混凝土檢測中超聲波技術的應用

【摘要】超聲波是物探技術中的一種，其在水利工程中有著廣泛的應用。由于其檢測效率高，檢測結果準確，受到人們的歡迎。本文結合具體的工程實例對混凝土檢測中超聲波技術的應用進行分析。

【關鍵詞】混凝土檢測；超聲波；缺陷檢查

引言

混凝土結構在施工中會由于多種因素的影響是指結構內外部出現(xiàn)缺陷，影響了水利工程的整體質量。所以，作為施工單位，需要提高對混凝土結構施工的重視程度，并加強檢測，進行質量評定，從而保障工程的施工質量。檢測技術的四是，可以對混凝土結構的完整性進行測定，這樣在一定程度上可以對結構安全穩(wěn)定性進行評估，也可以節(jié)約建設成本，維護各方利益與安全。

1、混凝土缺陷的檢測分類與判別依據(jù)

缺陷檢測就是對混凝土內部的缺陷進行檢測，判斷其是否存在空洞、不密實區(qū)域、裂縫大小等。超聲脈沖法是指測量超聲脈沖波在混凝土中的傳播速度等各項參數(shù)，并對這些參數(shù)以及具體變化進行分析從而判斷測量位置的混凝土內部是否存在缺陷。主要的判斷依據(jù)如下：第一，依據(jù)超聲波在混凝土中的傳播是否存在繞射的現(xiàn)象，依據(jù)聲時或者是聲速的變化判斷缺陷的嚴重程度；第二，依據(jù)超聲波在缺陷位置的傳播現(xiàn)象分析波幅變化，注重觀察是否發(fā)生散射；第三，依據(jù)超聲脈沖參數(shù)遇到缺陷時的變化，例如接收的信號主頻率是否降低以及降低的幅度，或者是接收波頻譜和反射波頻譜是否存在差異，從而判斷內部是否存在缺陷；第四，依據(jù)超聲波在缺陷位置處的波形變化進行判斷。

2、超聲波在混凝土檢測中的應用

使用超聲波檢測儀對混凝土構件進行缺陷檢測時，根據(jù)構件的形狀、尺寸、大小、環(huán)境等條件，選用合適的測試方法。常規(guī)的測試方法有平面測試、鉆孔或預埋管測試和混合測試三種方法。

2.1平面測試

平面測試法是在常規(guī)的矩形柱或梁構件上使用平面換能器測試構件同一方向缺陷的方法，這種測試方法是最為常規(guī)也是工程中應用率最高的測試方法。平面測試法又包括三種測試方法，分別為： 對測法、斜測法和平測法。1） 對測法。對測法在平面測試法中屬于最為簡單的方法，進行測試前，在混凝土構件上相互平行的兩個混凝土面上用水準儀放線，在所檢測的混凝土外表面上用墨盒打出50 mm × 50 mm 或100 mm × 100 mm 的網格，在所測網格的點上涂抹耦合劑，再將超聲波發(fā)射探頭和接收探頭置于同一直線上，具體如圖1a） 所示。這種方法適用于矩形截面的混凝土構件，構件具有一對或兩對不遮擋、具有檢測條件的互相平行的表面。采用此方法可大致測出混凝土內的位置，對其缺陷大小較難測試，并且由于在網格交點進行測試，因此易錯過網格內的缺陷，將測量小型缺陷成為一種小概率事件。2） 斜測法。斜測法對構件的要求和測試前對構件的處理相同，測試方法是將發(fā)射探頭和接收探頭相互錯開一個網格的方法進行測試，如圖1b） 所示。采用此方法可適用于矩形截面的混凝土構件，構件具有一對或兩對不遮擋、具有檢測條件的互相平行的表面。采用此方法進行檢測可對混凝土內部缺陷進行精確定位，確定缺陷較為精確的范圍及大小。3） 平測法。平測法主要對僅具有一個測試面的混凝土構件進行測試，如對筏板基礎、大體積混凝土等構件，如圖1c） 所示。這種測試方法是通過超聲波在混凝土構件底部反射而接收的波速或聲時大小判斷缺陷的位置和大小。采用此方法進行測試時測試結果也相對準確，但對缺陷位置定位較為困難。

2.2 鉆孔測試

采用鉆孔式檢測時，需對超聲波檢測儀更換徑向換能器進行檢測。此測試方法的測試原理同平測法類似，即進行測試時將大體積混凝土中所鉆的孔間混凝土作為一個相對的平面進行測試。這種測試方法分為孔中對測和孔中斜測兩種測試方法。1） 孔中對測。將徑向換能器的發(fā)射端和接收端置入鉆好的孔或預埋的管道內，將兩個徑向換能器放置同一水平高度上，在每隔一定間距內進行測試，測試缺陷的位置及大小，測試示意圖如圖2a） 所示。2） 孔中斜測?？字行睖y的方法與平測法中的斜測法基本相同，即將徑向換能器置入鉆好的孔或預埋的管道內，將兩個徑向換能器保持一定高差進行測試，測試缺陷的位置及大小，測試示意圖如圖2b） 所示。

