CECS 21：90超声法检测混凝土缺陷技术规程

中国工程建设标准化协会标准

超声法检测混凝土

缺陷技术规程

CECS21∶90

主编单位: 陕西省建筑科学研究设计院

上海同济大学

批准单位: 中国工程建设标准化协会

批准日期: 1990年9月10日

1991北京

前言

超声法检测混凝土缺陷是一种检测混凝土强度和缺陷的非破损检验方法,在我国已较为广泛的应用。为了统一检验程序和判定缺陷的方法,提高检验结果的可靠性,原城乡建设环境保护部1986年以(86)城科字第263号文委托陕西省建筑科学研究设计院和同济大学会同有关单位进行本规程的编制工作。1988年新组建的建设部将此项任务转入中国工程建设标准化协会标准计划。

本规程在编制过程中,经过多次征求意见和修改,最后由建筑工程标准研究中心组织审查定稿。

现批准《超声法检测混凝土缺陷技术规程》为中国工程建设标准化协会标准,编号为CECS21:90,并推荐给工程建设有关单位用于混凝土质量监测和检验。在使用中,如发现需要修改补充之处,请将意见和有关资料寄交西安市环城西路142号陕西省建筑科学研究设计院(邮政编码:710082)。

中国工程建设标准化协会

1990年9月10日

目录

主要符号

第一章总则

第二章超声检测设备

第一节超声检测仪技术要求

第二节换能器的技术要求

第三节检测设备的准备、检验和维护

第三章检测技术

第一节一般规定

第二节声学参数测量

第四章浅裂缝检测

第一节一般规定

第二节测试方法

第三节数据处理及判定

第五章深裂缝检测

第一节一般规定

第二节测试方法

第三节裂缝深度判定

第六章不密实区和空洞检测

第一节一般规定

第二节测试方法

第三节数据处理及判定

第七章混凝土结合面质量检测

第一节一般规定

第二节测试方法

第三节数据处理及判定

第八章表面损伤层检测

第一节一般规定

第二节测试方法

第三节数据处理及判定

第九章匀质性检测

第一节一般规定

第二节测试与计算

附录一用超声仪测量空气声速进行自身校验

附录二径向振动式换能器声时初读数(t0)的测量附录三空洞尺寸估算方法

附录四超声测缺原始记录表

附录五本规程用词说明

附加说明

主要符号

第一章总则

第1.0.1条本规程适用于使用超声法对混凝土和钢筋混凝土进行缺陷检测。

第1.0.2条本规程所定义的超声法系指采用带示波器的低频超声仪,测量超声脉冲纵波在结构混凝土中的传播速度(以下简称声速)、首波幅度(以下简称波幅)和接收信号频率等声学参数,并根据这些参数的相对变化,判定混凝土中的缺陷情况。

第1.0.3条缺陷检测系指对混凝土内部空洞和不密实区的位置及范围、裂缝深度、表面损伤层厚度、不同时间浇筑的混凝土结合面的质量和混凝土匀质性的检测。

第 1.0.4条在按本规程进行缺陷检测时,除应遵守本规程的规定外,尚应符合有关标准的规定。

第二章超声检测设备

第一节超声检测仪技术要求

第2.1.1条超声波检测仪应通过技术鉴定,并具有产品合格证书。

第2.1.2条超声仪应满足下列技术要求:

一、具有波形清晰,显示稳定的示波装置。

二、计时器的最小读数为0.1μs,计时范围0.5～5000μs。

三、数字显示稳定,声时调节在20～30μs范围内,在2h内数字变化应不大于±0.2μs。

四、具有最小分度为1dB的衰减器。

五、接收放大器频响范围10～500kHz,总增益不小于100dB。

六、在温度为-10～+40℃、相对湿度小于或等于90%、电源电压在220V±10%(直流供电电压±5%)的环境下能正常工作。

第二节换能器的技术要求

第2.2.1条根据不同的测试需要,换能器可具备两种类型:

厚度振动方式和径向振动方式。

第2.2.2条换能器的频率宜选用20～250kHz。

第2.2.3条换能器的实测频率相差应不大于±10%。

第三节检测设备的准备、检验和维护

第2.3.1条超声仪在使用前应进行以下准备工作:

一、操作人员熟悉仪器使用说明书,熟练掌握基本操作方法。

二、仪器通电前先进行检查,以保证换能器、电缆线和高频插头连接无误。电源电压应符合仪器要求。

三、仪器通电预热10min后方可使用。

第2.3.2条超声仪检验时应满足以下要求:

