CN108872386B - 混凝土强度超声波角测法检测的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土强度超声波角测法检测的校正方法，本方法按平测法布置发射和接收探头，超声波检测仪记录超声波在混凝土内的声时；依次移动接收探头至若干测点，超声波检测仪记录若干测点的声时，得到一组发射与接收探头距若干测点间距及相应声时的数据，对该数据进行回归分析，得到时距回归直线方程；按角测法布置发射和接收探头，超声波检测仪记录超声波在混凝土内的声时，测定发射和接收探头直径的几何中心距直角边间距；角测法声程计算时修正发射和接收探头几何中心距直角边间距减去时距回归直线方程截距的一半，从而得到准确的声程值。本方法减少声程检测误差，提高超声波检测混凝土强度的精度，确保混凝土强度超声波检测准确性。

Description

混凝土强度超声波角测法检测的校正方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土强度超声波角测法检测的校正方法。

背景技术

混凝土是建筑的主要材料，其与钢筋共同配合工作，成为建筑的主要承重构件。混凝土强度的超声回弹综合法检测以强度与超声波在混凝土中的传播参数之间的相关关系为基础实现，传播参数包括声速、衰减系数以及传播距离。通常混凝土超声波检测技术中有对测法、角测法及平测法。

对测法是将超声波发射探头和接收探头分别置于混凝土相对平行的两侧面并连接超声波检测仪，超声波检测仪记录超声波在混凝土内的声时，根据混凝土两侧面间平行的距离即声程，可得到声速，即：

式(1)中：V为声速、t为声时、L为声程。

角测法是将超声波发射探头和接收探头分别置于混凝土相邻两侧面并连接超声波检测仪，同样，超声波检测仪记录超声波在混凝土内的声时，根据《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS02：2005规定，角测法声程为两探头直径几何中心点连线的长度。

平测法是将超声波发射探头和接收探头分别置于混凝土同一侧面并连接超声波检测仪，同样，超声波检测仪记录超声波在混凝土内的声时，按上述规程，平测法中测距为两探头直径几何中心连线的长度。

上述各方法中，得到声速代入混凝土强度的相关计算公式即可得出混凝土强度值。

通常对于混凝土超声声速检测的误差要求应小于2％，设声时和声程的检测误差各占1％，声时误差可通过提高超声波检测仪的检测精度控制，则声程检测误差决定了超声波检测混凝土强度的误差。目前国内关于角测法中声程的确定方法存在缺陷，从而使得超声波检测混凝土强度产生较大误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种混凝土强度超声波角测法检测的校正方法，本方法克服传统角测法超声波检测声程确定的缺陷，减少声程检测误差，从而提高混凝土强度超声波检测技术的精度，确保混凝土强度超声波检测的准确性。

为解决上述技术问题，本发明混凝土强度超声波角测法检测的校正方法包括如下步骤：

步骤一、按平测法在混凝土的同一侧面布置发射和接收探头，超声波检测仪记录超声波在混凝土内传播的声时；

步骤二、固定发射探头，沿混凝土的同一侧面依次移动接收探头至若干测点，超声波检测仪记录若干测点的声时，得到一组发射与接收探头若干测点间距及相应声时的数据，对该数据进行回归分析，得到“时～距”回归直线方程；

L＝a+Vt (2)

式(2)中：L为发射探头与接收探头的间距、a为截距、V为声速、t为声时；

步骤三、按角测法将超声波发射探头和接收探头分别置于混凝土相邻两侧面并连接超声波检测仪，超声波检测仪记录超声波在混凝土内的声时，发射探头直径的几何中心点到混凝土直角边的间距为L₁，接收探头直径的几何中心点到混凝土直角边的间距为L₂；

步骤四、对角测法声程计算进行修正，角测法声程按下式计算：

式(3)中：L_jc为角测法声程、L₁₁＝L₁－a/2、L₁₂＝L₂－a/2；

步骤五、角测法声速按下式计算：

式(4)中：V_jc为角测法声速、t为角测法声时，根据角测法声速V_jc通过相关公式计算得到混凝土强度值。

进一步，上述步骤二中发射探头距若干测点的间距分别为200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm和500mm。