2.3 混合測試法

混合測試法是將平面測試法與孔中測試法相結合的測試方法。采用這種測試方法的優(yōu)點在于可對斷裂類混凝土或不允許大面積開洞的混凝土構件測試，測試范圍大于平測法和孔中測試法?；旌蠝y試法的原理是使用平面換能器和徑向換能器進行綜合測試，測試時也分為平測法和斜測法兩種類型。平測法即將兩種換能器放置同一水平處進行測試； 斜測法即將兩種換能器錯開一定距離進行測試，測試方法同平測法及孔中測試法基本相同。

3、試驗分析

3.1 試驗目的

1） 模擬混凝土柱可能出現(xiàn)的所有缺陷，在目前最常用的探頭布置方式下，測得完好混凝土以及各類缺陷的波速、聲時、波幅等信息，得出典型缺陷波形圖，并分析各類缺陷的特點。2） 研究混凝土出現(xiàn)不同程度脫空時超聲波的傳遞特點。

3.2 試件制作

為了更好地模擬水利工程中的混凝土柱，制作了一個直徑為1 000mm、高度為2m、澆筑C30微膨脹混凝土的混凝土柱，在試件中分別設置了0. 2 ～ 2. 0mm 的脫空缺陷、蜂窩缺陷區(qū)域、內部加強環(huán)下側缺陷及其設置了孔洞的內部加強環(huán)。其中，利用粘貼泡沫模擬脫空缺陷，通過添加泡沫模擬蜂窩區(qū)域，內部加強環(huán)下側粘貼泡沫模擬加肋板上孔洞缺陷，在中央底部放置了塑料圓管模擬孔洞缺陷，同時設置帶孔洞的內部加強環(huán)是為了讓內部加強環(huán)下側無孔洞，與帶缺陷的內部加強環(huán)區(qū)域做對比。

3.3 試驗方法

采用HC-U81 混凝土超聲波檢測儀，共測2 個立面，分別為不帶孔洞內部加強環(huán)側立面、帶孔洞內部加強環(huán)側立面（ 兩立面相互垂直） 。各立面從上至下每隔100mm 設1 個測點，1個立面設18 個測點，共36 個測點，測點布置及編號如圖4 所示。

3.4 試驗結果

根據(jù)實測結果，將各測點聲波數(shù)據(jù)整理匯總，其中A1 ～ A5，B1 ～ B5 處于環(huán)形全脫空缺陷區(qū)，B6 ～ B7 處于局部脫空缺陷區(qū)，A8 ～ A9 處于內部加強環(huán)下部孔洞缺陷區(qū)，A11～ A13，B11 ～ B13 處于蜂窩模擬區(qū)，A17 ～ A18，B17～ B18 處于混凝土內部孔洞區(qū)，其余測點位置處于質量完好混凝土區(qū)域。試驗結果表明： 在無缺陷區(qū)域超聲波聲時在245 ～ 255μs，波速在3 900 ～ 4 100km/s，波幅在30 ～40dB； 在環(huán)形全脫空缺陷以及局部脫空區(qū)域，超聲波聲時比正?；炷羺^(qū)域大，并且聲時值隨著脫空值的增大而增大，從而導致聲速降低，波幅變化； 在蜂窩模擬區(qū)域及混凝土內部孔洞區(qū)域超聲波聲時均有增大，但聲時增大值相比于脫空缺陷小，波速隨著聲時的增大而減小，波幅稍有降低。在存在脫空缺陷時，超聲波波幅變化較大，在脫空值較小區(qū)域波幅呈降低趨勢，但脫空值達到一定值后（ 約為1. 4mm） 波幅突然增大，在A1 ～ A2，B1 ～ B2 點測得的波形有少量雜波，這可能與超聲波在脫空缺陷中傳遞路線有關。

4、結束語

超聲法由于有規(guī)范指導，并且在檢測的準確性以及經濟角度上都有一定的優(yōu)越性，因此目前在水利工程中檢測混凝土缺陷是最常用的方法。但超聲法的應用需要工程人員有一定的經驗，在實際檢測工程中檢測結果容易受到現(xiàn)在環(huán)境的影響，多提供超聲波檢測數(shù)據(jù)及圖形有利于超聲法檢測技術在混凝土缺陷檢測中的推廣。另外，可以嘗試對超聲CT 掃描技術進行開發(fā)研究，將超聲CT掃描檢測技術應用在水利工程混凝土缺陷檢測中，讓檢測結果更直觀化。

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作者簡介：徐加益（1970-）男，漢族，貴州安順人，本科學歷，高級工程師，主要從事水利工程物探工作。