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CECS21-2000 超声法检测混凝土缺陷技术规程

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3.0 2024-06-20 0 0 438.68KB 34 页 1库币 海报
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中 国 工 程 建 设 标 准 化 协 会 标 准
CECS 21：2000
超声法检测混凝土缺陷
技 术 规 程
Technical specification for inspection of
concrete defects by ultrasonic method
主编部门： 陕西省建筑科学研究设计院
上海同济大学
批准部门： 中国工程建设标准化协会
2001-01 -01 实施
中 国 工 程 建 设 标 准 化 协 会
前 言
根据中国工程建设标准化协会(98)建标协字第 08 号《关于下达 1998 年第一批推荐
性标准编制计划的函》的要求，制订本标准。
本规程是在《超声法检测混凝土缺陷技术规程》CECS 21：90 的基础上，吸收国内
外超声检测仪器最新成果和超声检测技术的新经验，结合我国建设工程中混凝土质量控
制与检测的实际需要进行修订的。
本规程的主要内容包括超声法检测混凝土缺陷的适用范围，检测设备技术要求，声
学参数测量方法，混凝土裂缝深度、混凝土不密实区、新老混凝土结合质量、灌注桩和
钢管混凝土缺陷等的检测及判断方法。
本规程主要对“超声波检测设备”及“声学参数测量”两章作了全面修订：将原“浅
裂缝检测”和“深裂缝检测”两章合并成“裂缝深度检测”一章；删除了“匀质性检测”
一章；对平测裂缝深度的判定、混凝土密实性检测的异常数据判断和表面损伤层检测的
数据处理等方法做了补充和完善；增加了灌注桩和钢管混凝土缺陷检测。
现批准协会标准《超声法检测混凝土缺陷技术规程》，编号为 CECS 21：2000，推荐
给工程建设设计、施工、使用单位采用。本规程由中国工程建设标准化协会混凝土结构
委员会归口管理，由陕西省建筑科学研究设计院(陕西省西安市环城西路北段 272 号，
邮编：710082)负责解释。在使用中如发现需要修改和补充之处，请将意见和资料寄解
释单位。
主编单位：陕西省建筑科学研究设计院
上 海 同 济 大 学
参编单位：中国建筑科学研究院结构研究所
水利电力部南京水利科学研究院
北京市建筑工程质检中心第三检测所
重庆市建筑科学研究院
主要起草人：张治泰 李乃平 李为杜 林维正 张仁瑜 罗骐先 濮存亭 林文修
中国工程建设标准化协会
2000 年11 月10 日
1 总 则
1.0.1 为了统一超声法检测混凝土缺陷的检测程序和测试判定方法，提高检测结果的
可靠性，制定本规程。
1.0.2 本规程适用于超声法检测混凝土的缺陷。
1.0.3 缺陷检测系指对混凝土内部空洞和不密实区的位置和范围、裂缝深度、表面损
伤层厚度、不同时间浇筑的混凝土结合面质量、灌注桩和钢管混凝土中的缺陷进行检测。
1.0.4 超声法(超声脉冲法)系指采用带波形显示功能的超声波检测仪，测量超声脉冲
波在混凝土中的传播速度(简称声速)、首波幅度(简称波幅)和接收信号主频率(简称主
频)等声学参数，并根据这些参数及其相对变化，判定混凝土中的缺陷情况。
1.0.5 按本规程进行缺陷检测时，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。
1
2 术 语、符 号
2.1 术 语
2.1.1 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。
2.1.2 混凝土缺陷 Concrete defects
破坏混凝土的连续性和完整性，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。
2.1.3 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。
2.1.4 波幅 Amplitude
超声脉冲波通过混凝上后，由接收换能器接收，并由超声仪显示的首波信号幅度。
2.1.5 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、吸收和声束扩散
等因素引起的声压减弱。
2.1.6 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。
2.2 主 要 符 号
Ai——测点 i接收信号的首波幅度值；
hc——混凝土裂缝深度；
hf——混凝土损伤层厚度；
d——径向振动式换能器直径；
d1——钻出的声测孔直径或预埋声测管的内径；
d2——预埋声测管的外径；
fi——测点 i的接收信号主频率；
li——测点 i的超声测试距离；
l，——平测时发射和接收换能器内边缘之间的距离；
mx、sx——分别为混凝土某一声学参数 x的平均值和标准差；
mv、sv——分别为混凝土声速的平均值和标准差；
