1、土木工程綜合實驗（）：超聲回彈綜合法檢測混凝土強度 實驗指導書院 系：建筑工程系實驗中心實驗室： 土木工程材料 編 寫： 王青 時 間： 2009-5 所謂結構混凝土，是指已用結構或結構構件的硬化混凝土。力學強度檢測是結構混凝土需要檢測的項目之一。混凝土的強度就是混凝土抵抗破壞的能力，其值表示在一定的受力狀態和工作條件下，混凝土所能承受的最大應力。非破損測定混凝土強度的方法，就是要在混凝土所受的力尚未達到最大應力之前，即能推算其強度值。為此，必須尋找與混凝土強度有關，能在結構物上直接測量，并且不損壞結構物本身性能的物理量，然后根據其間的理論關系或經驗關系，推定混凝土的強度。這些物理量與強度之間

2、的相互關系，就是各種現場檢測方法的基本依據。超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術，實質上就是超聲法和回彈法兩種單一測強的綜合測試。超聲波檢測混凝土強度的基本依據是超聲波傳播速度與混凝土的彈性性質的密切關系。在實際檢測中，超聲聲速又通過混凝土彈性模量與其力學強度的內在聯系，與混凝土抗壓強度建立相關關系并藉以推定混凝土的強度。超聲測強一混凝土立方體28天齡期抗壓強度為基準，大體是把這種混凝土當做彈性體看待，而原材料品種規格、配合比、施工工藝等影響著超聲檢測參數，所以采用預先校正方法建立超聲測強的經驗公式。如果把一個混凝土構件作為一個檢測總體，要求在構件上均布劃出不少于10個200*200方格網，以每一

3、個方格網視為一個測區。如果對同批構件（指混凝土強度相同，原材料、配合比、成型工藝，養護條件及齡期基本相同）按批抽樣檢測時，構件抽樣數應不少于同批構件數的30%，且不少于4個。同樣，每個構件測區數不少于10個。每個測區應滿足下列要求：（1） 測區布置在構件混凝土澆灌方向的側面；（2） 測區與測區的間距不大于2米；（3） 測區宜避開鋼筋密集區和預埋鐵件；（4） 測試面應清潔和平整，如有雜物粉塵應清除；（5） 測區應標明編號。為了使構件混凝土測試條件和方法盡可能與率定曲線時的條件、方法一致，在每個測區網格內布置三對或五對超聲波的測點。構件相對面布置測點應力求方位對等，使每對測點的測距最短。如果一對測

4、點在任一測試面上布在蜂窩、麻面或模板漏縫上，可適當相應改變該對測點的位置，使各對測點表面平整聲耦合良好。綜合法檢測混凝土強度技術，實質上就是超聲法和回彈法兩種單一測強的綜合測試。（一）資料準備需進行綜合法測試的結構或構件，在檢測前，應具備下列有關資料;(1) 工程名稱及設計、施工和建設單位名稱；(2) 結構和構件名稱、編號、施工圖（或平面圖）及混凝土強度等級；(3) 水泥品種、標號、用量、出廠廠名，砂石品種、粒徑，外加劑或摻和料品種、量，以及混凝土配合比等；(4) 模板類型，混凝土灌注和養護情況，以及成型日期報告；(5) 結構或構件存在的質量問題，混凝土試塊抗壓報告等。（二）被測結構或構件準備

5、檢測結構或構件時需要布置測區，因為測區是進行超聲、回彈測試的測量單元。所以，測區布置應符合下列規定：（1）按單個構件檢測時，應在構件上均勻布置測區，且不少于10個；（2）當對同批構件抽樣檢測時，構件抽樣數應不少于同批構件的30%，且不少于4件，每個構件測區數不少于10個；（3）對長度小于或等于2m的構件，其測區數量可適當減少，但不應少于3個。每個構件的測區，應滿足以下要求：（1）測區的布置應在構件混凝土澆灌方向的側面；（2）測區應均勻分布，相鄰兩測區的間距不宜大于2m；（3）測區宜避開鋼筋密集區和預埋構件；（4）測區尺寸為200mm×200mm；相對應的兩個200mm×20

