CECS21-2000超声法检测混凝土缺陷技术规程.pdf

4.2.1采用模拟式超声检测仪测

1超声仪的发射电压决定了换能器的发射能量，即与接收信号的波幅有关， 采样主频与声时测读精度有关，为使声时、波幅、波形等声参量有相互可比性，应 根据测距大小和混凝土外观质量情况固定仪器的发射电压，采样主频等参数。 2数字式超声波检测仪在自动测读声时及波幅时，当操作不当或噪声很强时 会发生误判，应在自动判读后及时观察自动判读是否正确，否则应重新采样再次自 动判读或改用于动游标读数。主频测量采用一定长度波形样品进行线性FFT运算并 自动判读，在做频谱分析计算时，参与分析计算的波形段的各波峰有可能因过份放

大而削顶（称削波），由于出现削波时频谱分析将出现误差。故参与频谱分析的波 形段不应削波。 3数字式仪器声时、波幅的手动测量使用手动游标读数，主频的手动测量是 通过游标读取相邻波峰（或波谷）的时间值，即为超声波在此瞬时的周期T周期的 倒数即为主频。 4在缺陷检测过程中，应将完整混凝土的超声接收波形与有缺陷部位的波形 按已设定的采样记录长度存入计算机硬盘（或软盘），以便在数据分析或提交检测 报告时为缺陷判断提供辅助信息

传播时间应该是测读值减去声时初读数。声时初读数主要包括换能器外壳与 的声延时，仪器电路传输过程和高频电缆的电延时以及接收信号前沿起点的 其值可按仪器说明书或附录B进行测定。

4.2.4不同测距的声时值无可比性，须由测距换算成声速垫片标准，方可判

。现场一般采用钢卷尺测量测距；有条件时可用专门工具测量，要求测量误差 土1%，才能保证声速计算值不超过充许误差

5.1.1原规程中裂缝检测分为“第四章浅裂缝检测”和“第五章深裂缝检测”。 现合并为“5裂缝深度检测”。因为在实际检测中事先很难估计裂缝的深浅，一 般都是根据裂缝所处部位的具体情况，确定测试方法。所以无论浅裂缝还是深裂缝 检测，只是测试和判断方法有些不同，但目的都是测量裂缝的深度，合并成一章便 于使用。

5.1.2若被测裂缝中有积水或泥浆，则声波经水介质耦合穿裂缝而

5.2.1由于采用的是平测法，声传播距离有限，以目前常用的超声仪器及换能器 而言，检测500m深度的裂缝时首波信号很微弱，若再增大裂缝深度的检测范围则难 以识别首波信号而误读后续波，导致检测错误。平测时如果T、R换能器的连线与附 近钢筋轴线相一致，钢筋将使声信号“短路”，读取的声对不能反映混凝土的声速， 更不能反映超产波绕过裂缝未端传播的声时。因此，布置测点时应使T、R换能器的 连线避免与附近钢筋轴线平行，如能保持45°左右的夹角为最好。 1平测中测距以换能器内边缘为准，是为了提高测距的准确性，而以“时 距”法来求得声波的实际传播距离，可消除仪器初始读数及声波传播路径误差的影 。 2跨缝进行声时测量时，在读取首波声时的同时，应注意观察首波相位的变 化，因为首波出现反相对的测距与被测裂缝深度存在一定关系，记录了反相对的测 距，有助于裂缝深度的分析判断

虑到该计算式是根据跨缝与不跨缝测试的混凝土声速基本一致，在同一测距下，跨 缝测试的声波绕过裂缝未端所形成折线传播，不跨缝测试的声波是直线传播到接收 换能器的原理推导而来，而跨缝测试出现首波反相对的测距，不一定对应于不跨缝 测试的测距，而且不跨缝各测距测得的声速值多存在一定差距。因此，修订稿先将 不跨缝测试的混凝土声速V计算出来，再以t;=Li/V代入原（5.2.2）式得到修订稿 中的（5.2.2一1）式，同时求出各测距计算的裂缝深度平均值mnc。 5.2.3在跨缝测量中，经常出现首波反相现象，经模拟试验和工程实测的验证结 果看出，首波出现反相时的测距L与被测裂缝深度存在一定关系，但有时由于受过 缝钢筋或裂缝中局部“连通”的影响而难以发现反相首波，因此，修订稿提出两条 确定裂缝深度的方法。关于舍弃L3mhc的数据问题，从许多测试资料和 模拟试验结果看出，当L，与裂缝深度相近时，测得的裂缝深度较为准确；实践表明 T、R换能器测距过小或远大于裂缝深度，声时测试误差较大，ti,t?对计算裂缝深度 影响较大，所以对两个换能器的测距作了限制。