Tk——空气的摄氏温度；
Ti——测点 i的首波周期；
ti——测点 i的测读声时值；
tci——测点 i的混凝土声时值；
to——声时初读数；
o
i
t——跨缝平测时测点 i的测读声时值；
too——在钻孔或预埋管中测试的声时初读数；
th——绕过空洞传播的声时值；
vc——空气声速标准值；
2
vs——空气声速实测值；
vf——损伤层混凝土的声速；
va——末损伤混凝土的声速；
vw——被测水中的声速；
Xi——测点 i的某一声学参数值；
Xo——声学参数异常情况的判断值。
3 超声波检测设备
3.1 超声波检测仪的技术要求
3.1.1 用于混凝土的超声波检测仪分为下列两类：
1 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；
2 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。
3.1.2 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。
3.1.3 超声波检测仪应满足下列要求：
1 具有波形清晰、显示稳定的示波装置；
2 声时最小分度为 0.1
s
µ
；
3 具有最小分度为 1dB 的衰减系统；
4 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 50 v
µ
；
5 电源电压波动范围在标称值±10%的情况下能正常工作；
6 连续正常工作时间不少于 4h。
3.1.4 对于模拟式超声波检测仪还应满足下列要求：
1 具有手动游标和自动整形两种声时读数功能；
2 数字显示稳定。声时调节在 20～30
s
µ
范围，连续 1h，数字变化不大于±0.2
s
µ
。
3.1.5 对于数字式超声波检测仪还应满足下列要求：
1 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，lh 内
每隔 5min 测读一次声时的差异应不大于±2个采样点；
2 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；
3 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；
4 宜具有幅度谱分析功能(FFT 功能)。
3.2 换能器的技术要求
3.2.1 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。
3.2.2 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
3
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。
3.2.3 换能器的实测主频与标称频率相差应不大于±10%。对用于水中的换能器，其水
密性应在 1MPa 水压下不渗漏。
3.3 超声波检测仪的检定
3.3.1 超声仪声时计量检验应按“时一距”法测量空气声速的实测值 Vs(见附录 A)，并
与按公式(3.3.1)计算的空气声速标准值 Vc相比较，二者的相对误差应不大于± 0.5%。
K
cTV ⋅+= 00367.014.331 （3.3.1)
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(℃)。
3.3.2 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。
4 声学参数测量
4.1 一 般 规 定
4.1.1 检测前应取得下列有关资料：
1 工程名称；
2 检测目的与要求；
3 混凝土原材料品种和规格；
4 混凝土浇筑和养护情况；
5 构件尺寸和配筋施工图或钢筋隐蔽图；
6 构件外观质量及存在的问题。
4.1.2 依据检测要求和测试操作条件，确定缺陷测试的部位(简称测位)。
4.1.3 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。
4.1.4 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。
4.1.5 换能器应通过耦合剂与混凝土测试表面保持紧密结合，耦合层不得夹杂泥砂或
空气。
4.1.6 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于超声测距的 1/6。
4.1.7 检测中出现可疑数据时应及时查找原因，必要时进行复测校核或加密测点补测。
4.2 声学参数测量
4.2.1 采用模拟式超声检测仪测量应按下列方法操作：
1 检测之前应根据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；
2 声时测量。应将发射换能器(简称 T换能器)和接收换能器(简称 R换能器)分别
耦合在测位中的对应测点上。当首波幅度过低时可用“衰减器”调节至便于测读，再调
4
节游标脉冲或扫描延时，使首波前沿基线弯曲的起始点对准游标脉冲前沿，读取声时值
ti(读至 0.1
s
