1、 DB21 辽 宁 省 地 方 标 准 DB21/T 3179 2019 基于声波层析成像的桥梁混凝土 质量 检测技术规程 Technical Regulation of Acoustic Computed Tomography in Bridge Concrete Quality Inspection 2019 - 09 - 30 发布 2019 - 10 - 30 实施 辽宁省 市场 监督 管理 局 发布 ICS 93.080.99 R 04 辽宁省地方标准 基于声波层析成像的桥梁混凝土质量检测 技术规程 Technical regulation of Acoustic Computed
2、Tomography in Bridge Concrete Quality Inspection 主编单位： 辽宁省交通运输 事业发展中心 辽宁省交通规划设计院有限责任公司（公路桥梁诊治技术交通运输行业 研发中心） 辽宁省高速公路运营管理有限责任公 司 辽宁省交通建设管理有限责任公司 DB21/T 31792019 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和 符号 . 1 4 总则 . 4 5 检测设备 . 4 6 现场检测技术要求 . 5 7 数据处理技术要求 . 9 8 检测结果 . 9 附录 A（规范性附录） 混凝土桥梁质量检测 . 12 附录
3、B（规范性附录） 声波层析成像法检测流程图 . 13 附录 C（ 资料性 附录） 波速 -强度曲线 . 14 附录 D（资料 性附录） 观测排列完备性评价 . 15 附录 E（资料 性附录） 声波层析成像法检测现场记录表 . 16 附录 F（资料 性附录） 混凝土质量检测结果表 . 17 附录 G（规范性附录） 用词说明 . 18 DB21/T 31792019 II 前 言 本标准按照 GB/T1.1-2009 给出的规则起草 。 本规程 由辽宁省交通运输厅提出并归口。 本规程主编单位： 辽宁省交通运输事业发展中心 、 辽宁省交通规划设计院有限责任公司 （公路桥梁 诊治技术交通运输行业研发中
4、心） 本规程参编单位： 辽宁省高速公路运营管理有限责任公司 、 辽宁省交通建设管理有限责任公司 本规程主要起草人员： 张冠华、王超、王佳伟、韩基刚、王秋实、李万德、宋捷、王凯、张潇、 李文全、齐璐、鲁薇薇、武旭娟、王亮、李刚、鄂宇辉、 白杨、 邵传恒、 王鑫、陈晓峰 DB21/T 31792019 1 基于声波层析成像的桥梁混凝土质量检测技术规程 1 范围 本规程规定了 声 波层析成像法混凝土质量无损检测的适用范围、检测设备技术要求、 声 波参数测量 方法、 混凝土质量 评价 。 本规程适用于辽宁省新建、在役 公路工程中的混凝土质量检测、混凝土结构或构件病害的 诊断。 2 规范性引用文件 下列
5、文件对本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 50082 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 GB/T 50164 混凝土质量控制标准 GB/T 50476 混凝土结构耐久性设计规范 JGJ/T 152 混凝土中钢筋检测技术规程 JGJ/T 193 混凝土耐久性检验评定标准 3 术语和符号 3.1 术语 3.1.1 声波层析成像法 elastic wave computed tomography method 通过声波穿透混凝土检测对象并接收声波信号，对所得到的信息进行反
6、演计算，重建被测范围内混 凝土声波参数分布规律的图像，从而判定混凝土强度、密实性及缺陷的一种物探反演解释方法。声波层 析成像法使用的声波频率在 20Hz-10kHz。 3.1.2 质量检测 quality inspection 对混凝土的强度 、密实性 及缺陷进行检测。 3.1.3 混凝土波速 wave velocity 声波在混凝土中单位时间内传播的距离。 3.1.4 DB21/T 31792019 2 射线 ray 声波传播的路径，从激发点到接收点所连接的直线。 3.1.5 单元 element 检测剖面中的最小单位，大小取决于测点之间的最小距离，常为矩形或三角形。 3.1.6 网格 gr