一、调节“辉度”、“聚焦”、“扫延”等旋钮,使示波屏上扫描基线清晰稳定。

二、缓慢调节“扫延”旋钮或“游标”脉冲,显示的数字应符合十进制。

三、将发射和接收换能器通过耦合剂与标准棒耦合好,“增益”和“发射电压”保持不变,调节衰减器,使接收波幅度的变化应与衰减值相对应。

四、按“时-距”法测量空气的声速v obs(见附录一),并与公式(2.3.2)计算的空气理论声速v cal相比较,二者的相对误差不应大于0.5%。

第2.3.3条超声仪应按下列规定进行维护:

一、仪器使用完毕后,应切断电源,并将“增益”和“发射电压”旋钮拨向“0”位置。

二、仪器和换能器在使用和搬运过程中,应防止强烈振动,并注意防尘防潮。

三、暂不使用的仪器应存在干燥通风的环境,每隔60d通电2h,以排除机内潮气。

第三章检测技术

第一节一般规定

第3.1.1条检测前应掌握和取得以下有关结构情况的资料:

一、工程和结构名称。

二、混凝土原材料品种和规格。

三、混凝土浇筑和养护情况。

四、结构尺寸和配筋施工图或钢筋隐蔽图。

五、结构外观质量及存在的问题。

第3.1.2条可根据检测要求和结构外观质量,选择对混凝土质量有怀疑的区域(以下简称测区)进行测试。

第3.1.3条测区混凝土表面应清洁、平整,必要时可用砂轮磨平或用高标号快凝砂浆抹平。

第3.1.4条以质量正常的混凝土首波幅度不小于30mm为前提,应选用较高频率的换能器。

第3.1.5条换能器应通过耦合剂与结构表面接触,耦合层中不得夹杂泥砂或空气。

第3.1.6条检测时应采用普测与细测相结合的方法。普测的测点间距宜为200～500mm(平测法例外),对出现可疑数据的区域,应加密布点进行细测。

第二节声学参数测量

第 3.2.1条测量之前应视测试距离(以下简称测距)大小将仪器的发

射电压调在某一档,并以扫描基线不产生明显噪音干扰为前提,将仪器“增益”调至较大位置保持不动。

第3.2.2条声时测量时,应将发射换能器(以下简称T换能器)和接收换能器(以下简称R换能器)分别耦合在测区同一测点对应位置上,用“衰减器”将接收信号首波调至一定高度,再调节游标脉冲,用其前沿对准首波前沿基线弯曲的起始点,读取声时值t i(精确至0.1μs),该测点混凝土声时值应按下式计算:

第3.2.3条波幅测量时,应在保持换能器良好耦合状态下采用下列两种方法之一进行读取:

一、刻度法:将衰减器固定在某一衰减位置,从仪器示波屏上读取首波幅度(格数)。

二、衰减值法:采用衰减器将首波幅度调至一定高度(如5mm或刻度一格),读取衰减器上的dB值。

第3.2.4条频率测量时,应先将游标脉冲调至首波前半个周期的波谷(或波峰),读取声时值t1(μs),再将游标脉冲调至相邻的波谷(或波峰),读取声时值t2(μs),由此即可按下式计算出该点(第i点)第一个周期波的频率f i(精确至0.1kHz)。

第3.2.5条测距可用钢卷尺测量两个换能器之间的距离,测量误差不应大于±1%。

第3.2.6条波形观察时主要观察接收信号的波形是否畸变或包络线的形状,必要时可描绘或拍照。

第四章浅裂缝检测

第一节一般规定

第4.1.1条本章适用于结构混凝土开裂深度小于或等于500mm的裂缝检测。

第4.1.2条需要检测的裂缝中,不得充水或泥浆。

第4.1.3条如有主钢筋穿过裂缝且与T、R换能器的连线大致平行,布置测点时应注意使T、R换能器连线至少与该钢筋轴线相距1.5倍的裂

缝预计深度。

第二节测试方法

第4.2.1条当结构的裂缝部位只有一个可测表面,可采用平测法检测,平测时应在裂缝的被测部位以不同的测距同时按跨缝和不跨缝布置测点进行声时测量,其测量步骤应为:

一、不跨缝声时测量:将T和R换能器置于裂缝同一侧,以两个换能器内边缘间距(l′)等于100、150、200、250mm分别读取声时值(t i),绘制时-距坐标图(见图4.2.1-1)或用统计的方法求出两者的关系式。