5.3.1在工业与民用建筑中常遇见梁的跨中或梁与柱结合部位出现裂缝，需要检 测其深度及其在水平方向是否贯通，这种结构一般至少具有一对相互平行的测试面 可采用等测距的过缝与不过缝的斜测法检测。这种方法较直观，检测结果较为可靠 5.3.2当发射和接收换能器的连接线通过裂缝时，由于裂缝破坏了混凝土的连续 性，声能在裂缝处产生很大衰减，穿过裂缝传播到接收换能器的首波信号很微弱， 其波幅或主频与等测距的无缝混凝土比较，存在显著差异，据此可以判定裂缝深度 及它在水平方向是否贯通

4.1大体积结构的裂缝深度在500mm以上时，用平测法难以测量，又不具备 法所需要的一对相互平行的测试面，则可应用本测试方法进行检测，

5.4.2 本方法是在裂缝两侧的钻孔中作超声跨缝检测，所以在裂缝两侧必须钻声 测孔。

5.4.3对钻孔的要求

1应根据所用换能器的直径确定钻孔的直径，为使换能器在孔中移动顺畅， 孔径应比换能器直径大5~10mm。 2由于该测试方法的基础是以有无缝的混凝土声学参数相对比较而判别裂缝 的所在范围，因此钻孔须深入到裂缝未端的完好混凝土中去，其深入深度应保证通 过无缝混凝土的测点不少于3个。故规定钻孔深度大于裂缝深度700mm以上。 3对应的二个测孔其轴线应保持平行，以免因钻孔不平行造成T、R换能器间 距变化，干扰各深度处测试结果的相互比较。 4对应测孔的间距宜为2m，这是按目前一般超声仪和径向换能器灵敏度而言 测孔间距太大则接收信号太弱，不利于测试数据的分析判断：测孔间距过小，延伸 的裂缝则可能超出测距范围。 5孔中若有粉未碎屑，充水后便形成悬浮液，将使声波剧烈衰减，影响测试 结果，故应清理干净。 6在裂缝一侧多钻一个较浅的孔，作为测试相同测距下无缝混凝土的声学参 数，以利于对裂缝部位进行判别。 5.4.4为保证径向换能器有一定的穿透能力，使接收信号有一定幅度，所以只能 用较低主频。原规程为20～40kHz，因目前市场上已有60KHz径向换能器，并有足 够的灵敏度，而且直径更小，所以现改为20～60KHz。 5.4.5向测孔中灌水是作耦合剂用，必须用清水，无悬浮泥沙。测点间距以200mm 左右为宜，深度大的裂缝测间距可适当大一些。为使换能器始终处于钻孔中心，宜 在换能器上套两个橡皮圈。

声波的反射程度越大，波幅值越小。随看孔深增加，波幅值越来越大。当波幅达到 最大并随着再往深处测量也基本稳定时，表示T、R换能器之间的混凝土是完好的， 则可以判定波幅达到最大值（相对于有裂缝部位）所对应的钻孔深度即是裂缝深度 值。

6.1.1本章适用于混凝土内部不密实区和空洞的检测。所谓不密实区，系指因振 捣不够、漏浆或右子架空等造成的蜂窝状或因缺少水泥而形成的松散状以及遭受意 外损伤所产生的疏松状混凝士区域

6.1.2检测混凝土内部的不密实区或空洞一般采用穿透法，依据各测点的声速、 波幅和主频的相对变化：寻找异常测点的坐标位置，从而判定缺陷范围。因此，测 试部位最好具有两对相互平行的测试面，如受条件限制，至少也应有一对相互平行 的测试面。怀疑混凝土内部是否存在空洞和不密实，一般是根据施工记录和外观质 量情况，或者结构在使用过程中局部发生质量问题，其位置都是大致的。因此，为 了避免缺陷漏检，测试范围除应大于所怀疑的区域外，还应确保在正常混凝土上有 足够测试数据，以满足统计分析的需要

