300mm的相同步距向下移动T、R，并读取相应的声时与波幅值将T、R置于裂缝两侧对应的A、B测孔中，同步向下移动，逐点读取声时、波幅和换能器所处深度3.4裂缝深度判定主要以波幅测值作为判据绘制深度-波幅坐标图以换能器所处深度(h)与对应的波幅值(A)绘制h—A座标图波幅最大并基本保持稳定位置即对应裂缝深度随换能器位置的下移,波幅逐渐增大,当换能器下移至某一位置后,波幅达到最大并基本稳定，该位置所对应的深度便是裂缝深度值hc。403.5裂缝末端位置的判定采用斜测法当两个换能器的连线超过裂缝末端后，波幅测值保持最大值，判定测线AB、CD的位置通过裂缝的末端AB、CD两条测线的连线交点便是裂缝的末端位置四、超声波法检测混凝土缺陷（二）混凝土不密实区和空洞检测振捣不足、漏浆、石子架空等产生的蜂窝等缺少水泥形成的松散水泥质量不稳定形成的低强区混凝土不密实和空洞缺陷原因混凝土浇注过程中在内部留下的空洞或蜂窝等隐蔽于结构内部的缺陷，会大大降低混凝土构件强度，削弱结构承载断面，导致构件破坏，对这种隐蔽在结构内部的缺陷，如不查出并进行技术处理，其后果往往是很严重的。因此，超声检测混凝土的内部缺陷，确定其位置，是一个非常重要的检测项目。（二）混凝土不密实区和空洞检测1.测试方法1.1平面对测结构被测部位有两对互相平行测试面在测区的两对平行表面上，画100～300mm网格并逐点编号测量对应测点的声时、波幅和频率1.2平面斜测被测部位只在一对平行表面可供测试，或被测部位处于结构的特殊位置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。1.3钻孔测法适用于大体积混凝土，如基础工程钻一个或多个平行于侧面的竖向测孔，直径38～45mm，孔深根据测试要求确定耦合：测孔用清水，侧面用黄油测量同一高度或同步高度差的声时、波幅或频率2.检测原则尽可能对测二个方向测试，以便空间定位测试面积覆可疑区域，同时要包含正常区域3.检测要求被测部位应具有一对或(两对)互相平行的测试面测试范围处大于有怀疑的区域外，还应该有同条件的正常混凝土进行对比,且对比测点数不应少于20。3.检测步骤（1）在被检测构件上布置测线，画出网格。等间距，测线间距一般为100~300mm。在两个相对表面的网格交叉点编号，定出发射、接收换能器对测点位置。（2）表面处理。测点表面应该干净、整洁采用高强度快凝砂浆抹平采用砂轮进行打磨处理不平整或粘附有泥砂等杂物的测点表面当测试表面存在麻面或严重凹凸不平，很难打磨平整（3）在测点上涂抹耦合剂。（4）测量结构或构件的厚度(简称测距)，测量误差不宜大于±1.0％。如果各测点的测距完全一致，可在构件的不同部位抽测几次，取其平均值作为测距。否则(相差2％以上时)，应分别进行测量。有条件时最好采用工具逐点测量。（5）根据测距选择合适频率的换能器。（6）将“发射”和“接收”二个换能器分别耦合在同一轴线位置上的测点，进行声学参量的测量和波形的采集。（7）描绘所测部位的测点布置示意图1.测点数量足够多，剔除可疑点后，符合正态分布;2.若测试面积内有怀疑测点过多，用正常区域测点数据得到判定值;3.测试区域要大于可疑区域;4.一维测试只能得到垂直于测线面的缺陷的投影图，不能确定空间位置;5.二维测试可以确定空间位置;6.多参量分析:声速、幅度、频率、波形;7.多种测试方法验证;8.详细了解现场情况和施工过程。4.检测要点495.不密实区和空洞的判定基本原理：超声波遇不密实区或空洞时，其测得的声时、振幅、频率必将与正常混凝土有差别异常值的判别方法：根据概率统计理论确定，即置信范围（mx±λ1·Sx)以外的观测值为异常值，同时应避免观测失误造成数据异常（检查表面是否平整、干净或是否存在别的干扰因素，必要时加密测点重复测试）（1）