每测点超声实际传播的距离应为:

二、跨缝的声时测量:如图(4.2.1-2)所示,将T、R换能

第4.2.2条当结构的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时,可采用斜测法检测。其方法如图4.2.2所示,将T、R换能器分别置于对应测点1、2、3的位置,读取相应声时值t i和波幅值A i及频率值f i。

第五章深裂缝检测

第一节一般规定

第5.1.1条本章适用于大体积混凝土结构中预计深度在500mm以上的裂缝检测。

第5.1.2条被检测结构应满足下列要求:

一、允许在裂缝两旁钻测试孔。

二、裂缝中不得充水或泥浆。

第5.1.3条被测结构上钻取的测试孔应满足下列要求:

一、孔径应比换能器直径大5～10mm。

二、孔深应至少比裂缝预计深度深700mm,经测试如浅于裂缝深度,则应加深钻孔。

三、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。

四、两个对应测试孔的间距宜为2000mm,同一结构的各对应测孔间距应相同。

五、孔中粉末碎屑应清理干净。

六、如图 5.2.2(a)所示,宜在裂缝一侧多钻一个较浅的孔,测试无缝混凝土的声学参数,供对比判别之用。

第二节测试方法

第5.2.1条深裂缝检测应选用频率为20～40kHz的径向振动式换能器,并在其接线上作出等距离标志(一般间隔100～500mm)。

第5.2.2条测试前应为向测试孔中注满清水,然后将T和R换能器分别置于裂缝两侧的对应孔中,以相同高程等间距从上至下同步移动,逐点读取声时、波幅和换能器所处的深度〔见图5.2.2(b)〕。

第三节裂缝深度判定

第5.3.1条以换能器所处深度(d)与对应的波幅值(A)绘制d-A坐标图(如图5.3.1所示),随着换能器位置的下移,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d c。

第六章不密实区和空洞检测

第一节一般规定

第6.1.1条本章适用于结构混凝土局部区域内的不密实和空洞情况检测。

第6.1.2条进行混凝土不密实区和空洞检测时,结构的被测部位及测区应满足以下要求:

一、被测部位应具有一对(或两对)相互平行的测试面。

二、测区的范围应大于有怀疑的区域。

三、在测区布置测点时,应避免T、R换能器的连线与附近的主钢筋轴线平行。

第二节测试方法

第6.2.1条根据被测结构实际情况,可按下列方法之一布置换能器:

一、结构具有两对互相平行的测试面时可采用对测法,其测试方法如图6.2.1-1所示。在测区的两对相互平行的测试面上,分别画间距为200～300mm的网格,并编号确定对应的测点位置。

二、结构中只有一对相互平行的测试面时可采用斜测法。即在测区的两个相互平行的测试面上,分别画出交叉测试的两组测点位置,如图

6.2.1-2所示。

三、当结构的测试距离较大时,为了提高测试灵敏度,可在测区适当位置钻出平行于侧面的测试孔,测孔直径45～50mm,深度视测试需要而定,结构侧面采用厚度振动式换能器,用黄油耦合,测孔中采用径向振孔式换能器,用水耦合,换能器布置如图6.2.1-3所示。

第6.3.3条当测区中某些测点的声时值(或声速值)、波幅值(或频率值)被判为异常值时,可结合异常测点的分布及波形状况确定混凝土内部存在不密实区和空洞的范围。

当判定缺陷是空洞时,估算其尺寸的方法见附录三。

第七章混凝土结合面质量检测

第一节一般规定

第7.1.1条混凝土结合面(简称结合面),系指前后两次浇筑间隔时间大于3h的混凝土之间所形成的接触面,如施工缝、修补加固等。

第7.1.2条混凝土结合面检测时,被测部位及测点的确定应满足以下要求:

一、测试前应查明结合面的位置及走向,以正确确定被测部位及布置测点。

二、结构的被测部位应具有使声波垂直或斜穿结合面的一对平行测试面。

三、所布置的测点应避开平行声波传播方向的主钢筋或预埋铁件。

第二节测试方法

第7.2.1条混凝土结合面质量检测可采用斜测法,可按图7.2.2(a)或7.2.2(b)布置测点。布置测点时应注意以下几点:

