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超声法(CECS21:2000)检测结构混凝土缺陷 一、几个名词 1 超声法Ultrasonic method 本规程所指的超声法,系采用带波形显示的低频超声波检测仪和频率为20~250kHz的声波换能器,测量混凝土的声速、波幅和主频等声学参数,并根据这些参数及其相对变化分析判断混凝土缺陷的方法。 2 混凝土缺陷Concrete defects 破坏混凝土连续性和完整性,并在一定程度上降低混凝土的强度和耐久性的不密实区、空洞、裂缝或夹杂泥砂、杂物等。 3 声速Velocity of sound 超声脉冲波在混凝土中单位时间内传播的距离。 4 波幅Amplitude 超声脉冲波通过混凝土后,由接收换能器接收,并由超声仪显示的首波信号幅度。 5 衰减Attenuation 超声脉冲波在混凝土中传播时,随着传播距离的增大,由于散射、吸收和声速扩散等因素引声的声压减弱。 6 主频Main frequency 在被接收的超声脉冲波各频率成份的幅度分布中,幅度最大的频率值。 1.超声波仪的基本原理和组成 主机、换能器和其它附件组成 功能:混凝土强度、混凝土缺陷、混凝土弹性模量 检测 二、超声波检测设备 1 超声波检测仪的技术要求 (1)用于混凝土的超声波检测仪分为下列两类: 模拟式:接收信号为连续模拟量,可由时域波形信号测读声学参数; 数字式:接收信号转化为离散数字量,具有采集、储存数字信号、测读声学参数和对数字信号处理的智能化功能。 (2)超声波检测仪应符合国家现行有关标准的要求,并在法定计量检定有效期限内使用。 (3)超声波检测仪应满足下列要求: a.具有波形清晰、显示稳定的示波装置; b.声时最小分度为0.1μs; c.具有最小分度为1dB的衰减系统; d. 接收放大器频响范围10~500kHz,总增益不小于80dB,接收灵敏度(在信噪比为3:1时)不大于50μV; e.电源电压波动范围在标称值±10%的情况下能正常工作; f.连续正常工作时间不小于4h。 (4)对于模拟式超声波检测仪还应满足下列要求: a.具有手动游标和自动整形两种声时读数功能; b.数字显示稳定。声时调节在20~30μs范围,连续1h,数字变化不大于±0.2μs。 (5)对于数字式超声波检测仪应满足下列要求: a.具有手动游标测读和自动测读方式。当自动测读时,在同一测试条件下,1h内每隔5min测读一次声时的差异应不大于±2个采样点; b.波形显示幅度分辨率应不低于1/256,并具有可显示、存储和输出打印数字化波形的功能,波形最大存储长度不宜小于4k bytes; c.自动测读方式下,在显示的波形上应有光标指示声时、波幅的测读位置; d.宜具有幅度谱分析功能(FFT功能)。 2 换能器的技术要求 (1)常用换能器具有厚度振动方式和径向振动方式两种类型,可根据不同测试需要选用。 (2)厚度振动式换能器的频率宜采用20~250kHz。径向振动式换能器的频率宜采用20~60kHz,直径不宜大于32mm。当接收信号较弱时,宜选用带前置放大器的接收换能器。 (3)换能器的实测主频与标称频率相差应不于±10%。对于用水中的换能器,其水密性应在1Mpa水压下不渗漏。 3 超声波检测仪的检定 1 超声仪声时计量检验应按“时-距”法测量空气声速的实测值va(见附录A),并与按下式计算的空气声速标准值相比较,二者的相对误差应不大于±0.5%。 式中:331.4——0℃时空气的声速(m/s); vc——温度为Tk度的空气声速(m/s); Tk——被测空气的温度(℃)。 2 超声仪波幅计量检验。可将屏幕显示的首波幅度调至一定高度,然后把仪器衰减系统的衰减量增加或减少6dB,此时屏幕波幅高度应降低一半或升高一倍。 三、声学参数测量 1 一般规定 (1) 检测前应取得下列有关资料: a.工程名称; b.检测目的与要求; c.混凝土原材料品种和规格; d.混凝土浇筑和养护情况; e.构件尺寸和配筋施工图或钢筋隐蔽图; f.构件上观质量及存在的问题。 (2)依据检测要求和测试操作条件,确定缺陷测度的部位(简称测位)。 (3)测位混凝土表面应清洁、平整,必要时可用砂轮磨平或用高强度的快凝砂浆抹平。抹平砂浆必须与混凝土粘结良好。 (4)在满足首波幅度测读精度的条件下,应选用较高频率的换能器。 (5)换能器应通过耦合剂与混凝土测试表面保持紧密结合,耦合层不得夹杂混砂或空气。 (6)检测时应避免超声传播路径与附近钢筋轴线平行,如无法避免,应使两个换能器连线与该钢筋的最短距离不小
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