CECS 21-1990 超声法检测混凝土缺陷技术规程.pdf

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1、建标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 年 月 日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年以 城科字第 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 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

2、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 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 号陕西省建筑科学研究设计院 邮政编码中国工程建设标准化协会年 月 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

3、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 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 点的接收信号首波的幅度值裂缝深度混凝土损伤层的厚度第 点接收信号第一个周期波的频率超声测试距离平测时发射与接收换能器内边缘之间的

4、距离超声波传播路径从损伤层转到未损伤混凝土时的测距空洞中心距一个测试面的垂直距离空洞附近无缺陷混凝土的测读声时平均值分别为测区混凝土某一声学参数的平均值和标准差分别为测点混凝土声速的平均值和标准差空洞半径空气的温度第 点的测读声时值第 点混凝土的声时值声时初读数过缝平测时第 点的测读声时值在钻孔中测试的声时初读数绕过空洞传播的声时测读值第 点混凝土的声速空气声速计算值空气声速实测值损伤层混凝土的声速未损伤混凝土的声速被测水的声速第 点混凝土的某一声学参数值声学参数异常值的判断值异常值判定系数第一章总则第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条本规程所定义的超声法系指采用带示

5、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条超声波检测仪应通过技术鉴定 并具有产品合格证书第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 计时范围三 数字显示稳定 声时调节在 范

6、围内 在 内数字变化应不大于四 具有最小分度为 的衰减器五 接收放大器频响范围 总增益不小于六 在温度为 相对湿度小于或等于 电源电压在 直流供电电压 的环境下能正常工作第二节换能器的技术要求第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条换能器的频率宜选用第条换能器的实测频率相差应不大于第三节检测设备的准备检验和维护第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 后方可使用第条超声仪检验时应满足以下要求一 调节 辉度 聚焦

7、 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 见附录一 并与公式计算的空气理论声速 相比较 二者的相对误差不应大于式中 温度为 度的空气声速被测空气的温度第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 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 通电以排除机内潮气第

8、三章检测技术第一节一般规定第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条以质量正常的混凝土首波幅度不小于 为前提 应选用较高频率的换能器第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 平测法例外 对出现可疑数据的区域 应加密布点进行

9、细测第二节声学参数测量第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条声时测量时 应将发射换能器 以下简称 换能器 和接收换能器 以下简称 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 读取声时值精确至 该测点混凝土声时值应按下式计算式中 第 点混凝土声时值第 点测读声时值声时初读数 当采用厚度振动式换能器时 可参照仪器使用说明书测得 当采用径向振动式换能器时 可按附录二规定的 时 距 法测得第条波幅测量时

10、 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 如或刻度一格 读取衰减器上的 值第条频率测量时 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 再将游标脉冲调至相邻的波谷 或波峰 读取声时值 由此即可按下式计算出该点第 点 第一个周期波的频率 精确至第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第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条本章适用于结构混凝土开裂深度小于或等于

11、的裂缝检测第条需要检测的裂缝中 不得充水或泥浆第条如有主钢筋穿过裂缝且与 换能器的连线大致平行 布置测点时应注意使 换能器连线至少与该钢筋轴线相攫 倍的裂缝预计深度第二节测试方法第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 和 换能器置于裂缝同一侧 以两个换能器内边缘间距 等于 分别读取声时值 绘制时 距坐标图 见图 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式中 第 点的超声实际传播距离第 点的 换能器内边缘间距时 距 图中 轴的截距或回归所得关系式

12、的常数项二 跨缝的声时测量 如图 所示 将 换能t1 t1 t1 t1l1l3l4l2al1l2l (mm)t ( s)0RTlldcT12 3 4 5R(a)(b)241351 5324图 平测 时 距 图器分别置于以裂缝为轴线的对称两侧 两换能器中心连线垂直于裂缝走向 以 分别读声时值图 绕过裂缝测试图 图 斜测裂缝示意图立面图 平面图第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 所示 将 换能器分别置于对应测点 的位置 读取相应声时值 和波幅值 及频率值第三节数据处理及判定第条平测法的裂缝深度可按下式计算式中 裂缝深度分别代表测距为 时不跨缝 跨缝平测的

