【正文】 0)mm的測(cè)距同步移動(dòng)，讀取各深度的聲時(shí)、波幅等讀數(shù)，繪制深度 波幅以及深度 聲時(shí)曲線，如圖 25(C)所示。 裂縫雙面斜測(cè)： ?單面平測(cè)法的前提條件是超聲波繞過(guò)裂縫尖端傳播。 TT4 T3 T1T2 R1 R2 R3 R4R1 R2 R3 R4L1L2L3L4L1L2L3L4? 在跨縫和不跨縫處均布置等間距測(cè)點(diǎn)，跨縫檢測(cè)時(shí)測(cè)點(diǎn)應(yīng)在裂縫兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布，將不跨縫處測(cè)點(diǎn)聲時(shí)讀數(shù)作圖，取其斜率為不跨縫處聲速。 ? ⑶水分：水分填充了混凝土中的孔隙，混凝土孔隙中的空氣被水取代，由于水的超聲波速度和阻抗比空氣大得多，和空氣相比，超聲波在水中傳播的速度大，衰減小，因此如果混凝土中的缺陷被水分填充，將會(huì)造成超聲傳播的“水短路”，導(dǎo)致缺陷判別的困難。較少采用。 ? ③平測(cè)法：當(dāng)被測(cè)部位僅有一個(gè)測(cè)試面時(shí)，采用此方法，即發(fā)射、接收探頭位于同一個(gè)測(cè)試面，此時(shí)一般必須將兩個(gè)探頭的間距進(jìn)行等距離變化測(cè)得一組數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)點(diǎn)間距與聲時(shí)的線性關(guān)系變化來(lái)進(jìn)行判斷。異常值判定值的大小與測(cè)點(diǎn)數(shù)有關(guān)，也與被測(cè)混凝土本身的質(zhì)量波動(dòng) (標(biāo)準(zhǔn)差 )有關(guān)。 ?超聲波在混凝土缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用，主要依據(jù)是 《 超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程 》(CECS 21:2021)，主要應(yīng)用在：孔洞、疏松等內(nèi)部缺陷檢測(cè)、新舊混凝土結(jié)合面質(zhì)量檢測(cè)、裂縫深度檢測(cè)、表面損傷層深度檢測(cè)、鋼管混凝土質(zhì)量檢測(cè)、聲波透射法檢測(cè)混凝土灌注樁樁身完整性等。 ? 另外，還有一種異常情況即波形很正常，其基本特征與正?；炷敛ㄐ晤?lèi)似，唯一的問(wèn)題是聲速偏低，如在 3000m/s～ 3500m/s左右，而波形甚至比混凝土中還飽滿，首波幅度很高。 混凝土波形特征 ? 正?；炷恋奶卣鞑ㄐ巍? 柱狀徑向探頭聲時(shí)初讀數(shù)測(cè)量原理 ?對(duì)于柱狀徑向探頭，由于無(wú)法直接和標(biāo)準(zhǔn)棒耦合，則通過(guò)測(cè)量不同測(cè)距下水中聲時(shí)的辦法來(lái)計(jì)算初讀數(shù)。 ? 通過(guò)調(diào)節(jié)儀器的增益和門(mén)檻電壓來(lái)避免。 ? 當(dāng)首波幅度過(guò)小時(shí)，則其前沿的起始位置不易查找，聲時(shí)判讀值偏大。 ? 根據(jù)所采用的儀器不同，模擬式儀器和數(shù)字式儀器的聲時(shí)測(cè)量方法是不同的，但基本原理是一致的，即都是通過(guò)測(cè)量?jī)x器發(fā)射超聲信號(hào)到接收到超聲信號(hào)首波之間的時(shí)間差來(lái)確定聲時(shí)的。振動(dòng)主要源于搬運(yùn)途中。 %。對(duì)于縱波換能器，平面式換能器一般采用黃油、凡士林等作為耦合劑，徑向式換能器一般采用水作為耦合劑。例如石英晶體就沒(méi)有體積變形壓電效應(yīng)，但具有良好的厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。