进一步，上述步骤三中发射探头和接收探头直径的几何中心距直角边间距在200mm至500mm之间。

由于本发明混凝土强度超声波角测法检测的校正方法采用了上述技术方案，即本方法首先按平测法在混凝土的同一侧面布置发射和接收探头，超声波检测仪记录超声波在混凝土内传播的声时；固定发射探头，沿混凝土的同一侧面依次移动接收探头至若干测点，超声波检测仪记录若干测点的声时，得到一组发射与接收探头若干测点间距及相应声时的数据，对该数据进行回归分析，得到“时～距”回归直线方程；再按角测法在混凝土相邻两侧面布置超声波发射探头和接收探头并连接超声波检测仪，超声波检测仪记录超声波在混凝土内的声时，分别测定发射探头和接收探头直径的几何中心点到混凝土直角边距离；角测法声程计算时，将发射和接收探头直径的几何中心点到混凝土直角边的距离各减去前述平测法“时～距”回归直线方程中截距数值的一半后，用该两条边长按“勾股定理”计算得到的斜边长度，即得到角测法检测准确的声程值。本方法克服传统超声波角测法检测中声程确定的缺陷，减少声程取值的误差，从而提高超声声速检测技术的精度，确保混凝土强度超声波检测的准确性。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明混凝土强度超声波角测法检测的校正方法中平测法示意图；

图2为本方法中采用平测法得到的“时～距”回归直线示意图；

图3为本方法中角测法示意图；

图4为多阶梯试块对测法示意图；

图5为多阶梯试块角测法示意图。

具体实施方式

实施例如图1、图2和图3所示，本发明混凝土强度超声波角测法检测的校正方法包括如下步骤：

步骤一、采用混凝土试块1，按平测法将超声波发射探头2和接收探头3分别置于混凝土试块1同一侧面并连接超声波检测仪，超声波检测仪记录超声波在混凝土试块1内传播的声时；

步骤二、固定发射探头2，沿混凝土试块1的同一侧面依次移动接收探头3至若干测点，超声波检测仪记录若干测点的声时，得到一组发射探头2与接收探头3若干测点间距及相应声时的数据，对该数据进行回归分析，得到“时～距”回归直线方程；

L＝a+Vt (2)

式(2)中：L为发射探头与接收探头的间距、a为截距、V为声速、t为声时；

步骤三、按角测法将超声波发射探头2和接收探头3分别置于混凝土试块1相邻两侧面并连接超声波检测仪，超声波检测仪记录超声波在混凝土试块1内的声时，发射探头2直径的几何中心距直角边间距为L₁，接收探头3直径的几何中心距直角边间距为L₂；

步骤四、对角测法声程计算进行修正，角测法声程按下式计算：

式(3)中：L_jc为角测法声程、L₁₁＝L₁－a/2、L₁₂＝L₂－a/2；

步骤五、角测法声速按下式计算：

式(4)中：V_jc为角测法声速、t为角测法声时，V_jc代入相应公式得到混凝土试块的强度值。

优选的，上述步骤二中发射探头2距若干测点的间距分别为200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm和500mm。

优选的，上述步骤三中发射探头2和接收探头3直径的几何中心距直角边间距在200mm至500mm之间。

本方法创新性地提出了“相同声时测距等效”的观点，本方法在角测法中计算声速的距离不再采用《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS02：2005中规定的取两超声波探头几何中心点的方法，而是更改为两超声波探头中心点向混凝土试块直角边平移一个修正距，取两探头中心点平移修正后的两点间直线距为声程，该修正距可采用平测法并对数据进行处理后得到。本方法修正了目前通用的混凝土超声波角测法试验中声程计算的不合理，试验结果表明采用“相同声时测距等效”确定的测距为混凝土超声波角测法的声程，比现行《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS02：2005正确、可靠；且本方法操作简便，检测成本无增加，能有效提高混凝土强度超声检测技术的精度，确保建筑工程构件的安全，适用于混凝土超声波角测法检测技术的所有应用场合，如混凝土强度、缺陷等的检测。

超声波检测的发射探头和接收探头也称换能器，众所周知，在超声波对测法中，测距非常明确，是两个换能器平行辐射面间相隔的距离。现行角测法中，其测距采用换能器设置构成的三角形直角边(CECS 02：2005标准的直角边取两换能器直径的几何中心点与构件边缘的距离)通过勾股定理计算斜边得出。但是从换能器中发射的不是激光，而是像手电筒光柱状的波束，由图3超声波角测法示意图显而易见：斜边边长计算值取混凝土试块直角边至换能器直径几何中心点比混凝土试块直角边至换能器直径端面边缘点大。设一对换能器对称布置于混凝土试块相邻两边，取三角形直角边等长，即换能器构成的三角形为等边直角三角形。国内通用换能器直径为38mm，当取换能器直径端面的边缘点至混凝土试块直角边间距为200～500mm时，换能器中心点距与端面边缘点距以及它俩相应计算的斜边边长、两斜边边长的比值见表1：

