CECS21：2000《超声法检测混凝土缺陷技术规程》.pdf

超声仪声时计量检验应按时一距“法测量空气声速的实 v"（见附录A），并与按公式（3.3.1)计算的空气声速标准v 较，二者的相对误差应不人于士0.5%。

=331.4V1+0.00367.Tk

度付1K度宁 Tk一一一被测空气的温度（℃）。 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 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。

定高度，然后把仪器衰减系统的衰减量增加或减少6dB钙镁磷肥标准，此时屏幕 波幅高度应降低一半或升高一倍。

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； 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 1

4.1.6检测时应避免超声传播路径与附近钢筋轴线平

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 的1/6。

校核或加密测点补测。

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t：（读至0.1μs)； 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t，（us），再将游标脉冲调至相邻的波谷（或 皮峰），读取声值t（us），按（4.2.1）式计算出该点（第i点）第 个周期波的主频f:（精确至0.1kHz）

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

5在进行声学参数测量的同时，应注意观察接收信号的 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 混凝士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△t（us），取1000/△t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混凝士声时值应按下式计算

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理埋管中检测时，宜用 钢卷尺测量放置T、R换能器的钻孔或预理管内边缘之间的距离； 4测距的测量误差应不大于士1%

式中 不跨缝平测时第i点的超声波实际传播距离（mm）； hci第i点计算的裂缝深度值（mm）; t一一第i点跨缝平测的声时值(μs); mhc 各测点计算裂缝深度的平均值（mm）； n 测点数。 5.2.3 裂缝深度的确定方法如下：

.2.3裂缝深度的确定方法如

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：

式中X,一第i点的声学参数测量值 n—参与统计的测点数。

n一参与统计的测点数。 6.3.2异常数据可按下列方法判别： 1将测位各测点的波幅、声速或主频值由大至小按顺序分别 排列,即X≥X2≥≥X,≥Xn+1..,将排在后面明显小的数据 视为可疑，再将这些可疑数据中最大的·个（假定X，）连同其前面 的数据按本规程第6.3.1条计算出mx及sx值，并按下式计算异 常情况的判断值（X。）：

6.3.2异常数据可按下列方法判别：

式中入1按表6.3.2取值。 将判断值（X。）与可疑数据的最大值（Xn）相比较，当Xn不大 于X。时，则X，及排列于其后的各数据均为异常值，并且去掉 X，再用X～X1进行计算和判别，直至判不出异常值为止；当 X，大于X。时，应再将X，+1放进去重新进行计算和判别； 2当测位中判出异常测点时，可根据异常测点的分布情况. 按下式进一步判别其相邻测点是否异常：

式中入2、入3按表6.3.2取值。当测点布置为网格状时取入2；当单 排布置测点时（如在声测孔中检测）取入3。 注：若保证不了耦合条件的一致性，则波幅值不能作为统计法的判据。

表6.3.2统计数的个数n与对应的21、,、23值

6.3.3当测位中某些测点的声学参数被判为异常值时，可结合异 常测点的分布及波形状况确定混凝土内部存在不密实区和空洞的 位置及范围。 当判定缺陷是空洞，可按附录C估算空洞的当量尺寸。

用素影响时，可判定混凝士结合面在该部位结合不良

8表面损伤层检测8.1一般规定8.1.1本章适用于因冻害、高温或化学腐蚀等引起的混凝土表面损伤层厚度的检测。8.1.2检测表面损伤层厚度时，被测部位和测点的确定应满足下列要求：根据构件的损伤情况和外观质量选取有代表性的部位布置测位;2构件被测表面应平整并处于自然干燥状态，且无接缝和饰面层。8.1.3本方法测试结果宜作局部破损验证。8.2测试方法8.2.1表面损伤层检测宜选用频率较低的厚度振动式换能器。8.2.2测试时T换能器应耦合好，并保持不动，然后将R换能器依次耦合在间距为30mm的测点1、2、3、..位置上，如图8.2.2所示，读取相应的声时值t、t2、t3..，并测量每次T、R换能器内边缘之间的距离11、1、13、。每一测位的测点数不得少于6个，当损伤层较厚时，应适当增加测点数。图8.2.2检测损伤层厚度示意图