主要原因是國(guó)產(chǎn)儀器都帶有波形顯示功能，即使是智能儀器也帶有模擬式讀數(shù)、手動(dòng)游標(biāo)等功能，而進(jìn)口儀器很多不帶波形顯示，完全靠?jī)x器自動(dòng)判讀，容易出現(xiàn)丟失首波的問(wèn)題。 三 超聲檢測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介 ? 超聲波應(yīng)用范圍：包括醫(yī)學(xué)、各種探測(cè)等等； ? 醫(yī)學(xué)上采用的超聲儀比較先進(jìn)，現(xiàn)在 B型超聲 (成像顯示 )已經(jīng)普遍得到應(yīng)用； ? 金屬探傷中采用的則是 A型超聲，即反射波顯示型，成像技術(shù)也在研究中。 7 混凝土超聲檢測(cè)特點(diǎn)： ? 由于混凝土由固 液 氣三相組成的具有彈黏塑性的復(fù)合材料，其內(nèi)部存在分布極其復(fù)雜的界面，例如砂漿 石子界面、砂漿 氣孔界面、砂漿 微裂縫界面等等，因此超聲波在混凝土中的傳播情況比均勻介質(zhì)中負(fù)責(zé)得多，因此決定了混凝土超聲檢測(cè)具有如下特點(diǎn)： ? ⑴只能采用低頻超聲波 ? 混凝土中存在多相，相互之間的聲阻抗差異很大 (如砂漿 氣孔界面 )，導(dǎo)致散射衰減嚴(yán)重，散射衰減對(duì)高頻超聲波影響更大，而混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸一般都有幾百 mm甚至幾米，為了超聲波傳播距離足夠長(zhǎng)，必須采用低頻超聲波，一般采用 20kHz～ 300kHz的低頻超聲波。 ? 超聲波在氣體和非均質(zhì)固體中吸收衰減比較大，在液體和均勻固體中吸收衰減較小。 6 超聲波傳播過(guò)程中的能量衰減 ?超聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，其振幅隨傳播距離的增大而逐漸減小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為衰減。 ? ⑵當(dāng)園孔或障礙物尺寸較小，接近于波長(zhǎng)時(shí)，在園孔或障礙物處形成許多子波源，都向園孔另一側(cè)或障礙物表面發(fā)出球面子波，這些子波干涉疊加的結(jié)果使得聲波局部改變方向通過(guò)小孔或繞過(guò)小障礙物繼續(xù)傳播，稱(chēng)為聲波的繞射現(xiàn)象，如下圖所示。超過(guò) N點(diǎn)后，聲壓 p隨距離的增加而明顯減小，稱(chēng)為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。 ? 聲場(chǎng)的狀態(tài)可用聲壓、聲強(qiáng)、聲阻抗等特征量來(lái)描述。 ? b 連續(xù)波：波在傳播過(guò)程中，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)均連續(xù)不斷地振動(dòng)。 ? c 超聲波：振動(dòng)頻率在 20kHz～ 107kHz。 ? c 柱面波：波陣面為同軸圓柱面的波。 ?波線：振動(dòng)傳播的方向。具有切變彈性變形能力的物體，其媒質(zhì)受到剪切力作用的時(shí)候，產(chǎn)生剪切變形，使質(zhì)點(diǎn)沿切線方向振動(dòng)而產(chǎn)生橫波。當(dāng)物體中某一個(gè)質(zhì)點(diǎn)突然獲得一定能量，在其自身的平衡位置產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械振動(dòng)即產(chǎn)生了。 20世紀(jì) 30年代初開(kāi)始有學(xué)者嘗試進(jìn)行混凝土中聲波傳播性質(zhì)的研究，有的采用金屬超聲波探傷儀，有的采用敲擊產(chǎn)生振動(dòng)的方法。 一 混凝土無(wú)損檢測(cè)概述 ? 