水泥混凝土結(jié)構(gòu)檢測中超聲波技術(shù)的應(yīng)用研究

馬先耀

水泥混凝土結(jié)構(gòu)是我們?nèi)粘Ｊ褂玫慕ㄖ薪?jīng)常采用的建筑結(jié)構(gòu)之一，其施工質(zhì)量之間關(guān)系到建筑主體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，因此，對水凝混凝土結(jié)構(gòu)進行檢測非常重要。超聲波技術(shù)是一項無損檢測水泥混凝土結(jié)構(gòu)的檢測技術(shù)，檢測操作簡單，結(jié)果準確，在實際應(yīng)用中非常廣泛，本文對水泥混凝土結(jié)構(gòu)檢測中超聲波技術(shù)的應(yīng)用進行分析，論述該技術(shù)的檢測原理以及實際應(yīng)用，以實現(xiàn)對水泥混凝土結(jié)構(gòu)的有效檢測。

水泥混凝土結(jié)構(gòu)在土木工程的施工中非常常見，而且是大部分土木工程的主體結(jié)構(gòu)，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到土木工程的整體質(zhì)量。因此，在水泥混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后對其進行質(zhì)量檢測非常重要。超聲波技術(shù)是最常用的檢測技術(shù)之一，其可以較為準確的檢測出土木工程中水泥混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷與不足，且不會對其造成損害。超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用，可以及時發(fā)現(xiàn)水泥混凝土結(jié)構(gòu)施工中出現(xiàn)的缺陷，并對整改進行指導(dǎo)，保證土木工程水泥混凝土結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量，其主要利用了聲學(xué)原理，在不破壞水泥混凝土結(jié)構(gòu)的前提下，對其內(nèi)部的力學(xué)性質(zhì)進行評估與檢測，與土木工程的水泥混凝土結(jié)構(gòu)檢測中應(yīng)用非常廣泛。

一、超聲波技術(shù)檢測水泥混凝土結(jié)構(gòu)的原理

1.超聲波技術(shù)檢測水泥混凝土強度的基本原理

超聲波技術(shù)檢測水泥混凝土結(jié)構(gòu)的強度是利用聲波在不同介質(zhì)中其傳播的速度不同而進行檢測的。水泥混凝土結(jié)構(gòu)在施工中，由于施工技術(shù)或施工材料的影響，其密度分布并不均勻，如果超過一定的限度對于水泥混凝土結(jié)構(gòu)的強度會造成不良影響。超聲波技術(shù)正是利用了聲波在密度不同的介質(zhì)中傳播速度不同的原理，實現(xiàn)對水泥混凝土結(jié)構(gòu)強度的檢測。在檢測過程中，整體水泥混凝土結(jié)構(gòu)的強度應(yīng)該取其檢測的最小值，如果是抽樣檢測，要保證檢測合格率在95%以上。在實際的檢測中，對水泥混凝土結(jié)構(gòu)強度的檢測其影響因素較多，尤其是受到施工材料與施工工藝的影響，比如水膠比、集料、鋼筋以及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)等都會對水泥混凝土結(jié)構(gòu)的強度檢測有所影響，因此，進行檢測時，要對這些影響參數(shù)進行統(tǒng)計與調(diào)整，并總結(jié)其關(guān)系曲線，檢測后用關(guān)系曲線表示水泥混凝土強度的檢測結(jié)果。

2.超聲波檢測水泥混凝土缺陷的基本原理

對于水泥混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的檢測，主要是依靠發(fā)射超聲波然后通過對反射波的分析判斷水泥混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷。主要的設(shè)備組成有發(fā)射換能器、信號接收器以及接收換能器等，檢測的參數(shù)主要包括反射回來的波幅、波速以及頻譜等。通過對這些參數(shù)的分析可以對水泥混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷位置以及性質(zhì)進行確定。這是由于混凝土結(jié)構(gòu)并不是均質(zhì)結(jié)構(gòu)，不同部位對于超聲波的吸收特性不同，相對而言其對于高頻超聲波的吸收能力更強，因此水泥混凝土結(jié)構(gòu)檢測時主要是通過低頻超聲波進行。如果水泥混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量較好，比較勻稱均勻，那么其接收到的超聲波反射信號往往較為一致；如果水泥混凝土結(jié)構(gòu)施工時存在較大的缺陷，比如存在空洞結(jié)構(gòu)、斷層現(xiàn)象以及雜物填充等，那么其接收到的超聲波反射信號則波動較大，其波速、波幅以及頻譜都會出現(xiàn)突然變化。