13、声时值不跨缝平测时第 次的超声传播距离以不同测距取得的 的平均值作为该裂缝的深度值 如所得的 值大于原测距中任一个 则应把该 攫离的 舍弃后重新计算 值第条斜测法时 如 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在平面方向贯通第五章深裂缝检测第一节一般规定第条本章适用于大体积混凝土结构中预计深度在以上的裂缝检测第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二 孔深应至少比裂缝预计深度深 经测试如浅于裂缝深度 则应加深钻孔三 对应的两个测试

14、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 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 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条深裂缝检测应选用频率为 的径向振动式换能器 并在其接线上作出等距离标志 一般间隔第条测试前应为向测试孔中注满清水 然后将 和CBALl TRlAB020406080100120140孔深d(cm)波 幅 A (mm)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 见图平面图 为比较孔 立面图图 钻孔测裂缝深度

15、第三节裂缝深度判定第条以换能器所处深度 与对应的波幅值 绘制坐标图 如图 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图 坐标图第六章不密实区和空洞检测第一节一般规定第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 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

16、行的测试面时可采用对测法 其测试方法如图 所示 在测区的两对相互平行的测试面上 分别画间距为 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 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 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 换能器布置如图所示R TRT12345354211542315423RR RT平面图 立面图图 对测法换能器布置图图 斜测法换能器布置立面图平面图 立面

17、图图 钻孔测法换能器布置图第条每一测点的声时 波幅 频率和测距的测量 应分别按第 条至第 条的规定进行第三节数据处理及判定第条测区混凝土声时 或声速 波幅 频率测量值的平均值 和标准差 应按下式计算式中 第 点的声时 或声速 波幅 频率的测量值一个测区参与统计的测点数第条测区中的异常数据可按以下方法判别一 将一测区各测点的声时值由小至大按顺序排列 即将排在后面明显大的数据视为可疑 再将这些可疑数据中最小的一个 假定 连同其前面的数据按第条计算出 及 并代入 式 算出异常情况的判断值式中 异常值判定系数 应按表 取值把 值与可疑数据中的最小值 相比较 若 大于或等于则 及排在其后的各声时值均为异

18、常值 当 小于 时 应再将 放进去重新进行统计计算和判别二 将一测区各测点的波幅 频率或由声时计算的声速值由大至小按顺序排列 即 将排在后面明显小的数据视为可疑 再将这些可疑数据中最大的一个 假定 连同其前面的数据按第 条计算出 及 值 并代入式计算出异常情况的判断值将判断值 与可疑数据的最大值 相比较 如 小于或等于 则 及排列于其后的各数据均为异常值 当 大于应再将 放进去重新进行统计计算和判别注 若耦合条件保证不了测幅稳定 则波幅值不能作为统计法的判据统计数的个数与对应的值表第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

19、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 的混凝土之间所形成的接触面 如施工缝 修补加固等第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条混凝土结合面质量检测可采用斜测法 可按图或 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

20、 各对 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 可控制在第条按布置好的测点 图 分别测出各点的声时 波幅和频率值RT12 53 4 645321 6TRR梁平面图 柱侧面图图 检测结合面的换能器布置第三节数据处理及判定第条某一测区各测点声时 波幅和频率值分别按第条和第 条进行统计和异常值判断第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

21、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 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 图第条测试时 换能器应耦合好保持不动 然后将换能器依次耦合在测点 位置上 如图 读取相应的声时值 并测量每次 换能器之间的距离换能器每次移动的距离不宜大于 每一测区的测点数不得少于 个第条当结构的损伤层厚度不均匀时 应适当增加测区数R1TR3 R4 R5l1l2l3R2dft5t4t3t2t10l1 l2l0 l3 l4 l5图 损伤层检测的换能器布置第三节数据