7、id 单元边界纵横相交组成的网格。 3.1.7 射线密度 ray density 经过同一单元的射线数量。 3.1.8 正交性 orthogonality 经过同一单元的所有射线中，任意 2 条射线交角的最大正弦值。 3.1.9 测区 testing zone 按检测方案设计布置的，有一个或若干个测点的区域。 3.1.10 测点 testing point 在测区内，取得检测数据的检测点。 3.1.11 观测排列 arrangement 激发点与接收点相互位置确定的一种测区布置方式。 3.1.12 表面层析成像法 surface computer tomography method 激发点与接
8、收点都布置在被测体的同一面，用以检测测区 1/4 波长厚度内的混凝土质量。 3.1.13 截面层析成像法 cross section computer tomography method 激发点与接收点布置在一个横穿被测物的截面上，用以检测测区结构内部的混凝土质量和复合结构 DB21/T 31792019 3 的结合情况。 3.1.14 平均波速 average velocity 检测区域内各单元波速的算数平均值，表征测区内混凝土的平均强度与密实性。 3.1.15 波速离散度 wave velocity dispersion 波速均方差与平均波速的比值。 3.1.16 混凝土缺陷 defect
9、 zone 混凝土 缺陷是指混凝土中强度低、不密实的区域，表现为低波速异常。将波速值低于标准值 70%的 区域界定为缺陷。 3.1.17 最大缺陷尺度 maximum defect scale 最大缺陷尺度是指缺陷连续分布的最大面积。 3.1.18 合格面积率 qualified area ratio 强度达到设计标准的面积所占的比率。 3.1.19 工程项目的波速 -强度曲线 wave velocity-intensity curve of the project 由混凝土构件相同材料、成型养护工艺配置的混凝土试件，通过试验所建立的波速 -强度曲线。 3.1.20 区域的波速 -强度曲线 r
10、egional wave velocity-intensity curve 由本地区有代表性的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件，通过试验所建立的波速 -强度曲线。 3.1.21 全国的波速 -强度曲线 national wave velocity-intensity curve 由全国有代表性的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件，通过试验所建立的波速 -强度曲线。 3.2 符号 下列符号适用于本文件 ： DB21/T 31792019 4 Va 平均波速； Vj 网格内单元位置的波速； M 网格内单元总数； Rb 波速离散度； 标准差； Rs 合格面积率； Sn 达到标准值以上的单元所占的面
11、积； Sm 网格总面积； V 直接量测的钢筋混凝土构件波速值； Vc 可在波强曲线中得到对应强度的混凝土波速换算值； Vst 钢筋波速； 钢筋在混凝土中所占体积比。 4 总则 4.1 为了规范声波层析成像法在混凝土质量无损检测中的正确应用，保证检测结果的可靠性和提高检测 结果与其他方法结果的可比性，制定本规程 。 4.2 采用声波层析成像法检测混凝土质量，除应符合本规程外，尚应符合国家现行有关标准的规定。 5 检测设备 5.1 技术要求 5.1.1 检测设备应配置高分辨数值采集器、检波器、震源和处理软件。 5.1.2 高分辨数值采集器应符合下列规定： （ 1） 具有参数设置、采集、储存、重放、
12、显示、放大的功能； （ 2） 最小采样时间间隔应不大于 1s； （ 3） 动态范围不宜小于 16 位； （ 4） 仪器通道数不宜少于 32 通道； （ 5） 最大记录长度不宜小于 4096 样点 /通道； （ 6） 电源电压波动范围在标称值 10%的情况下能正常工作； （ 7） 具有通过锤击震源或震源枪激发后接收声波的能力； （ 8） 具有制造厂的产品合格证及计量单位出具的检定证书。 5.1.3 检波器应符合下列规定： （ 1） 频带宽宜采用 20Hz 16kHz，可采用磁吸、粘接与混凝土接触； （ 2） 实测频带与标称频率相差应在 10%范围内。 5.1.4 震源应符合下列规定： （ 1）