9灌注桩混凝士缺陷检测9.1一般规定9.1.1本章适用于桩径（或边长）不小于0.6m的灌注桩桩身混凝士缺陷检测。9.2埋设超声检测管9.2.1根据桩径大小预埋超声检测管（简称声测管），桩径为0.6～1.0m时宜理二根管；桩径为1.0～2.5m时宜埋三根管，按等边三角形布置；桩径为2.5m以上时宜埋四根管，按正方形布置，如图9.2.1所示。声测管之间应保持平行。(a)双管(b)三管(c)四管图9.2.1声测管理设示意图9.2.2声测管宜采用钢管，对于桩身长度小于15m的短桩，可用硬质PVC塑料管。管的内径宜为35～50mm，各段声测管宜用外加套管连接并保持通直，管的下端应封闭，上端应加塞子。9.2.3声测管的埋设深度应与灌注桩的底部齐平，管的上端应高于桩顶表面300~500mm，同一根桩的声测管外露高度宜相同。9.2.4声测管应牢靠固定在钢筋笼内侧。对于钢管，每2m间距设一个固定点，直接焊在架立筋上；对于PVC管，每1m间距设一固定点，应牢固绑扎在架立筋上。对于无钢筋笼的部位，声测管可:21:

用钢筋支架固定。9.3#检测前的准备9.3.1了解有关技术资料及施工情况。9.3.2向管内注满清水。9.3.3采用一段直径略大于换能器的圆钢作疏通吊锤，逐根检查声测管的畅通情况及实际深度。9.3.4用钢卷尺测量同根桩顶各声测管之间的净距离。9.4检测方法9.4.1现场检测步骤：根据桩径大小选择合适频率的换能器和仪器参数，一经选定，在同批桩的检测过程中不得随意改变；2将T、R换能器分别置于两个声测孔的顶部或底部，以同一高度或相差一定高度等距离同步移动，逐点测读声学参数并记录换能器所处深度，检测过程中应经常校核换能器所处高度。9.4.2测点间距宜为200～500mm。在普测的基础上，对数据可疑的部位应进行复测或加密检测。采用如图9.4.2所示的对测、斜测、交叉斜测及扇形扫测等方法，确定缺陷的位置和范围。RR(a) 对测(b) 斜测(c)交叉斜测(d)扇形扫描测图9.4.2灌注超声测试方法部面示意图9.4.3当同一桩中埋有三根或三根以上声测管时，应以每两管为·22.

一个测试面，分别对所有部面进行检测

f:=1000/Tbi（kHz）

9.5.3 结合判断方法绘制相应声学参数一深度曲线。 9.5.4 根据可疑测点的分布及其数值大小综合分析，判断缺陷的

.5.4根据可疑测点的分布及其数值大小综合分析，判断缺 立置和范围，

9.5.5当需用声速评价一个桩的混凝土质量匀质性时，可分别按

9.5. 5当需用声速评价

（9.5.5）各式计算测点混凝土声速值（U:）和声速的平均值（m）、标 准差（S）及离差系数（C）。根据声速的离差系数可评价灌注桩混 凝土勾质性的优劣。

式中U: 第i点混凝土声速值（km/s）； 第i点测距值（mm）： ti 第i点的混凝土声时值（us）； 测点数。 9.5.6 缺陷的性质应根据各声学参数的变化情况及缺陷的位置

9.5.6缺陷的性质应根据各声学参数的变化情况及缺

缺陷的性质应根据各声学参数的变化情况及缺陷的位置 生行综合判断。可按表9.5.6评价被测桩完整性的类别

表9.5.6桩身完整性评价

10钢管混凝土缺陷检测10.1一般规定10.1.1本检测方法仪适用于管壁与混凝七胶结良好的钢管混凝土缺陷检测。10.1.2检测过程中应注意防止首波信号经由钢管壁传播。10.1.3所用钢管的外表面应光洁，无严重锈蚀。10.2检测方法10.2.1钢管混凝土检测应采用径向对测的方法，如图10.2.1所示。T.R.RR.(a)平面图(b)立面图图10.2.1钢管混凝土检测示意图10.2.2应选择钢管与混凝土胶结良好的部位布置测点。10.2.3布置测点时，可先测量钢管实际周长，再将圆周等分，在钢管测试部位画出若干根母线和等间距的环向线，线间距宜为150~300mm。10.2.4检测时可先作径向对测，在钢管混凝土每一环线上保持T、R换能器连线通过圆心，沿环向测试，逐点读取声时、波幅和主频。.25:

10.2.5对于直径较大的钢管混凝土，也可采用预埋声测管的方

2.5对于直径较大的钢管混凝土，也可采用预埋声测管的方 测，按本规程第9章的规定执行。

10.3.1同一测距的声时、波幅和频率的统计计算及异常值判别 应按本规程第6.3.1和6.3.2条规定进行。 10.3.2当同一测位的测试数据离散性较大或数据较少时，可将 怀疑部位的声速，波幅、主频与相同直径钢管混凝土的质量正常部 位的声学参数相比较，综合分析判断所测部位的内部质量。

附录B径向振动式换能器声时

将两个径向振动式换能器保持其轴线相互平行，置于清水中 司一水平高度，两个换能器内边缘间距先后调节在（如 200mm），l2（如100mm），分别读取相应声时值t1、tz。由仪器、换 能器及其高频电缆所产生的声时初读数t。应按下式计算。

用径向振动式换能器在钻孔中进行对测时，声时初读数应按 下式计算：

当用径向振动式换能器在预理声测管中检测时，声时初读数 应按下式计算：

当采用一只厚度振动式换能器和一只径向振动式换能器进行 过，声时初读数可取该二对换能器初读数之和的一半。

1、为使于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格程度 不同的用词，说明如下： 1）表示很严格，非这样做不可的： 正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”。 2）表示严格，在正常情况下均应这样做的： 正面词采用“应”；反面词采用“不应”或“不得”。 3）表示充许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的： 正面词采用“宜”；反面词采用“不宜”。 4）表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。

中国工程建设标准化协会标准

CECS 21 : 2000

目次1总则(37)3超声波检测设备(38)3.1超声波检测仪的技术要求(38)3.2换能器的技术要求(40)3.3超声波检测仪的检定(40)4，声学参数测量(42)4.1·般规定(42)4.2声学参数测量·(43)5 裂缝深度检测(46)5. 1一般规定(46)5. 2单面平测法(46)5.3双面斜测法(47)5. 4钻孔对测法(48)6不密实区和空洞检测(50)6. 1一般规定(50)6.2测试方法(50)6.3数据处理及判断(51)混凝土结合面质量检测(53)7. 1一般规定(53)7. 2测试方法(53)7. 3数据处理及判断·(54)8表面损伤层检测(55)8.1一般规定(55)8.2测试方法(55):35:

8.3数据处理及判断·

灌注桩混凝土缺陷检测 (58) 9. 1 一般规定 (58) 9.2 埋设超声检测管· (58) 9.3 检测前的准备 (58) 9. 4 检测方法 (59) 9.5 数据处理及判断· (59) 10 钢管混凝土缺陷检测 ·· (61) 10.1 一般规定 (61) 10.2 检测方法· (61) 10.3 数据处理及判断 (62) 附录A 测量空气声速进行声时计量校验 (63) 附录 B 径向振动式换能器声时初读数（too）测量 (64) 附录 C 空洞尺寸估算方法 (65)

灌注桩混凝土缺陷检测 (58) 9. 1 一般规定 (58) 9.2 埋设超声检测管· (58) 9. 3 检测前的准备 (58) 9. 4 检测方法 (59) 9.5 数据处理及判断 (59) 10 钢管混凝土缺陷检测 .· (61) 10.1 一般规定 (61) 10.2 检测方法 · (61) 10.3 数据处理及判断 (62) 附录A 测量空气声速进行声时计量校验 (63） 附录 B 径向振动式换能器声时初读数（too）测量 (64） 附录C 空洞寸估 (6.5）