22、处理及判定第条以各测点的声时值 和相应测距值 绘制 时距 坐标图 如图 所示 由图可得到声速改变所形成的拐点 并可按式 和式 计算出损伤层混凝土的声速 和未损伤混凝土的声速图 损伤层检测 时 距 图式中 分别为拐点前后各测点的测距相对于测距 的声时第条损伤层厚度应按下式计算式中 损伤层厚度声速产生突变时的测距损伤层混凝土的声速未损伤混凝土的声速第九章匀质性检测第一节一般规定第条本章适用于结构混凝土各部位的相对匀质性的检测第条匀质性检测时 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 测点的间距一般为三 测点布置时 应避开与声波传播方向相

23、一致的主钢筋第二节测试与计算第条每一测点的声时和测距的测量 应按第条和第 条进行第条各测点的混凝土声速值应按下式计算式中 第 点混凝土声速值第 点测距值第 点的混凝土声时值第条各测点混凝土声速的平均值 和标准差 及离关系数 应按下式分别计算式中第个测点的混凝土声速值测点数第条根据声速的标准差和离差系数 可以相对比较相同测距的同类结构或各部位混凝土质量均匀性的优劣RT2431t2 t3 t4l4l3l2l1oI(mm)Bt1A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 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

24、接收信号尽量放大 依次在间距为调节游标脉冲 使其前沿对准首波前沿 读取相应声时值 同时测量空气的温度 精确至测量时应注意下列事项两换能器间距的测量误差应不大于换能器宜悬空相对放置 如附图 所示 若置于地附图 换能器悬挂装置图 附图 测空气声速的 时 距 图定滑轮 螺栓 刻度尺 支架板或桌面时 应在换能器下面垫以海棉或橡胶板测点数应不少于 个二 空气声速测量值计算以测距 为纵坐标 以声时读数 为横坐标 绘制 时 距 坐标图 如附图 所示 或用统计方法求出 与 之间的回归直线方程 式中 为待求的回归系数坐标图中直线 的斜率 或直线方程的回归系数即为空气声速的测量值三 空气声速的计算值空气的声速计算

25、值应按下式计算附式中 空气声速的计算值空气的温度四 空气声速测量值的误差空气声速测量值 与空气声速计算值 之间的相对误差应按下式计算附通过 附 式计算的相对误差不得大于附录二 径向振动式换能器声时初读数 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 和读取相应的声时值 测点数不得少于 用统计方法求出 和之间的回归式附式中 待求的回归系数便是由仪器和换能器及其高频电缆所产生的初读数部分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附式中 孔中测试的声时初读数仪器设备的声时初读数钻孔直径换能器直径水中的声速 按表 取值

26、水中声速与水温的关系附表水温声速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thmtallh2r附录三 空洞尺寸估算办法如附图 所示 设检测距离为 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 声波在空洞附近无缺陷混凝土中传播的时间平均值为 绕空洞传播的时间 空洞处的最大声时 为 空洞半径为根据 值和 值 可由附表 查得空洞半径 与测距 的比值 再计算空洞的大致尺寸附图 空洞尺寸估算原理如被测部位只有一对可供测试的表面 空洞尺寸可用下式计算附式中 空洞半径换能器之间的距离缺陷处的最

27、大声时值无缺陷区的平均声时值空洞半径与测距的比值附表注 表中附录四 超声测缺原始记录表超声测缺原始记录表第页共页附表编号结构 测区参数测点号及参数测读值平均值测距仪器换能器测区示意图测读记录计算日期附录五 本规程用词说明一 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表示很严格 非这样做不可的用词正面词采用 必须 反面词采用 严禁表示严格 在正常情况下均应这样做的用词正面词采用 应 反面词采用 不应 或 不得表示稍有选择 在条件许可时首先这样做的用词正面词用 宜 或 可 反面词采用 不宜二 条文中指定按其他有关标准 规范执行时 写法为 应符合的规定 非必须按所指定的标准 规范或其他规定执行时 写法为 可参照附加说明本规程主别单位 参加单位和主要起草人名单主编单位陕西省建筑科学研究设计院上海同济大学参加单位中国建筑科学研究院结构所水电部南京水利科学研究院主要起草人张治泰 李为杜 林维正 吴新璇 罗骐先