13、震源激发的声波频率应在 20Hz 10kHz 范围内； （ 2） 震源激发的冲击力宜不小于 500N。 DB21/T 31792019 5 5.1.5 处理软件应符合下列规定 ： （ 1） 具有测点坐标编排的功能； （ 2） 具有计算各单元内射线的正交性与射线密度的功能； （ 3） 具有波形显示、初时校正、走时读取、网格设计、波速反演等功能。 5.2 检测设备的计量检定 5.2.1 检测设备具有下列情况之一时，应经过计量单位检定通过后方可使用： （ 1） 新购置的检测设备启用前； （ 2） 检测设备超过检定有效期限； （ 3） 检测设备遭受严重撞击或其它损害。 5.3 检测设备维护 5.3.1
14、 检测设备应按下列方式进行维护： （ 1） 检测设备每月应通电一次，每次不少于 1 小时； （ 2） 检测设备需存放于通风、阴凉、干燥处，无论存放或工作，均需防尘； （ 3） 在搬运过程中必须防止碰撞或剧烈振动； （ 4） 检波器的耦合面应避免磨损。 6 现场检测技术要求 6.1 一般规定 6.1.1 检测前应进行下列准备工作： （ 1） 调查、收集检测项目的相关资料； （ 2） 制定检测方案； （ 3） 核查检测设备状态； 6.1.2 调查、收集的资料宜包括下列内容： （ 1） 工程名称及设计、施工、监理和建设单位名称； （ 2） 检测目的与要求； （ 3） 混凝土原料品种和规格； （ 4）
15、 混凝土浇筑和养护情况； （ 5） 混凝土结构或构件的尺寸、设计强度和配筋施工图。 6.1.3 检测方案应根据实际被测对象进行制定， 包括下列主要内容： （ 1） 工程概况、结构构件设计及施工情况； （ 2） 检测依据、目的及委托方要求； （ 3） 检测人员及仪器设备； （ 4） 测区划分、测点布置。 DB21/T 31792019 6 （ 5） 测试方法、步骤、数量、位置及进度； （ 6） 其他配合工作。 6.1.4 检测部位混凝土表面应清洁、平整。 6.1.5 检测中出现可疑数据时应及时查找原因， 应对其复测或加密检测；当仍不能确定时，可取芯验 证 。 6.1.6 进行混凝土质量检测时，现
16、场检测应符合下列规定： （ 1） 测区的范围应不小于目标检测区域； （ 2） 每个测区的测点，宜按等间距网格状布置； （ 3） 应标明测点的编号和位置； （ 4） 检波器应与混凝土检测表面保持紧密贴合； （ 5） 布置好检波器后，应用震源按顺序依次敲击激发点； （ 6） 现场记录表宜按本规程附录 C 填写。 6.2 检测方案 6.2.1 根据检测目的和现场检测条件，可选择表面层析成像法、截面层析成像法两种检测方法。表面 层析成像法，测区应布置在同一可测面上；截面层析成像法，测区应布置在结构或构件的横截面上。 6.2.2 为得到可靠的检测结果，观测排列应符合附录 D 的完备性评价技术要求。 6.
17、2.3 根据检测目的和现场检测条件，检测方案中的测点分布宜采用以下几种形式： （ 1） 若测区用一个排列能够覆盖，首选 L 型排列，即接收点等间距布置在测区的相邻两边，呈 L 形；激发点等间距布置测区的另外两边，也呈 L 型。测点布置呈封闭状。在表面层析成像和截面层析成 像检测中都可采用。 L 型排列布置如图 6.1 所示。 （ 2） 若测区较长，布置单个排列不能覆盖，应设计多排列组合进行检测。从一端开始布置排列直 至布满测区，两个排列中间应该有交叠部分，重复布置等同测区宽度的测点。其测区布置如图 6.2 所示。 （ 3） 当受检测现场条件所限，截面层析成像检测无法采用 L 型排列时，可采用一
18、字型排列，其测 区布置如图 6.3 所示。 （ 4） 若测区边界为圆形，可采用圆型排列，其测区布置如图 6.4 所示。即接收点沿圆边界等间距 布置，激发点也沿圆边界布置。 DB21/T 31792019 7 （ a） 表面层析成像检测布置 示意图 （ b）截面层析成像检测布置示意图 图 6.1 L 型排列布置示意图 DB21/T 31792019 8 图 6.2 表面层析成像检测组合排列布置示意图 图 6.3 截面层析成像检测一字型排列布置示意图 DB21/T 31792019 9 图 6.4 圆 型排列布置 示意图 1 圆柱形混凝土构件； 2 初始震源激发点，按顺时针顺序激发； 3 测区；
19、4 初始检波器接收点，按顺时针顺序排列； 5 采集器 （单位： m） 7 数据处理技术要求 7.1 一般规定 7.1.1 数据处理前应对射线走时进行检验，舍去走时长度小于 100 个采样时间间隔的射线，作为无效 射线。 7.1.2 数据处理前校验有效射线的总数是否大于单元总数 。 7.1.3 根据有效射线，计算射线的正交性和射线密度 。 7.2 数据处理流程与要求 7.2.1 数据处理应符合下列规定： （ 1） 进行初始时间校正，确定声波出发的准确时间； （ 2） 当自动走时读取所对应的 位置与直达波前言有差异时，应手动读取走时； （ 3） 自动进行射线追踪，形成走时方程； （ 4） 可采用