6.2.1测试方法应根据被测构件或结构的外观形状来考虑，为便于判明混凝土内 部缺陷的空间位置，构件被测部位最好具有两对相互平行的测试而，并尽可能采用 两个方向对测。当被测部位只有一对可供测试的平行表面时，可在该对测试而上分 别画出对应网格线，在对测的基础上对数据异常的测点部位，再进行交叉斜测，以 确定缺陷的位置和范围。一般水坝、桥墩、大型设备基础等结构，断面尺寸较大 为提高测试灵敏度，可在适当位置钻竖向测试孔或预埋声测管进行测试。 22该终说同42节

6.2.2该条说明同 4.2节

表6.3.2中的入，值，根据统计数据的个数“n“，由Φ（入1）=1/n在止态分布 表中查得。 原规程只考虑了单个测点的判断。但是，当混凝土内部存在缺陷时，往往不是 孤立的一个点，其相邻测点很有可能处于缺陷的边缘而被漏判。为了提高缺陷范围 判定的准确性，现增加了对异常测点相邻点的判断。根据概率统计原理，在n次测 试中相邻二点不可能出现的概率是：Pz=1/2/1/n；当用径向振动式换能器在钻孔或 预埋管中测试时，相邻二点不可能出现的概率是：P3=1/2/1/2n。表6.3.2中的 入2、入3值，是根据统计数据的个数“n"，分别由Φ（入2）=1/2/1/n、

6.3.3一般情况下混凝土内部的不密实区和空洞，并非孤立的一小块，由

6.3.3一般情况下混凝土内部的不密实区和空洞，并非孤立的一小块，由声学参 数测量值反映到测点也不是孤立一个点。因此，可根据异常测点二维平面或三维空 间的分布情况，并结合波形特征综合判断不密实区域和空洞等缺陷的位置和范围。 有时因构件整体质量较差，各测点的声速、波幅测量值的标准差较大，按上述 方法判断缺陷易产生漏判。此时，可利用另外一个同条件（构件类型、混凝土的龄 期、材料品种及用量相同，测试距离一致）正常混凝土声学参数的平均值和标准差

混凝土结合面测质量检测

7.1.1混凝土前后两次浇筑时间间隔原规程是根据《混凝土结构工程施工及验收 规范》有关规定大于3h，修订中考虑到当前混凝土外加剂的品种繁多，导致混凝土 的终凝时间波动范围很宽，所以修门稿中未规定具体间隔时间。颁果前面浇筑的混 凝已达到了终凝，形成一定早期强度，此时接看往上浇筑混凝土，如不严格按施 工缝处理前面浇筑混凝土的表面，则结合面的质量很难得到保证，所以有时人们担 心结合面的结合不良，需要通过检测来确定结合面的质量。 7.1.2在检测时，应首先查明结合面的位置及走向，以保证所布置的测点能使声 波垂直或斜穿结合面。者结合面走向与声波传播方向平行或近似平行，则声波传播 将不会芽过结合面，所测数据不能反映结合面的质量情况

7.2.1、7.2.2利用超声波检测两次浇筑的混凝土结合面质量，主要是采用对比的 方法。因此，测点的布置应包括有结合面和无结合面的两部分混凝土，为保证各测 点具有一定的可比性，每一对测点都应保持倾斜角度一致，测距相等。 测点间距应根据结构尺寸和结合面质量情况确定，但一般不宜大于300mm，因 间距过大，可能使缺陷漏检。换能器耦合状态不同将影响检测结果，向换能器施以 恒压，可以使每一测点的耦合状态保持一致，提高测试数据的可比性。当 发现某些测点声学参数异常时，应检查异常点测试表面是否平整、干净，并作必要 的处理后再进行复测和细测。

凝本时，声学参效应无明显差异。当结合面局部地方存在疏松、孔隙或填进杂物时， 该部分混凝土与邻近正常混凝土相比，其声学参数值存在明显差异。但有时因耦合 不良、测距发生变化或对应测点锗位等因素的影响，导致检测数据异常。因此，对 于数据异常的测点，只有在查明无其他非混凝土自身因素影响时，方可判定该部位 混凝士结合不良。

8.1.1当混凝土遭受冻害、高温作用或化学物质侵蚀，其表层会受到程度不同的 损伤，产生裂缝或疏松降低对钢筋的保护作用，影响结构的承载能力和耐久性。用 超声波检测表面损伤层厚度，既能反映混凝土被损害的程度，又为结构加固补强提 供技术依据。

8.1.2选取有代表性的部位进行检测，既可减少测试工作量，又使测试结果更符

.1.2选取有代表性的部位进行检测，既可减少测试工作量，又使测试结果更符 合湿凝土实际情况

由于水的声速比空气的声速大4倍多，如果受损伤而较疏松的表层混凝土很潮 湿，则其声速测值偏高，与未损伤的内部混凝土声速差异减小，使检测结果产生较 大误差。测试部位表面有接缝或饰面层，也会使声速测值不能反映损伤层混凝土实 际情况。