6、0mm方塊應視為一個測區。（5）測試面應清潔、平整、干燥，不應有接縫、飾面層、浮漿和油垢，并避開蜂窩、麻面部位，必要時可用砂輪片清除劑雜物和磨平不平整處，并擦凈殘留粉塵。結構或構件上的測區應注明編號，并記錄測區所處的位置和外觀質量情況。每一測區宜先進行回彈測試，然后進行超聲測試。對非同一測區的回彈值及超聲聲速值，不能按綜合法計算混凝土強度。回彈值的測量與計算1.回彈值的測量：用于綜合法測強的回彈儀，必須是處于標準狀態，并在鋼跕上率定值為80±2的儀器。用回彈儀測試時，宜使用儀器處于水平狀態測試混凝土澆筑側面，此種情況修正值為0。如不能滿足這一要求，也可以非水平狀態測試或測試混凝土的澆

7、注頂面或底面，但其回彈值應進行修正。回彈測點在測區范圍均勻分布，但不得打在氣孔或外露石子上，相鄰兩測點的間距一般不小于30mm，測點距構件邊緣或外露鋼筋鐵件的距離不小于50mm，且同一測點只允許彈擊一次。回彈儀的軸線方向應與測試面相垂直。2.回彈值的計算：計算測區平均回彈值時，應從該測區的兩個相對測試面16個回彈值中，分別剔除3個最大值和最小值，然后將余下的10個回彈值按下列公式計算： 10 Rm = Ri /10 i=1 式中Rm測區平均回彈值，計算至0.1 Ri第i個測點的回彈值。 如非水平狀態測得的回彈值，應按下式進行修正： Ra= Rm+ RaRa= Rm+（ Ra Ra 式中 Ra修

8、正后的測區回彈值； Ra測試角度為的回彈值修正值，按表2-16選用； Ra測試頂面回彈值修正值，按表2-17選用； Ra測試底面回彈修正值，按表2-17選用； 測試時，如儀器處于非水平狀態，同時構件測區又不是混凝土的灌注側面，則應對測得的回彈值，先進行角度修正，后進行澆注面修正。超聲聲時值的測量與計算1.超聲聲時值的測量：超聲儀必須是符合技術要求并具有質量檢查合格證。超聲測點應布置在回彈測試的同一測區內。超聲測點應布置在回彈測試的同一測區內。應保證換能器與混凝土耦合良好，且發射和接收換能器的軸線應在同一直線上。每個測區內的相對測試面上，應布置三個測點。2.聲速值的計算：聲速值按下列計算 vi

9、=l/ tmi （6-17） tmi =( t1+ t2+ t3 )/3 （6-18） 式中 vi測區聲速值（km/s）； l超聲測距（mm）； tmi第i個測區平均聲時值us； t1、 t2、 t3 測區中三個測點的聲時值。當混凝土澆注的頂面與底面測試時，由于上表面砂漿較多強度偏低，底面粗骨料較多強度偏高，綜合起來與成型側面是有區別的，另澆注表面不平整，因此，會使聲速偏低，所以進行上表面與底面測試時聲速應進行修正： va =1.034 vi 式中 vi修正后的測區聲速值（km/s）。一、實驗目的：通過混凝土抗壓強度與混凝土超聲波傳播速度和表面回彈值之間存在的統計關系，達到快速檢驗建筑結構構件

10、的普通混凝土抗壓強度的目的。二、實驗原理： 超聲法是采用帶波形顯示的低頻超聲波儀和頻率為20250kHz的聲波換能器，測量混凝土的聲速、波幅和主頻等聲學參數，并根據這些參數及其相對變化分析判斷被測物體性質的方法。圖1.1 電路原理框圖DJCS05非金屬超聲波儀是一套雙通道高分辨率、數字化的儀器，具有分時采樣、迭加、濾波、信號增強、抑制噪聲以及現場實時計算，顯示實測波形和測試結果等功能。該儀器電路原理框圖如圖1.1所示，高壓發射系統受同步信號控制產生的高壓脈沖激勵發射換能器，將電信號轉換為超聲波信號傳入被測介質，由接收換能器接收透過被測介質的超聲波信號并將其轉換成電信號，然后傳輸到儀器的前置放大