20、联合代数迭代 法进行波速反演。 8 检测结果 DB21/T 31792019 10 8.1 一般规定 8.1.1 检测可获得测区混凝土的波速分布，用波速评价混凝土强度，可对比波速 -强度曲线。波速 -强 度曲线有全国的、区域的、工程项目的。 8.1.2 工程检测中，三种波速 -强度曲线选取的优先顺序是：工程项目的波速 -强度曲线、区域的波速 - 强度曲线、全国的波速 -强度曲线。 8.2 用波速评价混凝土质量的方法 8.2.1 用波速评价混凝土质量的流程如下： （ 1） 声波层析成像检测得到测区混凝土波速分布图像； （ 2） 根据混凝土设计强度和选取的波速 -强度曲线，确定标准波速值，作为混凝
21、土质量评价的依据。 目前国内应用的参考波速 -强度曲线见附录 E； （ 3） 波速在标准值以上的区域为合格区，不到标准值 80%的区域称为低速异常区； （ 4） 根据射线密度与正交性分布，若检测区域只有部分满足完备性要求，那么只对满足要求的区 域进行解释，不满足的区域只做参考。 8.3 混凝土质量评价的参考统计指标 8.3.1 用波速评价混凝土质量需要选取统计指标，选取平均波速、波速离散度、合格面积率作为评价 的参考定量指标。 8.3.2 混凝土的平均波速 Va 计算公式如下： = 1 =1 （式 8.1） 式中： Va- 混凝土的平均波速 （ m/s） ； Vj- 网格内单元位置 的波速 (
22、m/s)； M- 网格 内 单元 总数。 8.3.3 波速离散度由式 6.2 计算，均匀混凝土的离散度宜小于 10%。 = （ 式 8.2） = (Vj Va) 2Mj=1 M （式 8.3） 式中： Rb- 波速离散度； -标准差 。 8.3.4 合格面积比率达到或超过 80%时，可判定混凝土强度达到标准值。合格面积率 Rs 应按下列公式 计算： = （式 8.4） 式中： Rs- 合格面积率 （ %） ； Sn- 达到标准值以上的单元所占的面积 (m2)； Sm- 网格总面积 (m2)； DB21/T 31792019 11 8.3.5 最大缺陷尺度是混凝土质量评价的参数之一，最大缺陷尺度
23、应不宜超过检测面积的 5%。 8.3.6 钢筋的波速 Vst（ 5700m/s）高于混凝土波速。若在钢筋密集处，可对钢筋的影响予以消除。 = 1 （式 8.5） 式中： V - 直接量测的 钢筋混凝土 构件波速值 （ m/s） ； Vc - 可在波强曲线中得到对应强度的混凝土波速换算值 （ m/s） ； Vst- 钢筋波速 （ m/s） ； - 钢筋在混凝土中所占的体积比 （ %） 。 钢筋在混凝土中所占的体积比 可根据钢筋构造图投影得到。当钢筋体积比 小于 5%时，波速 可不 必修正 。 8.4 检 测报告 8.4.1 检测工作完成应出具检测报告，宜包括下列主要内容： （ 1） 委托单位名称
24、； （ 2） 工程概况：工程位置、结构类型、设计参数； （ 3） 检测目的：检测关注的主要问题、混凝土结构质量、缺陷和损伤； （ 4） 检测布置方案：测点间距、排列布置方式； （ 5） 波速图像与解释：包括平均波速、离散度、缺陷位置等分析解释，可参考附录 F 混凝土质量 检测结果表； （ 6） 报告宜包含：检测方案布置图、射线密度与正交性分布图、测区波速分布图、缺陷分布图； （ 7） 检测日期，报告完成日期； （ 8） 检测结论。 DB21/T 31792019 12 附录 A （规范性附录） 混凝土桥梁质量检测 A.1 一般规定 A.1.1 本方法适用于 矩形梁 、箱梁、 T 形 梁、 工字
25、梁、槽形梁 等混凝土 结构构件 质量检测。 A.2 现场检测方法 A.2.1 检测方案 设 计根据检测要求可以 采用截面 层析成像检测和 表面 层析成像 检测， 宜两者 相结合， 测区 的布置 一般 采用 L 型、 一字型 。设计 检测方案 时应注意以下几点： （ 1） 检测范围应覆盖混凝土表面或有怀疑的部位，其中包括混凝土 结构内部、 底部、顶面、侧面。 （ 2） 检测板型混凝土 可采用 表面层析成像检测，检测柱形混凝土 可采用 截面层析成像检测，首选 L 型 检测方案 。 （ 3） 测点的间距视结构或构件尺寸和 评价要求 情况而定， 宜 控制在 0.1-0.5m 之内 。检测精度由测 点