混凝土声学参数的统计计算

式中∶xi-—第i点的声学参数测量值；n--参与统计的测点数。（2）计算异常情况的临界值X0用声速、波幅或频率进行统计判断。将测区各测点的声速、波幅或主频值按大小顺序排列，x1≥x2≥x3…≥xn≥xn+1

，视排在后面明显小的数为可疑值，将可疑值中最大的一个数（假定xn

）同其前面的数进行平均值（mx）和标准差（Sx）的统计。以X0为异常值的临界值,当参与统计的可疑值xn≤X0时，则xn及排列于其后的数均为异常值，再将x1~xn-1进行统计判断，直至判不出异常值为止。若xn≤X0时，再将xn+1放进去统计和判别，其余类推（1）单个测点异常值判断值X0=mx-λ1·Sx（2）平面网格状测试时，相邻点异常的判断值X0=mx-λ3·Sx（3）单排测试(孔中测试)时，相邻点异常的判断值X0=mx-λ2·Sx式中:λ1

、λ2

、λ3——按表取值，当测点布置为网格状时取λ2;当单排布置测点时（如在声测孔中检测）取λ3。统计数的个数n与对应的λ1、λ2、λ3值（3）测试结果处理后的显示1）图示法确定位置根据概率法判断出缺陷点后，再结合工程实际情况定出确实的缺陷范围。最后绘制结构测点图，将缺陷点用阴影勾画出来。也可勾画等声速线并用不同颜色区分，可更直观地显示结构各部位混凝土质量情况。552）混凝土内部空洞尺寸的估算

设空洞位于发射和接收换能器的正中央适用于只有一对可供测试的表面时，按下式估算空洞半径：

56设空洞位于发射和接收换能器连线的任意位置适用于有两对可供测试的表面时。设X=(th-tm)/tm，Y=lh/l，Z=r/l，则可根据X、Y值，表查得Z值，再计算空洞的大致半径r（4）注意事项波幅测量值虽然对缺陷的反映很敏感，但由于受声耦合状态的影响较大，容易产生误判和漏判只有缺陷部位的尺寸大于探头的尺寸时，检测结果才比较准确例子：采用超声法进行构件混凝土密实性检测，经过计算得到的声速数据如下表1所示，请根据表2所提供的λ1值分析判断是否存在异常测点？如果有请将它们一一找出来。测点

声速(km/s)测点声速(km/s)测点声速(km/s)14.5694.55174.5324.47104.49184.6234.45114.46194.5244.49124.23204.2554.63134.32214.3264.54144.49224.5674.57154.48234.4784.48164.51244.45表1表2解：(1)24个测点声速平均值、标准差：n20222426λ11.651.691.731.77N=24，查表2得λ1=1.73∴声速异常值判定值v0=mv-λ1Sv=4.48-1.73×0.10=4.31km/s比较得v12=4.23km/s<v0=4.31km/s，v20=4.25km/s<v0=4.31km/s，故测点12和测点20为异常测点。(2)剔除该2个测点后，继续计算剩余22个测点的声速平均值、标准差：N=22，查表2得λ1=1.69∴声速异常值判定值v0=mv-λ1Sv=4.50-1.69×0.08=4.36km/s比较得v13=4.32km/s<v0=4.36km/s，v21=4.32km/s<v0=4.36km/s，故测点13和测点21为异常测点。(3)剔除该2个测点后，继续计算剩余20个测点的声速平均值、标准差：N=20，查表2得λ1=1.65∴声速异常值判定值v0=mv-λ1Sv=4.52-1.65×0.05=4.44km/s经比较，剩余20个测点的最小声速值vmin=4.45km/s>v0=4.44km/s，故再无异常值。63（三）混凝土结合面质量检测1.测试方法有对测法和斜测法两种，测点布