11、和濾波部分，先進行可變增益的放大以達到足夠的信噪比，再進行各種濾波（高低通、諧波抑制等），并由多路電子轉換開關將兩道并行的已放大的模擬信號進行采樣保持，變為一路串行的離散脈沖信號，此脈沖信號被放大到模數轉換器要求的幅度范圍內，經高速逐次逼近式AD轉換器進行量化（數字化），轉換為相應的數字信號，這些信號由微機統一控制，經邏輯控制電路實現各種功能的選擇與控制，將數字化后的數據按規定格式存入微機硬盤內，同時原始波形曲線以及分析和處理后的結果在微機顯示屏上進行顯示并打印。三、實驗步驟：1、準備工作布置測區：清理待測構件的兩個對稱表面，布置好各測區的每對測點，并量取距離。注意事項：每對測點的連線盡量不要

12、與附近的鋼筋軸線平行。測區應避開鋼筋密集區和預埋鐵件。檢測部位（測點）不平或有粉刷層時要進行打磨清除處理，以保證換能器與測試面耦合良好。2、開機與參數設置用儀器專配的連接電纜分別將發射換能器和接收換能器與主機的“發射”接口和“接收1”接口相連。 打開主機電源，進入測試主界面。圖4. 1.1 設置采集參數窗口36按超聲回彈綜合法測強按鈕，顯示設置采集參數窗口（見圖），根據現場測試條件設置參數。圖 工程信息窗口按工程信息按鈕，在彈出的工程信息窗口中（圖），輸入工程信息，選擇測試面、骨料情況（該項選擇也可在工程菜單中進行）；如果被測構件已用我公司的數字回彈儀進行了回彈法測試，且已生成文件，按回彈數據

13、按鈕，選擇回彈文件，按打開，將回彈結果文件調入。to聲時：消除聲時測試值中的儀器及發、收換能器系統的聲延時（又稱零聲時）。每次現場測試開始前或更換測試導線及傳感器后都應進行調零操作。將與儀器連接好的換能器直接耦合或耦合于標準聲時棒上，讀取聲時值（一般取3次的平均值），按下式計算零聲時并將其輸入到t0聲時框內。式中 t0待輸入的零聲時；t0'原來的零聲時；t 測試所得的聲時值；t標準棒的標準聲時，若換能器直接耦合則為0。圖窗口中顯示的各項參數為進行超聲回彈綜合法測強時的一般設置，實際工作中應根據現場測試條件適當調整。3、測試將換能器耦合在測點上，兩個探頭須垂直于構件的表面且探頭軸心應該在

14、一條直線上。按采 集按鈕，儀器開始發射超聲波，接收換能器接收信號并在窗口中顯示，同時顯示所測得的聲參量數值。采集主界面如圖所示。 采集主界面主要分為3個顯示區：波形顯示區、波形判讀區和測試結果顯示區。圖 采集主界面波形顯示區顯示接收到的原始波形，按圖示菜單或波形顯示調節工具條中的相應選項可調整波形在窗口中的顯示。圖 波形判讀區波形判讀區顯示當前道的波形和對該道波形首波的判讀情況，見圖。首波控制線：波幅在兩條首波控制線之間的波形將被自動認定為噪音信號。在進行首波自動判讀時，首波的幅度要超出首波控制線。按監 視菜單或波形判讀區右側的工具條中的相應選項可調整波形在窗口中的顯示和首波控制線的間距大小。

15、如果波形質量不好，無法進行正確的自動判讀時，可以進行人工判讀：移動鼠標到正確位置，點擊即可。測試結果顯示區顯示各測區的聲參量數值、計算結果、強度換算值，見圖。其中“回彈值”欄和“測點間距”欄數據可更改（鼠標雙擊）。4、成果保存將測試結果存儲于儀器中，以便進行后續處理和存檔。儀器在測試時所測結果均隨時保存在默認目錄“data”文件夾內，其文件名為“年月日時分秒”，如“200500816082216.Us5”和“200500816082216.Itsdat”。圖 另存為窗口測試結束后，可將文件另起名存儲：按文件菜單中的另存為或工具條中的圖標，彈出窗口如圖，選擇“保存類型”為超聲儀波列文件（*.Us

16、5），在“文件名”框內輸入文件名，在“保存在”框內選擇欲保存文件的文件夾，按保存，將波列文件和數據結果保存下來。四、數據處理與強度換算1、打開文件圖 數據處理選擇選擇文件菜單中的新建選項，在彈出的界面中選擇數據處理，進入數據處理界面，打開欲處理的測試文件。在查看菜單的工具欄中選擇數據處理選項（圖），顯示數據處理工具條（下圖）。 基本信息：點擊數據處理工具條中的基圖標，輸入相關信息，按確定。2、測區回彈值的輸入：圖4.1.7 輸入回彈數據窗口回彈值的輸入有三種方法：是將已有的回彈數據文件調入：點擊數據處理工具條中的回圖標，打開回彈數據文件；是直接在測試結果顯示區的Rm（回彈值）欄內輸入數據，方法