µ
)；
3 波幅测量。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：
1)刻度法：将衰减器固定在某一衰减位置，在仪器荧光屏上读取首波幅度的格数。
2)衰减值法：采用衰减器将首波调至一定高度，读取衰减器上的 dB 值。
4 主频测量。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(
s
µ
)，再将游标脉冲调至相邻的波谷(或波峰)，读取声值 t2(
s
µ
)，按(4.2.1)式计算
出该点(第i点)第一个周期波的主频 fi(精确至 0.1kHz)。
fi＝1000/( t2-t1) (4.2.1)
5 在进行声学参数测量的同时，应注意观察接收信号的波形或包络线的形状，必
要时进行描绘或拍照。
4.2.2 采用数字式超声检测仪测量应按下列方法操作：
1 检测之前根据测距大小和混凝土外观质量情况，将仪器的发射电压、采样频率
等参数设置在某一档并保持不变。换能器与混凝土测试表面应始终保持良好的耦合状
态；
2 声学参数自动测读：停止采样后即可自动读取声时、波幅、主频值。当声时自
动测读光标所对应的位置与首波前沿基线弯曲的起始点有差异或者波幅自动测读光标
所对应的位置与首波峰顶(或谷底)有差异时，应重新采样或改为手动游标读数；
3 声学参数手动测量：先将仪器设置为手动判读状态，停止采样后调节手动声时
游标至首波前沿基线弯曲的起始位置，同时调节幅度游标使其与首波峰顶(或谷底)相
切，读取声时和波幅值；再将声时光标分别调至首波及其相邻波的波谷(或波峰)，读
取声时差值Δt(
s
µ
)，取 1000/Δt即为首波的主频(kHz)；
4 波形记录：对于有分析价值的波形，应予以存储。
4.2.3 混凝土声时值应按下式计算：
tci=ti-to 或 tci=ti-too (4.2.3)
式中 tci——第 i点混凝土声时值(
s
µ
)；
ti——第 i点测读声时值(
s
µ
)；
to、too——声时初读数(
s
µ
)；
当采用厚度振动式换能器时，t。应参照仪器使用说明书的方法测得；当采用径向
振动式换能器时，too 应按附录 B规定的“时-距”法测得。
4.2.4 超声传播距离(简称测距)测量：
1 当采用厚度振动式换能器对测时，宜用钢卷尺测量 T、R换能器辐射面之间的距
离；
2 当采用厚度振动式换能器平测时，宜用钢卷尺测量 T、R换能器内边缘之间的距
离；
3 当采用径向振动式换能器在钻孔或预埋管中检测时，宜用钢卷尺测量放置 T、R
换能器的钻孔或预埋管内边缘之间的距离；
5
4 测距的测量误差应不大于±l%。
5 裂缝深度检测
5.1 一 般 规 定
5.1.1 本章适用于超声法检测混凝土裂缝的深度。
5.1.2 被测裂缝中不得有积水或泥浆等。
5.2 单面平测法
5.2.1 当结构的裂缝部位只有一个可测表面，估计裂缝深度又大于 500mm 时，可采用
单面平测法。平测时应在裂缝的被测部位，以不同的测距，按跨缝和不跨缝布置测点(布
置测点时应避开钢筋的影响)进行检测，其检测步骤为：
1 不跨缝的声时测量：将 T和R换能器置于裂缝附近同一侧，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(图5.2.1-1)或用回归分析的方法求出声时与测距之间的回归直线方程：
ii btal +=
图 5.2.1-1 平测“时-距”图 图 5.2.1-2 绕过裂缝示意图
每测点超声波实际传播距离 为：
i
l
alli+
′
= （5.2.1-1）
式中 ——第 i点的超声波实际传播距离(mm)；
i
l
l′——第 i点的 R、T换能器内边缘间距(mm)；
a——“时-距”图中 轴的截距或回归直线方程的常数项(mm)。 l′
不跨缝平测的混凝土声速值为：
)
(km/s) (5.1.1-2)
或
(
/tllv −
′
−
′
=11 t
nn
v
＝b(km/s)
式中 、 ——第 n点和第 1点的测距(mm)；
、——第 n点和第 1点读取的声时值(
′′
n
l1
l
n
t1
t
s
µ
)；
b——回归系数。
2 跨缝的声时测量：如图(5.2.1-2)所示，将 T、R换能器分别置于以裂缝为对称
6
的两侧， 取 100、150、200mm、……分别读 取声时值 ，同时观察首波相位的变化。
5.2.2 平测法检测，裂缝深度应按下式计算：
l′0
ti
()
1/2/ 2
0−⋅− lvtlh
(5.2.2—2)
iiici (5.2.2—1)
式中 ——不跨缝平测时第 i点的超声波实际传播距离(mm)；
—
∑
=
⋅= n
icihc hnm
1
/1
i
l
ci ——第 i点计算的裂缝深度值(mm)； h
—第 i点跨缝平测的声时值(
s
µ
)；
0
i
t
hc ——各测点计算裂缝深度的平均值(mmm)；
——测点数。
5.2.3 裂缝深度的确定方法如下：
某测距发现首波反相时，可用该测距及两个相邻测距的测量
的平均值作为该裂缝的深度值( )；
2 跨缝测量中如难于发现首波反相，则以不同测距按(5.2.2-1)式、(5.2.2-2)式
计算 及其平均值(。将各测距
