超聲法檢測混凝土內部缺陷的實例分析

陳東亮 宋曉林

（河南省中原建設有限公司，河南 鄭州 450000）

1 超聲法檢測混凝土缺陷原理及影響因素

當混凝土的組成材料、工藝條件、內部質量及測試距離一定時，其超聲傳播速度、首波振幅和接收信號主頻等聲學參數一般無明顯差異。如果某部分混凝土存在空洞、不密實或裂縫等缺陷，破壞了混凝土的整體性，與無缺陷的混凝土相比較聲時會偏大，波幅和頻率值會降低。超聲法檢測混凝土缺陷，正是根據這一基本原理，對同條件下的混凝土進行聲速、波幅和主頻測量值的相對比較，從而判定混凝土的缺陷情況。

2 超聲檢測混凝土缺陷的影響因素

2.1 構件形狀、尺寸及檢測點之間的距離

因超聲波在傳播過程中，指向性差，由發射換能器進入混凝土內的超聲波實際上是以換能器為半徑的球面波，同時由于混凝土中眾多的界面，會導致超聲波復雜的反射和折射，彼此相互干擾和疊加，造成很大的漫射聲能，因此構件的形狀及截面尺寸對超聲波的傳播有一定影響。同時超聲波在傳播過程中衰減較大，在檢測過程中，發射端和接收端之間距離過大會降低接受新號的強度，抗散射和衍射波的干擾能力變差，因此會降低檢測的準確性。

2.2 混凝土

混凝土的水泥種類、水灰比、骨料級配、抗壓強度等均會影響到超聲波在混凝土中的傳播速度。一般情況下，聲速隨水灰比的降低，抗壓強度的增高而變快。

2.3 混凝土中的鋼筋配制

因超聲波在鋼筋中的傳播速度要高于混凝土中的傳播速度，因此混凝土中的鋼筋配制會影響到超聲波在混凝土中的傳播。超聲波速隨著平行于檢測連線的鋼筋配制率的增加而變快。

3 超聲法檢測混凝土缺陷工程實例

某工業建筑的設備基礎采用現澆混凝土結構，由梁類構件和柱類構件組成。該設備在運轉過程中振動過大，超過其設計指標，因此為了解該設備基礎是否因此而產生內部損傷，需對其內部質量進行檢測。采用直穿法與斜傳法相結合的測量方法對該建筑的設備基礎梁和柱進行了檢測。梁、柱截面及鋼筋配制形式見圖1，超聲檢測結果見表1。梁寬1.2m，柱截面尺寸為1.2m×1.2m，測距均為1.2m。由表1可以看出，混凝土柱中聲速大于混凝土中聲速值，且標準差與聲速的比值更小，表明超聲波在混凝土柱中的傳播較混凝土梁更為快速、穩定。柱未發現異常點，梁存在一個異常點，經現場在出現異常點部位鉆取混凝土芯樣，未發現其內部存在明顯缺陷，由此我們判斷其內部質量良好。

圖1 構件截面鋼筋配制示意圖

表1 混凝土內部缺陷檢測結果匯總表

4 檢測結果分析

從以下幾個方面分析其聲速值存在較大差異的原因。

4.1 檢測條件

在檢測過程中，檢測儀器均處于正常狀態，采樣過程中超聲脈沖波的發射頻率均固定在一相同值，超聲波型未發現異常情況。其次檢查了兩個構件表面質量，檢測位置均未發現蜂窩麻面等表面缺陷。檢測時，均很好的保證了收發探頭與構件表面緊密的粘結在一起，傳感器與構件表面之間耦合良好，排除了因檢測條件不同造成的聲速差異較大的可能。

4.2 混凝土強度

被測梁柱設計混凝土強度等級均為C25，采用同一批混凝土澆筑。現場采用回彈法、鉆芯修正法對其構件混凝土強度進行了檢測，檢測結果為梁混凝土強度推定值26.0MPa，柱混凝土強度25.4MPa，由此判斷混凝土強度的差別不是造成此次聲速值差別較大的原因。

4.3 構件的鋼筋配制

經查閱圖紙，被測梁截面尺寸1.2m×3m，柱截面尺寸為1.2m×1.2m，鋼筋配制示意圖見圖1。現場使用鋼筋掃描儀對其鋼筋配制進行了檢測，實測鋼筋配置與設計相符。

由于測點布置在垂直構件截面寬度方向上的兩個平行側面上，根據梁、柱的鋼筋配制截面示意圖，可發現柱的附加箍筋走向與超聲波的傳播方向平行，且柱沿寬度方向配置的附加箍筋較梁的密集，該種現象很容易引起超聲波在混凝土柱中傳播時，聲波大部分能量是沿柱中附加箍筋傳導到超聲儀的接收探頭處。根據超聲波在鋼筋中的傳播速度約為混凝土中的傳播速度的1.2～1.9倍。因此可判定混凝土柱中的聲速值較混凝土梁中的聲速值大，是由于柱中的與聲波傳播方向平行的附加箍筋所引起。

結語

根據這一工程實例看出，當采用超聲法檢測鋼筋混凝土構件混凝土內部缺陷時，如果構件中走向與聲波傳播方向平行的鋼筋布置的較密集時，鋼筋對聲速值的影響很大，在檢測工作中應加以注意。

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