实验2：超声法检测混凝土内部空洞.doc

PAGE 超声法检测混凝土内部空洞和浅裂缝深度 （一）目的要求 （1）掌握超声法检测混凝土不密实区和空洞的基本原理和方法。 （二）基本原理 采用超声波检测混凝土结构缺陷的基本原理是,利用脉冲波在技术条件相同 (指混凝土的原材料、 配合比、龄期和测试距离一致 )的混凝土中传播的时间 (或速度 )、接收波的振幅和频率等声学参数的相对变化,来判定混凝土的缺陷。由于超声脉冲波传播速度的快慢与混凝土的密实程度有直接关系,对于原材料、 配合比、龄期及测试距离一定的混凝土来说,声速高则混凝土密实,相反则混凝土不密实。 另外，由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，脉冲波在混凝土中传播时，遇着蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰减，其中频率较高的成分衰减更快,因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小或者频率谱中高频成分明显减少。再者经缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。 根据以上原理,可以利用混凝土声学参数测量值和相对变化综合分析、 判别其缺陷的位置和范围,或者估算缺陷的尺寸。 （三）检测设备及材料 （1）CTS-25非金属超声波检测仪； （2）内部有空洞的混凝土构件一块； （3）耦合剂(黄油或凡士林)、卷尺、钢直尺等。 （四）超声法检测混凝土内部空洞 1．超声法检测混凝土内部空洞的基本方法 （1）采用平面对测法进行混凝土内部空洞的检测。 （2）结构被测部位应具有两对平行表面，在两对平行表面被测部位分别画出网格，并逐点编号。 图1-1-19 平面对测法换能器布置示意图 （3）表面处理。超声测点处表面必须平整、干净。对于不符合测试条件的需要进行打磨等必要的处理。 （4）分别在两对互相平行的表面上定出相对应测点的位置，可采用一对厚度振动式换能器，然后将T、R换能器分别涂上藕合剂后置于对应测点上，逐点读取相应的声时、波幅、频率和测距。 2．数据处理及判定 由于混凝土本身的不均匀性即使是没有缺陷的混凝土，测得的声时、波幅等声学参数值也会在一定范围波动，更何况混凝土的原材料品种、用量及混凝土的湿度和测距等因素都不同程度的影响着声学参数值。因此，不可能确定一个固定的临界指标作为判断缺陷的标准，一般都利用统计方法进行判别。 统计学方法的基本思想在于，给定一置信概率（如0.99或0.95），并确定一个相应的置信范围（如mX土λ1·SX），凡超过这个范围的观测值，就认为它是由于观测失误或者是被测对象性质改变所造成的异常值。如果在一系列观测值中混有异常值，必然歪曲试验结果，为了能真实地反映被测对象，应剔除测试数据中的异常值。 对于超声测缺技术来讲，认为一般正常混凝土的质量服从正态分布，在测试条件基本一致，且无其他因素影响的条件下，其声速、频率和波幅观测值也基本属于正态分布。在一系列观测数据中，凡属于混凝土本身质量的不均匀性或测试中的随机误差带来的数值波动，都应服从统计规律，在给定的置信范围以内。当某些观测值超过了置信范围，可以判断它是属于异常值。 在超声检测中，凡遇着读数异常的测点，一般都要检查其表面是否平整、干净或是否存在别的干扰因素，必要时还要加密测点进行重复测试。因此，应该说不存在观测失误的问题，出现的异常测值，必然是混凝土本身性质改变所致。这就是利用统汁学方法判定混凝土内部存在不密实和空洞的基本思想。 （1）混凝土声学参数的统计计算 混凝土构件的同一测试部位声学参数的平均值和标准差应分别按下式计算： （1） （2） 式中 、—分别代表某一声学参数的平均值和标准差；—第点某一声学参数的测量值；—参与统计的测点数。 （2）异常值的判别方法 ①将测区各测点的波幅（AI）、频率（fi）或由声时换算成的声速（vi）按大小顺序排列为x1≥x2≥x3……≥xn≥xn+1……，视排于后面明显小的数据视为异常值，将异常值中最大的一个连同其前面的数据按式（1）和式（2）进行平均值（mx）和标准差（Sx）的计算。 ②以为异常值的判断值，当参与统计的异常值的最大值xn小于x0时，则xn及排列于其后的参数值均为异常值。并且去掉xn，再用x1～xn-1进行计算和判断，直至判断不出异常值为止。若xn＞x。，说明xn是正常值，应将xn+1重新进行计算和判别，依次类推，直至判别不出异常值为止。其中λ1为异常值判定系数，按表1-1-8取值。 ③在某些异常测点附近，可能存在处于缺陷边缘的测点，为了提高缺陷范围判定的准确性，可对异常值相邻点进行的判别。 按计算异常值的判断值，进一步判别异常值（值见表1-1-8）。 （3）混凝土内部空洞尺寸的估算 设检测距离为，空洞中心（在一对测试面