一、使测试范围覆盖全部结合面或有怀疑的部位。

二、各对T、R换能器连线的倾斜角及测距应相等。

三、测点的间距视结构尺寸和结合面外观质量情况而定,可控制在100～300mm。

第7.2.2条按布置好的测点(图7.2.2)分别测出各点的声时、波幅和频率值。

第三节数据处理及判定

第7.3.1条某一测区各测点声时、波幅和频率值分别按第6.3.1条和第6.3.2条进行统计和异常值判断。

第7.3.2条当通过结合面的某些测点的数据被判为异常,并查明无其他因素影响时,可判定混凝土结合面在该部位结合不良。

第八章表面损伤层检测

第一节一般规定

第8.1.1条本章适用于因冻害、高温或化学浸蚀等所引起的混凝土表面损伤厚度的检测。

第8.1.2条检测表面损伤厚度时,被测部位和测点的确定应满足以下要求:

一、根据结构的损伤情况和外观质量选取有代表性的部位布置测区。

二、结构被测表面应平整并处于自然干燥状态,且无接缝和饰面层。

三、测点布置时应避免T、R换能器的连线方向与附近主钢筋的轴线平行。

第二节测试方法

第8.2.1条表面损伤层检测宜选用频率较低的厚度振动式换能器(图8.2.1)。

第8.2.2条测试时T换能器应耦合好保持不动,然后将R换能器依次

耦合在测点1、2、3、位置上,如图8.2.1,读取相应的声时值t1、t2、t3,并测量每次R、T换能器之间的距离l1、l2、l3。R换能器每次移动的距离不宜大于100mm,每一测区的测点数不得少于5个。

第8.2.3条当结构的损伤层厚度不均匀时,应适当增加测区数。

第三节数据处理及判定

第8.3.1条以各测点的声时值t i和相应测距值l i绘制“时-距”坐标图,如图8.3.1所示。由图可得到声速改变所形成的拐点,并可按式8.3.1-1和式8.3.1-2计算出损伤层混凝土的声速(v f)和未损伤混凝土的声速(v a)。

第九章匀质性检测

第一节一般规定

第9.1.1条本章适用于结构混凝土各部位的相对匀质性的检测。

第9.1.2条匀质性检测时,被测部位和测点的布置应满足以下要求:

一、被检测的部位应具有相对平行的测试面。

二、测点应在被测部位上均匀布置,测点的间距一般为200～500mm。

三、测点布置时,应避开与声波传播方向相一致的主钢筋。

第二节测试与计算

第9.2.1条每一测点的声时和测距的测量,应按第3.2.2条和第3.2.5条进行。

第9.2.2条各测点的混凝土声速值应按下式计算:

附录一用超声仪测量空气声速

进行自身校验

一、测试步骤:

取常用的厚度振动式(平面式)换能器一对,接于超声仪器上,开机预热10min,将两个换能器的辐射面相互对准,以一定间距放置在空气中,将接收信号尽量放大,依次在间距为50、100、150、200mm调节游标脉冲,使其前沿对准首波前沿,读取相应声时值t1、t2、t3、t n。同时测量空气的温度T a(精确至0.5℃)。

测量时应注意下列事项:

1.两换能器间距的测量误差应不大于±0.5%。

2.换能器宜悬空相对放置(如附图 1.1所示),若置于地

附录二径向振动式换能器声时

初读数(t0)的测量

将两个径向振动式换能器保持其轴线相互平行,置于清水中同一水平高度,逐次调节两个换能器轴线间距,并测量其距离l i和读取相应的声时值t i(测点数不得少于10),用统计方法求出t i和l i之间的回归式。

t=a+bl (附2.1)

式中a、b——待求的回归系数。

“a”便是由仪器和换能器及其高频电缆所产生的初读数部分(t0)。

径向振动式换能器在钻孔中进行对测时,声时初读数应按下式计算:

当采用一只厚度振动式换能器和一只径向振动式换能器进行检测时,声时初读数可取该厚度振动式换能器和该径向振动式换能器的初读数之和的一半。

附录三空洞尺寸估算办法

如附图3.1所示,设检测距离为l,空洞中心(在另一对测试面上,声时最长的测点位置)距一个测试面的垂直距离为l h,声波在空洞附近无缺陷混凝土中传播的时间平均值为m ta,绕空洞传播的时间(空洞处的最大声时)为t h,空洞半径为r。

根据l h/l值和(t h-m ta)/m ta×100%值,可由附表3.1查得空洞半径r与测距l的比值,再计算空洞的大致尺寸r。