結(jié)構(gòu)混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)工程應(yīng)用，主要有結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度、缺陷和損傷的診斷測(cè)試，而鋼筋的位置、直徑和保護(hù)層厚度，以及鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量檢測(cè)也得到比較廣泛的應(yīng)用，隨著新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，結(jié)構(gòu)水滲漏、氣密性和保溫性能、鋼筋腐蝕程度的檢測(cè)也日益得到重視。 ? 我國(guó)自 20世紀(jì) 50年代末 60年代初開(kāi)始超聲法檢測(cè)混凝土質(zhì)量技術(shù)的研究和應(yīng)用，先后完成了“超聲波檢測(cè)混凝土缺陷”、“超聲波檢測(cè)混凝土強(qiáng)度”、“超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度”、“超聲波檢測(cè)灌注樁完整性”、“超聲波檢測(cè)鋼管混凝土質(zhì)量”等課題的應(yīng)用研究，目前都具有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程。 2 超聲波的基本知識(shí) ? ⑵ 波的種類(lèi) ? a 縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波稱(chēng)為縱波。表面波的振動(dòng)能量隨著深度的增加而迅速減小，故只能沿著固體表面?zhèn)鞑?。可以看作是由無(wú)限大板狀振源或從無(wú)限遠(yuǎn)處的點(diǎn)狀振源發(fā)出的振動(dòng)波。 ? a 次聲波：振動(dòng)頻率小于 10Hz，人耳聽(tīng)不見(jiàn)。低頻超聲波常常與可聞聲波伴隨在一起。 3 超聲波的物理量 ? ⑴ 基本量： ? 速度：超聲波單位時(shí)間傳播的距離，用 v表示，單位 m/s； ? 頻率：等于超聲波傳播介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率，用 f表示，單位赫茲 Hz； ? 周期：在超聲波傳播介質(zhì)中，相鄰兩個(gè)同相位質(zhì)點(diǎn)間波傳播的時(shí)間間隔，用 T表示，單位秒 s。 c是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度， ρv在聲學(xué)之中稱(chēng)為聲阻抗，用 Z表示。 4 聲波在介質(zhì)中的傳播特性 ? 一般把超聲波在混凝土中的傳播路徑看成直線。 ? 當(dāng)超聲波垂直于媒質(zhì)界面入射時(shí)，通常在界面產(chǎn)生兩部分超聲波：一為反射波，一為透射波。另一方面，可利用衰減大小判斷混凝土的質(zhì)量狀況 (聲波透射法測(cè)樁時(shí)常用 )。當(dāng)超聲波進(jìn)入混凝土后，在砂漿中沿直線傳播，當(dāng)遇到石子后，波長(zhǎng)比石子小的高頻脈沖被反射，一部分折射進(jìn)入石子 (改變傳播方向 )，到石子 砂漿邊界又折射進(jìn)入砂漿；波長(zhǎng)比石子尺寸大的低頻超聲脈沖則繞過(guò)石子繼續(xù)傳播。 ～ 90176。 1 超聲檢測(cè)儀 ? 超聲檢測(cè)儀器的發(fā)展經(jīng)歷：電子管、晶體管、大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)等四代。 ?通過(guò)“壓電效應(yīng)”可以達(dá)到這個(gè)目的。常用的材料是壓電陶瓷復(fù)合材料，如鈦酸鋇 (BaTiO3)、鈦酸鉛 (PbTiO2)、鋯鈦酸鉛(PbZrO2PbTiO2)、偏鈮酸鉛 (PbNb2O6)等。空氣中的聲速主要受溫度變化的影響。 ? 超聲儀的保養(yǎng)需要注意以下幾點(diǎn)： ? ⑴作為電子設(shè)備，避潮、避塵是最基本的要求。