混凝土无损检测技术讲稿

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1、结构混凝土无损检测技术结构混凝土无损检测技术是以声、光、电、磁、力或变形等物理量,与混凝土组份及构造的关系,或根据预先试验及数理统计建立的相关性,推定评判混凝土的强度和缺陷或损伤的方法。无损检测技术的特点:1.检测过程无损于材料、结构的组织和使用性能;2.直接在构筑物上检测并推定混凝土强度、评判结构混凝土的缺陷或损伤;3.重测或复检方便,重复性好;4.方法简便,检测随机性强;5.由于间接评判,存在着系统操作误差和随机抽样误差;6.影响因素较多,专业性和检测操作要求较高。一、超声波检测技术基本知识超声波是械机波——振动是波动产生的根源,波动是振动

2、的传播过程。声频>20000HZ称超声,混凝土超声检测频率范围:20~200KHZ一般用40~100KHZ1.超声波基本物理量:=————(1)——波长(cm)V——介质的波速(km/s)f——超声频率(KHz)T——波的周期(µs)按(1)式,对一定波速的介质,给定超声波探测的频率,可以确定波长。探测混凝土内部缺陷线度大小往往以所用的超声波长来复核,超声波长与所测的缺陷线度大小相当,或小于缺陷尺寸,检测的灵敏度较高,波长超过缺陷线度,探测的灵敏度则低。用高频短波长探测还要兼顾接收信号和首波幅度可鉴为基础。因为探测频率过高。能量衰减较大,甚至接

3、受不到信号。2.超声波型:(1)纵波——(代表符号P)介质中质点振动方向与波传播方向一致,称为纵波(见PP1),即介质受拉伸压缩的交变应力。固体、液体、气体具有容变弹性,所以纵波能在固、液、气介质中传播。在块体中纵波波速:————(2)在板中纵波波速:————(3)在杆中纵波波速:————(4)E——动弹模量(N/m2)——介质密度(g/cm3)——泊松系数(2)横波——(代号S)介质质点的振动方向与波的传播方向相垂直,称为横波(见PP1)。横波使介质产生剪切变形,液体、气体无一定形状。形变时不产生切变应力。故液、气中不能传播横向。横波传速:—

4、———(5)G——剪切模量(N/m2)(3)表面波——(代号R)固体介质表面受交变张力,使介质表面发生相应的纵向和横向合成振动,围绕平衡位置作椭圆振动(见PP1),表面波只能在固体中传播。表面波波速:————(6)(当=0.28)(当=0.28)所以:当混凝土的泊松比介于0.20~0.30之间,介于1.63~1.87之间。即在混凝土中,纵波速度为横波速度的1.63~1.87倍。1.超声场的结构(见PP2)圆盘波源辐射的声场,声能按一定规律单向辐射——声波束。近场长度为D——晶片直径——波长在紧贴晶片部分声压分布不均匀,区内干涉最严重、影响探测结

5、果,称为盲区。声束指向性:超声波集中一定区域并向一个方向强烈辐射的现象,称为声场的指向特性,又以半扩散角表示:圆晶片方晶片(—波D—晶片直径—晶片边长)指向特性由声场中心线与主声束边缘之间的夹角来描述。越小,指向性越好,灵敏度和分辨率也越高。混凝土超声检测的频率低,半扩散角大,除可以作对测之外,还可以作斜测,角测和平测。4.超声入射波的反射和折射:(1)垂直入射波时声压反射率和透射率:声压反射率________________(7)声压透射率________________(8)________________第一界质的声阻抗,________

6、________第二界质的声阻抗。当Z1=Z2时则R=0D=1即声能全透射。当Z2«Z1即时则R=1D=0即声能全反射(2)声波斜射进入介质中波型转换特性(见PP图列)a.反射折射定律:——(9)b.第一临界角=Sin-1—(10)(即第二界质中超声纵波的折射角为900)第二临界角=Sin-1—(11)(即第二界质中超声横波的折射角为900)c.倾斜入射波:不同介质中波型转换(见pp图列)L——纵波,T——横波,——入射角,——反射角,β——折射角5.超声波的衰减(1)衰减系数及衰减量:声波在介质中传播过程,其振幅随过声波传播距离的增大而逐渐减

7、小——衰减。a.衰减系数声波在任何介质中传播声能均产生衰减,衰减大小变化与超声频率及传播距离有关,也与材料的内部结构及性质有关。超声传播,其声压随距离的增加而降低,其衰减按指数方式变化:取自然对数:(奈培/cm)(分贝/cm)b.衰减量:Np=ln(奈培)(—传播x距离的接收声压,P0—传播距离为0的声压)dB=20lg=20lg(分贝)(A1—接收信号首波幅度,A0—基准的首波幅度)由于声压比是无量纲的,声压与接收信号的振幅成正比关系,也可以用振幅变化代替声压变化,因此,衰减量计算可用:(分贝)分贝值为负称衰减;分贝值为正称增益。(2)混凝土

8、中声波衰减的原因a.吸收衰减():材料的粘滞性吸收声能;质量振动内摩擦使声能转变为热能,与探测频率成正比。b.散射衰减():混凝土中颗粒结构、缺陷、夹

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