3.1.3为了提高检测结果的准确性和可靠性，可根据测试数据选取

8.2.1混凝土表面损伤层检测，一般是将换能器放在同一测试面上进行单面平测， 这种测试方法接收信号较弱，换能器主频频主愈高，接收信号愈弱。因此，为便于 测读，确保接收信号具有一定首波幅度，宜选用较低主频的换能器。 8.2.2、8.2.3检测时T换能器与被测混凝土表面必须耦合良好，且固定不动。依 次移动R换能器（原规程定为每次移动50mm），为便于检测较薄的损伤层，R换能 器每次移动的距离不宜太大，所以修改为30mm。为便于绘制“时一距”坐标图，每 测位的测点数应不少于6点。发现损伤层厚度不均匀时，应适当增加测位的数量 使检测结果更具有真实性

8.3.1、8.3.2原规程单纯用作图法求得Vt、V，和L。值，由于该方法的数据处理 过程十分繁杂，而且往往因坐标图的声时轴比例较粗，求得的数值误差较大，因此 修改成用回归分析的方法分别求出损伤、未损伤混凝土的回归直线方程，再根据两 个回归直线的交点在轴上，对应的距离为Lo，回归系数b1=Vt、b2=Va按公式（8.3.2） 计算损伤层厚度。（8.3.2）式是依据以下原理推导而得：如图8.3.2所示，T、R 换能器距离较近时，超声波沿损伤层直接传播到接收换能器（R），随着T、R换能 器间距增大，部分声波穿过损伤层沿未损伤混凝土传播一定距离后，再穿过损伤层 到达接收换能

图8.3.2检测损伤层厚度示意图

器，当T、R换能器间距增大到一定距离时，穿过损伤层经未损伤混凝土传播到R换 能器的声波，比沿损伤层直接传播的声波早到达或同时到达R换能器，即t，≥t2。 由图可以看出t = L, / V

9灌注桩混凝士缺陷检测

9.1.1一般灌注桩的直径（或边长）多在0.6m以上，由于灌注桩的特定施工条件， 在混凝土灌注过程中，易产生夹泥、颈缩、空洞等缺陷。从一些模拟实验和大量工 程实测结果来看，采用超声法检测灌注桩混凝土缺陷是较为有效的方法

9.2.1声测管的理设数量应能保证沿灌注桩横断面有足够的检测范围，同时还要 保证超声仪能够接收到清晰的信号。 9.2.2限制PVC塑料管的使用范围，是因为PVC塑料管的刚度小且容易损坏。采 用外加套管连接是为了保持通直且可避免接头处内壁存在突出物。管的上下端封闭 是为了避免在施工时水泥浆和砂土等杂物堵塞声测管。 9.2.3管的上端高于桩顶表面且同一根桩的声测管外露高度相同，是为了检测方 便和易于控制换能器在声测管中的位置。 9.2.4为确保浇筑混凝过程中声测管不变形不移位，声测管应做牢靠地固定 般采用绑扎的方法进行固定，不宜将钢管直接焊在固定点上，这样容易烧穿钢管

9.2.4为确保浇筑混凝土过程中声测管不变形不移位，声测管应做牢靠地固定 一般采用绑扎的方法进行固定，不宜将钢管直接焊在固定点上，这样容易烧穿钢管 在钢管内壁形成煌瘤，影响钢管的通直

9.2.4为确保浇筑混凝土过程中声测管不变形不移位，声测管应做牢靠地固定，

3.1、9.3.4检测的应做好充分准备工作。了解有关资料，便于检测数据的分林 管内注清水作为耦合剂，以保证换能器与管壁之间的良好耦合。在放入换能器 应先检查各声测管是否通畅，以免测试过程中换能器被卡在管内

9.4.1灌注直径较天时，宜选择主频较低的换能器，仪器发射电压调到较高档， 以保证有较强的接收信号。将T、R换能器分别放人两个声测管的顶部或底部，以一 定高程等距离同步向下或向上移动，逐点检测。当相邻测点的检测数据存在明显差 异时，应及时校核换能器的高度，避免发生差错。必要时可以取出换能器检验仪器 系统工作是否正常。