表1不同的换能器近边缘点距与中心点距的测距比值

由上表可知，当换能器端面边缘点距混凝土试块直角边间距为500mm时，两斜边边长比值最小，随换能器距混凝土试块直角边间距减小，两斜边边长比值逐渐增大，在换能器端面边缘点距混凝土试块直角边间距小于400mm时，两斜边边长比值超过5％，由此造成声速检测的较大误差。

为了得到超声波角测法的准确测距，本方法创新性提出了“相同声时测距等效法”。为避免混凝土中钢筋、骨料等原材料的差异性对试验的影响，采用灌浆料制作匀质体试块，如图4所示，制作具有多个阶梯的匀质体试块4，阶梯面41距试块4侧面的间距分别为200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、500mm；使用频率为50Hz、直径为38mm的换能器5进行超声波检测，按对测法对试块4各阶梯面41进行试验，得到各阶梯面41的声时和声速；然后如图5所示按角测法进行试验，将一对换能器5置于试块4直角边的相邻两侧面，试验时同步移动一对换能器5依次至对测法在各阶梯面41所得到的声时后停止，尽管是同步移动一对换能器，但不一定对称，因此宜分别测量2个换能器5几何中心点距试块直角边间距L_zx，并计算斜边距A、换能器5端面边缘点距试块直角边间距L_by和斜边距B，以及应用本方法得到的换能器5距试块直角边间距L_js和斜边距C，见表2。

表2相同声时测距等效法检测数据

本方法研究中采用“相同声时测距等效法”，即先按平测法得到了“时～距”回归直线方程L＝a+Vt＝26+4.379t；然后按对测法检测图4中匀质体梯形试块不同阶梯测距上的声时值后，再置换能器于图5中匀质体梯形试块直角边的相邻两侧面进行超声角测试验，利用已知各阶梯上的测距及其对测声时值，且观察超声检测仪的示波屏，同步移动发射、接收换能器至某一已知对测测距声时值的位置，测量发射换能器、接收换能器直径的几何中心点到混凝土直角边的间距L_zx，将L_zx减去“时～距”回归直线方程截距a的一半数值13mm得L_js，根据勾股定理计算直角三角形斜边距，定该斜边距为角测法中的声程测距。由表2可见，由校准后的角测法测距与已知匀质体试块各阶梯上对称测距相当。

由表2可见，在设定声程为200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、500mm时，A栏(换能器中心点)的斜边距(声程)为正误差，B栏(换能器端面边缘点)的斜边距(声程)为负误差，C栏(校准后)的斜边距(声程)与设定声程的误差最小，同时表明在短测距的场合，如测距小于200mm时，误差相对偏大，因此本方法限定在工程检测中，换能器距混凝土直角边间距在200mm至500mm之间，以保证本方法的精度；通过上述试验证明本方法比CECS02：2005标准可靠、有效，提高了混凝土强度的超声检测精度。

Claims (3)

1.一种混凝土强度超声波角测法检测的校正方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、按平测法在混凝土的同一侧面布置发射和接收探头，超声波检测仪记录超声波在混凝土内传播的声时；

步骤二、固定发射探头，沿混凝土的同一侧面依次移动接收探头至若干测点，超声波检测仪记录若干测点的声时，得到一组发射与接收探头若干测点间距及相应声时的数据，对该数据进行回归分析，得到“时～距”回归直线方程；

L＝a+Vt (2)

式(2)中：L为发射探头与接收探头的间距、a为截距、V为声速、t为声时；

步骤三、按角测法将超声波发射探头和接收探头分别置于混凝土相邻两侧面并连接超声波检测仪，超声波检测仪记录超声波在混凝土内的声时，发射探头直径的几何中心点到混凝土直角边的间距为L₁，接收探头直径的几何中心点到混凝土直角边的间距为L₂；

步骤四、对角测法声程计算进行修正，角测法声程按下式计算：

式(3)中：L_jc为角测法声程、L₁₁＝L₁－a/2、L₁₂＝L₂－a/2；

步骤五、角测法声速按下式计算：

式(4)中：V_jc为角测法声速、t为角测法声时，根据角测法声速V_jc通过相关公式计算得到混凝土强度值。

2.根据权利要求1所述的混凝土强度超声波角测法检测的校正方法，其特征在于：步骤二中发射探头距若干测点的间距分别为200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm和500mm。

3.根据权利要求1所述的混凝土强度超声波角测法检测的校正方法，其特征在于：步骤三中发射探头和接收探头直径的几何中心距直角边间距在200mm至500mm之间。

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