3.超聲波技術(shù)對水泥混凝土缺陷的判別依據(jù)

超聲波技術(shù)可以有效地檢測出水泥混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷，其主要的缺陷為空洞、裂縫、雜物以及不密實等，而通過對超聲波的發(fā)射波的各項參數(shù)進行分析可以很好的總結(jié)出這些缺陷，以下是判斷水泥混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的主要依據(jù)：

（1）繞射現(xiàn)象判斷：當(dāng)水泥混凝土結(jié)構(gòu)中存在缺陷時，如果超聲波穿過該部位，則會產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，超聲波的傳播速度會受到影響，那么即可以通過對波速測量或者接受時間的測量對水泥混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的種類與范圍進行檢測；

（2）散射現(xiàn)象判斷：當(dāng)水泥混凝土結(jié)構(gòu)中存在缺陷時，如果超聲波穿過該部位，則會出現(xiàn)散射現(xiàn)象，超聲波會因吸收程度的不同出現(xiàn)波幅變化，接收到的參數(shù)也會發(fā)生較大變化，根據(jù)對參數(shù)的分析可以對水泥混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的位置與范圍進行確定；

（3）頻譜變化判斷：當(dāng)水泥混凝土結(jié)構(gòu)中存在缺陷時，如果超聲波穿過該部位，則會出現(xiàn)較為明顯的頻譜變化，從而可以準確判斷出缺陷位置與大??；

（4）波形變化判斷：當(dāng)水泥混凝土結(jié)構(gòu)中存在缺陷時，如果超聲波穿過該部位，則會出現(xiàn)波形的變化，不同的波段會在缺陷位置相互疊加，對波形進行分析可以較為準確的判斷水泥混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的位置以及范圍。

二、水泥混凝土結(jié)構(gòu)檢測中的超聲波分析

1.超聲回彈綜合法

超聲回彈綜合法主要是對水泥混凝土結(jié)構(gòu)的強度進行檢測，其檢測的精度較高，檢測較為方便快捷，是現(xiàn)階段最常用的水泥混凝土強度檢測方法。超聲回彈綜合法主要包括超聲法與回彈法兩部分，其中超聲法主要負責(zé)對水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部材料以及信息特征進行檢測；回彈法主要是對水泥混凝土結(jié)構(gòu)的表面特征以及其彈性和塑形進行檢測，通過兩者的結(jié)合應(yīng)用可以較為全面的反應(yīng)水泥混凝土結(jié)構(gòu)的強度。其主要的流程與檢測參數(shù)為：首先檢測超聲波在水泥混凝土結(jié)構(gòu)中的傳播時間，然后計算出波速，再測出水泥混凝土表面的回彈值，最后根據(jù)以上殘水，利用波速與強度成正比的關(guān)系全面分析水泥混凝土結(jié)構(gòu)的強度。

2.超聲波檢測水泥混凝土缺陷的分析

水泥混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷主要存在與內(nèi)部，很難直觀地察發(fā)現(xiàn)。主要的缺陷類型為空洞、不密實以及裂縫等，這些缺陷均會影響水泥混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和性能，且隱蔽性較強，易發(fā)生長期危害，因此對其進行檢測非常有必要，以下進行分析：

（1）不密實與空洞的檢測

超聲波技術(shù)可以實現(xiàn)對水泥混凝土結(jié)構(gòu)的無傷檢測，且穿透效果以檢測效果都更好，在檢測中不容易受到干擾。目前主要的超聲檢測法為超聲脈沖聲速法以及超聲脈沖回波法。前者主要是通過向水泥混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)射超聲波然后在對側(cè)接受信號，測量超神波波速分析水凝混凝土結(jié)構(gòu)中是否存在缺陷；后者主要是通過向水泥混凝土發(fā)射超聲波然后在同側(cè)接受回波，測量其速度與世界進行分析的一種方法。相對而言，前者應(yīng)用更為廣泛，當(dāng)發(fā)射超聲波后，如果其經(jīng)過了不密實或者空洞部分，傳播速度會受到影響，根據(jù)對其聲波特性的測量，可以較為準確的檢測出缺陷部位。