9.4.2对数据可疑的部位进行复测，是为了检查测试操作是否有错误，当确认测 试操作无误时，便可以通过对测、交叉斜测及扇形扫测的方法找出存在异常数据的 范围。

9.4.2对数据可疑的部位进行复测，是为了检查测试操作是否有错误，当确认测

分析：①桩身同一横截面上缺陷所占面积；②整个桩身存在缺陷的数量及其分散情 况；③缺陷沿桩身高度方向的分布位置。结合桩的受力状态，分析缺陷对桩身完整 性的损害程度进行划分。

10钢管混凝土缺陷检测

10.1.1对于胶结不良的钢管混凝土，由于管壁与混凝土之间存在空气介质，声波 在此处产生反射或绕钢管壁传播，导致检测数据和缺陷判断的错误。 0.1.2 由于钢的声速远快于混凝土的声速，如果测点布置不合理或钢管内混凝土 声速较低，仪器接收到的首波信号很可能是沿钢管壁传播的，此时便不能反映钢管 内混凝土的质量憎况。 0.1.3 规定钢管的表面光洁、无严重锈蚀，旨在保证检测时换能器与钢管外壁之 间声耦合良好，减少声能的意外损失，以增强检测数据的可比性

10.2.1钢管混凝土检测示意图说明测点的布置方式，无论在同一横截面对测还是 保持一个较小的倾斜角度进行斜测，每对测点的连线都必须通过钢管混凝土中心。 10.2.2选择钢管与混凝土胶结良好的部位布置测点，是为了保证发射声波能较充 分地沿径向穿透钢管混凝土，从而反映核心混凝土的质量情况。因此，在检测前应 采用简易方法先检查钢管与核心混凝土的胶结情况，以确定测点的位置。 10.2.3在钢管圆周和母线方向等分、等距画线布置测点，其日的是为了保证每 对测点的直达声波都通过钢管混凝土中心，并使测点布置均匀。 10.2.4通过圆心逐断面径向对测，是钢管混凝土最基本的检测方法，可直接用钢 管标称外径作为测距计算声速，便于检测数据的分析比较。 10.2.5对于大直径的钢管混凝土，为了提高测试灵敏度，可按照本规程第9章， 预埋声测管进行检测。

10.3.1与6.3.1和6.3.2条文说明同。 0.3.2当测点较少，无法用统计方法判别异常值时，可用每个测点的声速、波幅、 主频等参数与相同混凝土、相同直径的正常钢管混凝土声学参数进行比较，综合分 沂判别所测部位的核心混凝士是否存在缺陷

有色金属标准附录A测量空气声速进行声时计算

在超声测试中，仪器的训·时系统是否正常，操作者的测读方法是否正确，都 直接影响声时读数的可靠性。由于空气的声速除受温度影响外，受其它因素的影响 很小，因此用测量空气声速的办法来检验仪器的计时性能和操作者的测读方法是行 之有效的。实践证明，只要仪器正常，操作人员测读正确，空气声速的测量值就十 分接近标准值，其相对误差小于土0.5%如果相对误差较大，应首先检查测距和声时 的测量是否有误，然后再检查仪器有关电路。

附录B径向振动式换能器声时初读数（too）的测目

由于两个径向振动式换能器不能相互直接耦合，也不能耦合于标准棒上测其声 卖数，只能置于水中的同一水平高度，以两个换能器之间两次不同距离侧得的声时 直按式（B.0.1）计算，如利用钻孔测量混凝土声时，声时初读数就按（B.0.2）式 算，如果利用预理声测管测量混凝土声时，初读数中还包含声测管所用材料的2 培壁厚的声延时，即按（B.0.3）式计算。 表B.0.1的数据是根据《物理手册》中水的声速（Vw）与其温 度（T.）之间的相关直线式：V=1.433+0.0252T.计算而得

附录 C空洞尺寸估算方法

在混凝土缺陷检测中，有时需要对内部空间尺寸进行估算。为便于计算，将混 凝土中的空洞理想化为“球形”或者是其轴线垂直于声波传播方向的“圆柱体”， 并且视空洞周围为正常混凝土，着与实际情况存在较大差异，所以计算结果只能是 大致尺寸。不过经模拟实验和工程实测表明，用该方法粗略估算空洞尺寸是可行的 表C.0.1中的数据是根据图C.0.1的原理推导计算而得：

当结构的被测部位只有一对可供测试的表面时给排水管理，因为无法确定 C.0.1式计算空洞尺寸。此式是假设空洞位于超声检测路径的正中央推