26、间距确定。 （ 4） 确保混凝土龄期已到或已过，若龄期未到，计算结果宜作参考。 DB21/T 31792019 13 附录 B （规范性附录） 声波层析成像法检测流程图 B.1 声波层析成像法检测流程，如图 B.1 所示： 图 B.1 声波层析成像法检测混凝土质量流程图 1 接收 检测委托 2 收集相关资料 3 编制检测方案 4 完备性评价 5 检测前 准备工作 6 现场数据采集 7 检测数据分析与处理 8 混凝土质量评价 9 提交检测报告 通过 未通过 DB21/T 31792019 14 附录 C （资料性附录） 声波层析成像法检测现场记录表 表 C.1 声波层析成像法检测 现场记录表 检
27、测记录编号： 第 页 共 页 工程名称 委托单位 检测单位 检测日期 检测仪器 检测人员 混凝土 强度等级 混凝土龄期 结构或构件类型 结构位置或构 件编号 测区布置示意图 备注： 检测： 复核： DB21/T 31792019 15 附录 D （资料性附录） 观测排列完备性评价 D.1 为得到可靠的检测结果，必须满足如下完备性评价技术要求： （ 1） 接收点间距和激发点间距应该相等，不宜大于 50cm； （ 2） 观测排列的射线总数应大于网格节点总数，网格图 D.1 如所示； （ 3） 观测排列中网格的射线密度应大于 15，射线密度图 D.2 如所示； （ 4） 观测排列中各网格的射线正交性
28、应大于 0.98，射线正交性图如图 D.3 所示 。 D.2 可通过缩小测点间距或增加观测排列改善观测排列的完备性 。 D.3 如观测排列不满足完备性评价的要求 ， 其检测 结果可靠性差。 图 D.1 网格划分与单元分布 图 D.2 射线密度图 图 D.3 射线正交性图 DB21/T 31792019 16 附录 E （资料性附录） 波速 -强度曲线 E.1 一般规定 不同地区、工程的混凝土波速与强度对应关系因混凝土用料不同，稍有不同。宜取相同材料、成型 养护工艺配置的试块建立相应的波速 -强度曲线。 E.2 波速与弹性模量的关系： = +2 （式 B.1） 式中： Vp - 混凝土的纵波速度
29、； - 拉梅常数； - 剪切模量 ； - 混凝土的密度。 E.3 波速与抗压强度的关系 混凝土结构无损检测与故障处理及修复加固技术手册中，给出了较系统的波速 -强度实验数据， 具有参考价值，如表 C.1 所示。 表 C.1. 混凝土波速与强度的实验结果对照表 混凝土 强度 等级 轴心抗压强度 标准值（ MPa） 轴心抗压强度 设计值（ MPa） 弹性模量 （ GPa） 纵波速度 （ km/s） C25 16.70 11.50 28.00 3.30 C30 20.10 13.80 30.00 3.70 C35 23.40 16.10 31.50 3.90 C40 26.80 18.40 32.5
30、0 4.05 C45 29.60 20.50 33.50 4.20 C50 32.40 22.40 34.50 4.30 C55 35.50 24.40 35.50 4.40 C60 38.50 26.50 36.00 4.50 DB21/T 31792019 17 附 录 F （资料性附录） 混凝土质量检测结果表 表 F.1 混凝土质量 检测结果 表 结构位置或构件编号： 龄期 速度分布云图 波速分布直方图 平均波速（ m/s） 离散度 强度分布云图 面积统计 结论： DB21/T 31792019 18 附 录 G （规范性附录） 用词说明 1 为便于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下： （ 1） 表示很严格，非这样做不可的： （ 2） 正面词采用“必须”；反面词采用“严禁”。 （ 3） 表示严格，在正常情况下均应这样做的： （ 4） 正面词采用“应”；反面词采用“不应”或“不得”。 （ 5） 表示允许稍有选择，在条件许可时首先这样做的： （ 6） 正面词采用“宜”；反面词采用“不宜”。 （ 7） 表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。 2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合的规定”或“应按执行”。 _