（2）裂縫缺陷檢測

裂縫是水泥混凝土結(jié)構(gòu)中非常常見的缺陷類型，其對于水泥混凝土的影響非常大，且會不斷發(fā)展，引發(fā)較為嚴重的后果。針對水泥混凝土裂縫缺陷的檢測主要使用超聲脈沖法，可以較好的檢測出裂縫的走向以及長度，常用的有單面平測法和雙面斜測法兩類，前者在小范圍裂縫中應(yīng)用更為廣泛。采用單面平測法時，要選擇科學(xué)合理的測點，且要有跨縫和不跨縫兩類測點，測點的位置要注意避開內(nèi)部的鋼筋位置，降低鋼筋的干擾。采用雙面斜測法時，注意要選取相互平行的測量面，然后對波幅、波速以及頻譜的變化判斷裂縫的情況。

三、超聲波在水泥混凝土結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用

1.平面測試

平面測試是水泥混凝土結(jié)構(gòu)中經(jīng)常應(yīng)用的超聲波檢測方法，這是由于土木工程中矩形的梁柱水泥混凝土結(jié)構(gòu)非常常見，其主要是通過平面測試法進行檢測。平面測試法根據(jù)測試類型與方向的不同，主要分為對測法、斜測法以及平測法三種，以下分別進行介紹：

（1）對測法：對測法是經(jīng)常采用也是最簡單的檢測方法，其主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)規(guī)則的具有兩個平行面的水泥混凝土結(jié)構(gòu)檢測中，在檢測時現(xiàn)在兩個平行面上使用水準儀放線，并打出矩形的網(wǎng)格，然后在網(wǎng)格點上涂抹耦合劑。進行檢測時將超聲波發(fā)生器與接收器分別置于兩個平面相對的位置上，然后進行檢測。該方法可以較好的確定缺陷的位置，但是對于缺陷大小的檢測效果較差，且易錯過小型缺陷。

（2）斜測法：斜測法與對側(cè)法具有一定的相似性，其主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)規(guī)則的具有兩個平行面的水泥混凝土結(jié)構(gòu)檢測中，在檢測時現(xiàn)在兩個平行面上使用水準儀放線，并打出矩形的網(wǎng)格，然后在網(wǎng)格點上涂抹耦合劑。與對測法不同的是，進行檢測時斜測法將超聲波發(fā)生器與接收器分別置于兩個平面錯開的網(wǎng)格位置上，然后進行檢測。相比于對測法，斜測法可以更好的確定水泥混凝土內(nèi)部缺陷的位置和大小，且不易錯過小型缺陷。

（3）平測法：平測法是對只有一個可測試面的水泥混凝土結(jié)構(gòu)進行檢測的一種方式，其主要以測量超聲波回波為主，通過對回波的測量可以較好的判斷水泥混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的大小，但是對于缺陷位置的檢測效果較差。

2.鉆孔測試

鉆孔式檢測需要對水泥混凝土結(jié)構(gòu)進行定性鉆孔，且要使用徑向換能器改裝超聲波檢測儀，其主要原理與方法與平測法相同，是針對大體積水泥混凝土進行檢測的一種方法，通過鉆孔在水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部人為制造一個平面進行檢測，因此，主要分為孔中對測與孔中斜測兩種方式。前者主要是將徑向換能器的發(fā)射端和接收端置于同一平面內(nèi)進行檢測，后者主要是將徑向換能器的發(fā)射端和接收端保持一定的高差進行檢測。

四、結(jié)語

水泥混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代土木工程中應(yīng)用極為廣泛，其施工質(zhì)量直接關(guān)系到土木工程施工的整體質(zhì)量，尤其是在一些大型民生工程中，比如水利工程、橋梁建筑等，水泥混凝土的施工質(zhì)量非常重要。而超聲波技術(shù)是現(xiàn)階段檢測水泥混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的主要技術(shù)，應(yīng)用非常廣泛，其主要利用了聲波在介質(zhì)中傳輸?shù)脑恚瑱z測的準確性與效率較高，對于提高土木工程水泥混凝土結(jié)構(gòu)的建設(shè)質(zhì)量具有重要的促進作用。隨著超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展，近年來超聲CT 掃描技術(shù)開始在工程檢測中應(yīng)用，其可以更為直觀的以圖像方式反應(yīng)出水泥混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的情況。