n
1 跨缝测量中，当在
值按(5.2.2-1)式计算h值，取此三点
ci ci c
h h
ci hc
h m )
′
ihc
l与 相比较，凡测距m
′
ihc hc
剔除该组数据，然后取余下 ci
h的平均 ， 为该裂缝的深度值(c
h)
5.3 双 面 斜 测 法
l小于 和大于 3，应
5.3.1 当结构的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时，可采用双面穿透斜测法检
测。测点布置如图 5.3.1 所示，将 T、R换能器分别置于两测试表面对应测点 l、2、3……
(a)平面图 (b)立面图
图5.3.1 斜测裂缝测点布置示意图
5.3.2 裂缝深度判定 、声时和主频的突变，
可以判定裂缝深度以及是
m
。
m
值 作
的位置，读取相应声时值 ti、波幅值 Ai及主频率 fi 。
：当 T、R换能器的连线通过裂缝，根据波幅
否在所处断面内贯通。
7
5.4 钻孔对测法
5.4.1 钻孔对测法适用于大体积混凝土，预计深度在 500mm 以上的裂缝检测。
5.4.2 被检测混凝土应允许在裂缝两侧钻测试孔。
5.4.3 所钻测试孔应满足下列要求：
1 孔径应比所用换能器直径大 5～10mm；
2 孔深应不小于比裂缝预计深度深 700mm。经测试如浅于裂缝深度，则应加深钻孔；
3 对应的两个测试孔(A、B)，必须始终位于裂缝两侧，其轴线应保持平行；
4 两个对应测试孔的间距宜为 2000mm，同一检测对象各对测孔间距应保持相同；
5 孔中粉末碎屑应清理干净；
6 如图 5.4.3(a)所示，宜在裂缝一侧多钻一个孔距相同但较浅的孔(C)，通过 B、
C两孔测试无裂缝混凝土的声学参数。
5.4.4 裂缝深度检测应选用频率为 20～60kHz 的径向振动式换能器。
5.4.5 测试前应先向测试孔中注满清水，然后将 T、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(100～400mm)从上到下同步移动，逐点读取声时、波幅和换能
器所处的深度，如图 5.4.3(b)所示。
5.4.6 以换能器所处深度(h)与对应的波幅值(A)绘制 h—A座标图(如图 5.4.6 所示)。
随换能器位置的下移，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值 hc。
图5.4.3 钻孔测裂缝深度示意图 图5.4.6h—A坐标图
6 不密实区和空洞检测
6.1 一 般 规 定
6.1.1 本章适用于超声法检测混凝土内部不密实区、空洞的位置和范围。
6.1.2 检测不密实区和空洞时构件的被测部位应满足下列要求：
1 被测部位应具有一对(或两对)相互平行的测试面；
2 测试范围除应大于有怀疑的区域外，还应有同条件的正常混凝土进行对比，且
对比测点数不应少于 20。
6.2 测试方法
8
6.2.1 根据被测构件实际情况，选择下列方法之一布置换能器：
1 当构件具有两对相互平行的测试面时，可采用对测法。如图 6.2.1-1 所示，在
测试部位两对相互平行的测试面上，分别画出等间距的网格(网格间距：工业与民用建
筑为 100～300mm，其它大型结构物可适当放宽)，并编号确定对应的测点位置；
2 当构件只有一对相互平行的测试面时，可采用对测和斜测相结合的方法。如图
上进
埋管测法。如图 6.2.1-3 所示，在测位预埋声
宜比换能器直径大 5～10mm，预埋管或
于
主频和测距，应按本规程第 4.2 节进行测量。
(a)平面图 （b）立面图
图6.2.1-1 对测法示意图
(a)平面图 (b)立面图
图6.2.1-3 钻孔法示意图
6.3.1 测位混凝土声学参数的平均值(mx)和标准差(sx)应按下式计算：
6.2.1-2 所示，在测位两个相互平行的测试面上分别画出网格线，可在对测的基础
行交叉斜测；
3 当测距较大时，可采用钻孔或预
测管或钻出竖向测试孔，预埋管内径或钻孔直径
钻孔间距宜为 2～3m，其深度可根据测试需要确定。检测时可用两个径向振动式换能器
分别置于两测孔中进行测试，或用一个径向振动式与一个厚度振动式换能器，分别置
测孔中和平行于测孔的侧面进行测试。
6.2.2 每一测点的声时、波幅、
图6.2.1-2 斜测法立面图
6.3 数据处理及判断
9

标签： #技术

摘要：

Öйú¹¤³Ì½¨Éè±ê׼»¯Э»á±ê׼CECS21£º2000³¬Éù·¨¼ì²â»ìÄýÍÁȱÏݼ¼Êõ¹æ³ÌTechnicalspecificationforinspectionofconcretedefectsbyultrasonicmethodÖ÷±à²¿ÃÅ£ºÉÂÎ÷Ê¡½¨Öþ¿ÆѧÑо¿Éè¼ÆÔºÉϺ£Í¬¼Ã´óѧÅú×¼²¿ÃÅ£ºÖйú¹¤³Ì½¨Éè±ê×¼»¯Ð­»á2001-01-01ʵʩÖйú¹¤³Ì½¨Éè±ê׼»¯Э»áǰÑÔ¸ù¾ÝÖйú¹¤³Ì½¨Éè±ê×¼»¯Ð­»á(98)½¨±êЭ×ÖµÚ08ºÅ¡¶¹ØÓÚÏ´ï...

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