1.0.2、1.0.3本规程适用于各种混凝土和钢筋混凝土的缺陷检 测。根据我国工程质量检测的实际需要，增添了灌注桩和钢管混 凝土缺陷检测。本规程的修订，反映了混凝土超声检测技术不断 成熟以及用于混凝土检测的超声仪器已发展到一个新水平。 1.0.4由于混凝土是非均质的弹粘塑性材料，对超声脉冲波的吸 收、散射衰减较大，其中高频成份更易衰减。因此，超声波检测混 凝土缺陷一般采用较低的发射频率。当混凝土的级成材料、工艺 条件、内部质量及测试距离一定时，其超声传播速度、首波幅度和 接收信号主频等声学参数一般无明显差异。如果某部分混凝土存 在空洞、不密实或裂缝等缺陷，破坏了混凝工的整体性，与无缺陷 混凝土相比较声时值偏大，波幅和频率值降低。超声波检测混凝 上缺陷，正是根据这一基本原理，对同条件下的混凝土进行声速、 波幅和主频测量值的相对比较，从而判定混凝士的缺陷情况。 1.0.5在进行混凝士缺陷检测时，还应遵守现行的安全技术和劳 动保护等有关规定

3.1超声波检测仪的技术要

3.1.1原规程编制过程中，我国尚未生产数学式混凝土超声检测 仪，超声检测设备的技术要求是按当时模拟式非金属超声仪的技 术性能提出的。近年来国内先后研制生产了性能好、功能多的数 字式非金属超声检测仪，为了适应这两类混凝土超声检测仪的使 用，修订中除了保留两类仪器的共性要求外，还分别对模拟式和数 字式超声波检测仪的技术性能提出了要求。两类混凝士超声波检 则仪的含义是： 1模拟式仪器用游标读取首波声时，并由数码管显示，也可 由接收信号首波波幅起跳达到一定电平后，关断声时计数电路并 自动显示声时值，但当信号较弱时声时读数的误差较大；波幅的读 数，采取固定屏幕波幅，调节衰减器衰减值读取，或者保持衰减器 不动，直接在屏幕上读取首波高度的刻度数。 2数字式食品是将接收信号按一定时序转换成二进制数字 量存入计算机内存。可通过软件程序判读首波声时，其判读精确 度由数学波形样品时间间隔和软件功能决定，应能在低信噪比情 况下准确判读，而波幅值由软件判读计算直接读取，并显示于仪器 屏幕上。

3.1.2超声波检测仪应按现行国家有关标准要求进行严格

1结构混凝土存在缺陷时，会使声时、波幅、主频和波形发生 变化，因此测量这些声学参数都须使用波形稳定、清晰的波形显示 系统。

2声时最小分度是声时测量精度的决定因素，因此，超声检 测仪应满足这个要求。 3在测距一定耳测线平行的条件下，接收信号首波的大小可 以反映混凝士缺陷的存在与否。模拟仪器一般采用衰减器测量波 幅值，因此，超声仪应具有最小分度为1dB衰减器。数字式仪器 的波幅判读由软件计算其波幅的dB值或直接读取波幅的电压 直，其精度均已超过1dB。 4仪器接收放大器的主频响应与混凝土超声检测中一般使 用20～250kHz的换能器相适应，所以接收放大器在此频响范围 可以满足电气性能要求。 单纯考虑接收放大器的增益是不全面的，应同时考虑其噪声 水平，所以用信噪比达到3：1时的接收灵敏度要更为实际，它可以 直观的反映出仪器与超声波穿透距离有关的重要技术因素。 5仪器对电源电压的适应范围，系统指当电源在此范围内波 动时，其全部技术指标仍能达到额定值。 3.1.4对模拟式超声波检测仪还应满足下列技术要求： 1模拟式超声波检测仪必须具备手动游标读数功能，以便准 确判读首波声时。自动整形声时读数功能一般仅适应于强信号、 弱噪声条件，信噪比降低会导致白动整形声时读数的大误差，甚至 丢波，要谨慎使用。 2模拟仪器数码显示的稳定性是准确测量的基础。现场测 试一般要求仪器连续工作4h以上，在工作期间，仪器性能必须保 持一定的稳定性。 3.1.5对数字式超声波检测仪还应满足的技术要求： 1数字式仪器以自动判读方式为主，在大距离测试或信噪比 极低的情况下，需要用手动游标读数。手动或自动判读声时，在同 一测试条件下，测量数值的重复性是准确测量的基础，故应建立 定的检查声时测景重复性的方法，在重复测试中，判定首波起始点