注意 CTS25型儀器具有交、直流兩種電源供電方式，當(dāng)采用直流供電 (電瓶 )時(shí)，應(yīng)注意電源的極性，切忌反接，反接則造成儀器的供電部分燒毀，從而造成儀器不能使用。 ? 模擬式儀器超聲信號(hào)基本特征 手動(dòng)游標(biāo)判讀聲時(shí)的位置 掃描基線手動(dòng)游標(biāo)首波前沿游標(biāo)切首波前沿 ? 圖中游標(biāo)的位置比較靠前，屬于剛剛碰到首波前沿的情況，實(shí)際上在檢測(cè)中較少采用這種方法。 ⑵ 數(shù)字式、智能化儀器的聲時(shí)測(cè)量注意事項(xiàng) ?數(shù)字式儀器以及智能化儀器都是根據(jù)超聲信號(hào)波形上的一些普遍規(guī)律進(jìn)行聲時(shí)自動(dòng)判讀的，這種普遍規(guī)律即超聲信號(hào)都具有一個(gè)比較陡峭的前沿，因此儀器設(shè)置了一個(gè)比較小的電壓稱(chēng)為“門(mén)檻電壓”，即讀數(shù)的門(mén)檻，也叫閾值，其意義是當(dāng)信號(hào)幅度超過(guò)該幅值時(shí)，則認(rèn)為是信號(hào)首波，儀器測(cè)讀其位置，相當(dāng)于儀器自動(dòng)把“游標(biāo)”調(diào)整到首波。 ? 為精確測(cè)量聲時(shí)值，則必須扣除 t0。超聲幅度除了與超聲波在混凝土中的衰減有關(guān)外，還與換能器與混凝土測(cè)試面之間的耦合狀況有關(guān)。 t1 t2t3 t4t5? 正常混凝土的特征波形 ?異?；炷敛ㄐ纬霈F(xiàn)畸變，特征：①首波前沿平緩；②首波幅度較低，有的甚至淹沒(méi)在背景噪聲中；③波形不飽滿，有時(shí)不能呈正弦波特征；④頻率很低，大大低于發(fā)射波頻率；⑤通過(guò)聲時(shí)計(jì)算得到的聲速通常大大低于 4000m/s～ 5000m/s。 ? 總的來(lái)說(shuō)，超聲檢測(cè)混凝土缺陷目前基本上停留在半定性的階段，尚不能很好地區(qū)分缺陷類(lèi)型，需要結(jié)合工程實(shí)際來(lái)判斷。同時(shí)，超聲波的這種特性也是用來(lái)檢測(cè)混凝土表層損傷深度、裂縫深度等的一個(gè)依據(jù)。 ? 2 基本方法 ? 根據(jù)構(gòu)件的幾何外形、大小以及現(xiàn)場(chǎng)條件 (所能布置的檢測(cè)面 )、測(cè)試面狀況、缺陷類(lèi)型等，選擇不同的測(cè)試方法。灌注樁中預(yù)埋 2根以上聲測(cè)管，采用柱狀徑向振動(dòng)式換能器進(jìn)行檢測(cè)是目前常規(guī)檢測(cè)方法之一。 3 超聲檢測(cè)影響因素 ? ⑴ 耦合狀態(tài)：所謂“耦合”，是指讓超聲波探頭和被測(cè)混凝土表面密切接觸，盡量避免能量損失。 hcl39。有個(gè)比較簡(jiǎn)便的近似關(guān)系是，首波反相的臨界點(diǎn)測(cè)距 l’=2hc，也有觀點(diǎn)認(rèn)為裂縫較深的時(shí)候 l’=hc。如下圖所示。不密實(shí)區(qū)和空洞檢測(cè)要求檢測(cè)部位必須具有一對(duì)或兩對(duì)相互平行的測(cè)試面。鉆孔間距也不得大于 3m，孔徑要比換能器直徑大 5mm～ 10mm，孔中注滿清水。 ? 對(duì)于缺陷的判斷，主要是采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為超聲參數(shù)符合正態(tài)分布，將各測(cè)點(diǎn)的波幅、聲速或主頻值等超聲參數(shù) Xi由大到小按順序排列，將排在后面的明顯小的數(shù)據(jù)視為可疑，再將這些可疑數(shù)據(jù)中最大的一個(gè) Xn其前面的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差，并按下式計(jì)算異常情況判斷值： X0=mxλ1 ?可以根據(jù)結(jié)合面形狀選擇對(duì)測(cè)法和斜測(cè)法，如下圖所示。也有方形截面的鋼管混凝土。 謝謝大家！