建筑工程中混凝土檢測技術及應用分析

【摘 要】超超聲無損檢測技術由于具有穿透能力強、對人體無害、應用范圍廣、檢測深度大、缺陷定位準確以及成本低等特點，成為國內外應用最廣泛、使用頻率最高、發展最快的無損檢測技術。本文主要介紹了超聲法的基本理論，并針對應用做了分析。

【關鍵詞】無損檢測；混凝土結構；超聲檢測技術

隨著混凝土結構的廣泛使用，其質量檢測和性能評估是目前土木工程界迫切需要解決的問題。由于結構混凝土無損檢測技術能反映結構物中混凝土的強度、均勻性、連續性等各項質量指標，對保證新建工程質量，以及對已建工程的安全性評價等方面具有無可替代的重要作用，因而越來越受到人們的重視。

1 超聲檢測技術概述

超聲法是一種廣泛用于混凝土缺陷探測的方法，混凝土的物理力學性能與超聲波在其中的傳播速度及其他聲學參數有很好的相關性。超聲波的探測精度能滿足缺陷探測要求，但以目前的超聲儀及換能器，當超聲波換能器正對測試時，在混凝土中的最大穿透距離只能達到10m左右，而當換能器錯開一定距離時，穿透距離僅能達到2、3m。顯然超聲波換能器無法滿足長距離探測的要求。采用稀土超磁致伸縮材料制作的超磁致換能器，具有發射功率大、發射頻率高、穿透距離遠、接收信號頻帶寬、重復性好、余振短等優點，能夠同時兼顧到傳播距離及檢測分辨率，是一種理想的長距離探測震源。超磁致換能器發射中心頻率為10-50kHz，處于可聞聲波及超聲波頻段。將超磁致換能器和超聲波換能器發射產生的應力波統稱為聲波。

目前，超聲探傷常用的缺陷分析判斷方法有經驗法、數理統計法、數值判據法和模糊判別法。經驗法，即依據超聲探傷的基本原理判別缺陷。其結果依賴于檢測人員的實踐經驗，漏判和誤判嚴重。數理統計法簡單易行，但是只能對單個聲學參數進行統計意義上的判斷，且物理意義不明確。數值判據法須根據測試值建立合理的物理模型，經適當的數學處理后，找出一個可能存在缺陷的臨界值作為判斷的依據。模糊判別法是計算各聲學參數相對于正常獲異常的隸屬度，然后將各個聲學參數加權平均得到綜合的相對于正常或異常的隸屬度。由于測試分析方法本身的局限性，以上方法仍處于定性或半定量水平，都只對缺陷的定位具有一定精度，而對缺陷的大小、形狀及性質難以給出定量的結果，從而給最終準確評價帶來困難。超聲波的頻率范圍為20kHz至15MHz，超聲發生器則是由產生超聲頻振蕩的電子線路和換能器(傳感器)組成。超聲層析的應用范圍很廣，早在世界二次大戰期間，超聲層析在軍事監測方向就獲得了比較滿意的效果，以后更廣泛地應用于醫學之中；此外，超聲層析在工業無損探傷方面用途也很廣。

2 超聲無損檢測技術在工程中的運用分析

超聲無損檢測屬于彈性波法。在各種無損檢測方法中，超聲無損檢測是當前無損檢測工作中研究最活躍、發展最快的檢測方法。目前，超聲脈沖檢測技術已成為檢測工程結構質量的重要手段之一。其主要優點是有效探測距離長，測試精度高，設備簡單且無污染。

將超聲技術技術應用于混凝土質量檢測中，其理論依據是混凝土的質量與聲速有較好的相關性，首先在被測混凝土結構物某斷面上，將測區劃分成網格，發射換能器在一側某點發射，接收換能器在另一側所有點上接收，使每個網格都有2條以上的測線通過，利用聲時通過反演技術獲得測區各部分的波速分布圖，從而確定缺陷區的位置、尺寸以及缺陷本身的波速，推斷缺陷的類型、強度等。

2.1 超聲無損檢測的基本原理

根據彈性波的運動學和動力學特征，彈性波層析成像方法可以分為兩大類：一是以運動特征為基礎的射線層析成像；二是以動力學特征為基礎的波動方程層析成像。

作為反演聲波穿透的射線層析成象，其基本思想是根據聲波的射線幾何運動學原理，將聲波從發射點到接收點的旅行時間表達成探測區域介質速度參數的線積分，然后通過沿線積分路徑進行反投影來重建介質速度參數的分布圖像。

混凝土聲波CT無損檢測技術就是根據聲波射線的幾何運動學原理，利用最先進的聲渡發射、接收系統，在被檢測塊體的一端發射，在另一端接收，用聲波掃描被檢測體，然后利用計算機反演成像技術，呈現被檢測體各微小單元范圍內的混凝土聲波速度，進而對被檢測體作出質量評價。

2.2 觀測系統布置

根據混凝上結構物的形狀特點，對結構物常用的測線布置方式為：白色點為接收點，黑色點為激發點。理論及實踐都證明，三側激發一側接收，所得反演效果最好。射線密度達到要求。一般檢測過程中測線都采用該方式布置，激發邊和接收邊道間距，1般在20-50cm范圍。在結構物兩端的部份，可適當加密激發點和接收點，以利于增加射線密度。根據結構物的臨空面不同，可采用合適的測線布置。

2.3 觀測系統完備性評價

觀測系統完備是聲波CT結果可靠性的基本保障。觀測系統的完備性是通過單元的射線密度和射線正交性來衡量的。因此，射線密度和射線正交性就成了表征觀測系統完備性的I爵個重要指標，它們是觀測系統可靠性評價的有效方法。為保證聲波CT結果的可靠性和分辨率，要求研究區內每個單元體內的射線超過40條，同時要求每個單元體內通過的射線其交角至少有一組大于60°，其交角的正弦值大于0.87。

2.4 后期成像

所用軟件為TDSoft的《工程CT》，該軟件有模塊化設計、文件格式要求清晰、處理速度快等優點。軟件共有數據輸入、射線追蹤、速度反演三個主模塊和正交性分析一個輔助模塊組成。最后通過網格化、成圖、導出DXF格式等多個步驟的處理，最終得到混凝土聲波CT波速反演圖。

3 結語

無損檢測技術是以無損檢測手段探明被檢測體內部缺陷的有無、大小、位置和性質的專門技術。在工程中，需要根據工程構件材料的性能和工程條件具體選擇恰當的檢測方法。其中，彈性波方法是工程中最為常用的方法之一，特別適合混凝土構件、巖土體等工程問題的無損檢測工作。射線理論和射線方法是研究彈性波傳播理論的重要方面之一，針對不同的工程材料和工程條件探索研究彈性波射線追蹤方法，對于許多工程問題的分析研究具有重要的意義。

參考文獻

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