1模拟式超声波检测仪必须具备手动游标读数功能，以便准 确判读首波声时。自动整形声时读数功能一般仅适应于强信号、 弱噪声条件，信噪比降低会导致白动整形声时读数的大误差，甚至 丢波，要谨慎使用。 2模拟仪器数码显示的稳定性是准确测量的基础。现场测 试一般要求仪器连续工作4h以上，在工作期间，仪器性能必须保 持一定的稳定性

3.1.5对数字式超声波检测仪还应满足的技术要求：

1数学式仪器以自动判读方式为主，在大距离测试或信噪比 极低的情况下，需要用手动游标读数。手动或自动判读声时，在同 一测试条件下，测量数值的重复性是准确测量的基础，故应建立 定的检查声时测量重复性的方法，在重复测试中，判定首波起始点 的样本偏差点数乘以样本时间间隔即声时读数的差异。

2数学化超声波检测仪波幅读数的精度取决于数字信号采 样的精度和屏幕波形幅度，在采样精度一定的条件下，加大屏幕幅 变可提高波幅读数的精度，直接读取波幅电压值其读数精度应达 到mV级并取小数点后有效位数两位。 在混凝土缺陷检测中，结合波形畸变现象有利于缺陷判别，因 此，要具备显示、存储和打印数学化波形的功能。波形最大存储长 度由最大探测距离所决定。 3自动判读声时及波幅时，在屏幕上应显示其判读的位置 这样可及时检查自动读数是否存在错误。 4数字化超声波检测仪一般都具有幅度谱功能。

3.2换能器的技术要求

3.2.1混凝土缺陷超声检测中，根据需要可采用平面测试（单面 测试和通过两个平面对穿测试）或孔中测试（单孔和双孔测试）。 平面测试所用的换能器是厚度振动方式，孔中测试用径向振动式 换能器（圆管式换能器径向指向性一致）。 3.2.2混凝土缺陷检测，一般选用频率为20～250kHz的换能器

（径向振动式换能器目前最高频率有60kHz），可根据测距大 混凝土质量好坏选用合适频率的换能器。一般在保证具有 收信号幅度的前提下，尽量选用较高频率的换能器，以提高对 陷反映的灵敏性

3.2.3换能器的实测频率与标称频率应尽量一致,实际

在水中检测一般水深不大于100m，换能器水密性在1MPa时 不漏水是可以满足要求的。

这项检验方法为定期检验仪器综合性能提供一种声时理 准民政标准，不仅检验了仪器的计时机构是否可靠，还验证了仪器

操作者的声时读取方法是否准确。 3.3.2波幅值一般按分贝（dB）计量表示，波幅值被增加（或减 少）6dB，对应的屏幕波幅高度应升高（或降低）一倍，如果波幅变 化高度不符，表示仪器衰减系统不正确或者波幅计量系统有误差 但要注意波幅变化中应始终不超屏。

4.1.1了解、收集被测结构的有关资料和情况，为综合分析产生 质量问题的原因和拟定检测方案提供依据，同时也是综合分析测 试结果和存档必不可少的技术资料

的可能性，检测应突出重点，选取对混凝土质量有争议或根据施工 情况易产生质量事故的部位进行检测，以求迅速而准确的判定质 量问题。

缺陷和不均匀性，但反映混凝土质量的声学参数容易受混凝土表 面状态影响。为了使检测数据具有真实性和良好的可比性，必须 避免表面状况对检测的影响。因此，应保持混凝土测试面平整、清 洁无泥砂、灰尘。

4.1.4因为超声波在混凝土中的衰减大小除了与混凝

关外还与发射的超声波主频有关，较高主频的超声波在混凝土中 声能衰减更快，首波幅度变化更明显，判别缺陷的灵敏度高。但选 用的主频过高，首波很微弱，无法辨别波幅的变化，也不能有效判 别混凝土缺陷。因此，在工程检测中，应视当时的测距大小，选用 较高主频换能器。使用模拟式仪器时，宜以无缺陷混凝土的首波 幅度不小于30mm为前提。

良好的声耦合。当耦合层中夹杂泥沙或者存在空气市政工程标准规范范本，使声时延长、 波幅降低，检测结果就不能真实反映混凝土内部质量情况。