17、如下：移動鼠標到 Rm（回彈值）欄相應測區處雙擊，彈出輸入回彈數據窗口（圖），在各欄內輸入回彈值，按實際測試情況選擇測試面、骨料情況等選項，按確定，回彈值即輸入；同時，在強度換算值欄顯示該測區的換算強度；是在圖單元劃分窗口中，雙擊“測區列表”中的測區號，在彈出的窗口中輸入回彈值。圖 單元劃分窗口3、強度推定：點擊數據處理工具條中的強圖標，顯示窗口見圖，根據實際測試情況將各測區劃分單元，計算該批構件的混凝土強度推定值。計算完畢，按保存結果按鈕，將計算結果保存下來（文本格式，可用記事本、Word和Excel打開）。4、成果保存與輸出4.1成果保存將測試結果存儲于儀器中，以便進行后續處理和存檔。按文

18、件菜單中的另存為或工具條中的圖標，彈出窗口如圖，選擇“保存類型”為文本數據結果文件（*.txt），在“文件名”框內輸入文件名，在“保存在”框內選擇欲保存文件的文件夾，按保存，即將測試結果保存為文本格式，該格式文件可用記事本、Word和Excel打開。數據處理完畢（圖），按保存結果，將測試及計算結果保存為文本格式。4.2文件傳輸：將儀器存儲的文件傳輸到計算機上進行備份或分析處理。本儀器可進行USB傳輸，支持串口傳輸、并口傳輸。4.3結果輸出：將波形圖及檢測報告打印出來。五、要求掌握的幾個概念：1、 超聲波：頻率高于20000Hz，超過一般正常人聽覺所能接收到的頻率上限，不能引起耳感的聲波。其頻率

19、通常在2×1045×108Hz范圍之間。它具有與聲波一樣的傳播速度。2、 縱波：質點的振動方向與波的傳播方向一致的波稱為縱波。3、 橫波：質點的振動方向與波的傳播方向垂直的波為橫波。4、 聲速：超聲脈沖波在介質中單位時間內傳播的距離，用符號V表示。聲速的單位是米/秒。聲速決定于介質本身的慣性和彈性而與聲源的振動頻率無關。5、 波幅：用來表示振動強弱的物理量，指振動物體離開平衡位置的最大距離，用符號A表示。測試面的平整度、耦合劑的厚薄、作用在換能器上的壓力不均衡、耦合狀態不一致，均會對波幅測量結果產生較大影響。6、 周期：當物體作往復運動時完成一次全振動所需要的時間稱為物體振

20、動的“周期”， 用符號T表示。周期的單位是秒。7、頻率：在1秒鐘內，物體完成全振動的次數叫“頻率”。通常用符號f表示。頻率的單位是赫茲（Hz），簡稱赫。像周期一樣，頻率既可以表示作振動或其他周期性運動的物體每秒鐘完成周期性運動的次數，又可以表示某些物理量每秒鐘完成周期性變化的次數。頻率等于周期T的倒數。8、相位：用來反映振動物體運動狀態的物理量。9、波峰（波谷）：某一時刻波到達的各點都處于不同的振動狀態，當處于波形最突起（最凹下）的地方，即此時那一點的縱向位移具有正向（反向）最大值的位置稱為“波峰（或波谷）”。10、首波：接收信號中的第一個波峰（或波谷），也稱初至波。11、首波控制線：在波形判讀區，在中心基線兩側對稱的直線。進行首波自動判讀時，將落在兩條首波控制線之間的波形認為是噪音信號，只有超出這兩條線的波形才有可能是首波。12、聲速深度（測點）曲線：以數據文件中各深度（測點序號）的聲速為橫坐標,以深度（測點序號）為縱坐標的聲速值的連線。13、換能器的作用為發射和接收超聲波信號。14、耦合劑的作用為減少聲波能量的衰減。六、參考資料：1混凝土中鋼筋檢測技術規程2.鋼筋混凝土用鋼 第1部分熱軋光圓鋼筋GB1