超聲波檢測混凝土裂縫的方式

【摘 要】目前超聲波技術(shù)被廣泛應用于各種工程的質(zhì)量檢測上。超聲波檢測是混凝土非破損檢測技術(shù)中的一個重要方面，特別是在檢測混凝土內(nèi)部缺陷與勻質(zhì)性等方面非常有效。闡述超聲波檢測混凝土裂縫的原理與意義，介紹該方法涉及的主要聲學參數(shù)和常用方法，并討論超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】超聲波檢測；混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；工程質(zhì)量

混凝土結(jié)構(gòu)由于各種原因普遍存在裂縫。裂縫的出現(xiàn)會降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，同時也會引起鋼筋的銹蝕和混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此，要對裂縫制定合理的檢測方案，判定裂縫的性質(zhì)，確定裂縫的危害性及制定相應的補救措施。

應用超聲波檢測混凝土裂縫是重要的混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測方法之一。超聲波檢測是20 世紀60 年代發(fā)展起來的一種非破損性檢測，其利用超聲波傳播速度及回彈值同混凝土抗壓強度之間的相互聯(lián)系來反映混凝土的抗壓強度，并且可以利用超聲波在混凝土中傳播的時間（聲時）和波幅值、頻率值的變化來計算裂縫深度、確定內(nèi)部裂縫的位置。該方法具有操作簡單、快捷準確、費用低廉等優(yōu)點，在混凝土工程中得到廣泛的應用。

1 超聲波單面平測法檢測原理和方法

1.1 超聲波單面平測法檢測基本原理

將電—聲換能器接觸在混凝土表面，由發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波被接收換能器接收，超聲波在混凝土中遇到裂縫時將產(chǎn)生繞射、反射和衰減。根據(jù)聲時、波幅等參數(shù)變化，通過回歸分析，由此判別和計算裂縫深度大小。

1.2 超聲波單面平測檢測方法

當結(jié)構(gòu)的裂縫部位有一個可測表面估計裂縫深度又不大于500 mm 時，可采用單面平測法。平測時應在裂縫的被測部位以不同的測距按跨縫和不跨縫布置測點，布置測點時應用鋼筋混凝土雷達定位儀確定裂縫檢測區(qū)域的鋼筋位置，避開鋼筋的影響進行檢測，其檢測步驟如下：

1）將T，R 換能器置于裂縫附近同一側(cè)，分別測量兩個換能器內(nèi)邊緣間距l(xiāng)i '= 100 mm， 150 mm， 200 mm， 250 mm……的聲時值ti。由于超聲波的實際傳輸距離要大于兩個換能器內(nèi)邊緣間距，并且很難直接確定，為了求取的超聲波傳播聲速值誤差最小，應采用最小二乘方法來做線性回歸，以便確定較為精確的超聲波實際傳輸li距離以及不跨縫時混凝土中的超聲波傳播聲速值，見圖1。線性回歸方程如下：

li = vti + a （1）

其中，v 為回歸系數(shù)，即為不跨縫時混凝土中的聲速值，km/s； a為回歸常數(shù)。

2）將T，R 換能器置于以裂縫為軸線的對稱兩側(cè)（ 見圖2） 。兩換能器中心連線垂直于裂縫走向，以li ' = 100 mm，150 mm，200 mm， 250 mm， 300 mm 分別讀取聲時值，同時觀察首波相位的變化。

3）各測點裂縫深度計算值按式（2）計算。

（2）

測試部位裂縫深度的平均值按式（ 3） 計算。

其中，hci為裂縫深度； l 為超聲測距； ti為不跨縫測量的混凝土聲時； 為跨縫測量的混凝土聲時； v 為不跨縫測量的混凝土聲速。

1.3 裂縫深度的確定方法

1）三點平均值法： 在跨縫測試發(fā)現(xiàn)首波反相時，用該測距與其兩個相鄰測距的聲時測量值分別計算hci，取三點hci的平均值作為該裂縫的深度hc。

2）平均值加剔除法：當跨縫測量難以發(fā)現(xiàn)首波反相時，可先求出各測距計算深度（hci）的平均值（mhc）。再將各測距l(xiāng)i '與mhc相比較，若測距l(xiāng)i '＜mhc和li '＞3mhc，則剔除hci，取余下hci的平均值作為該裂縫深度hc。

2 超聲波檢測的主要聲學參數(shù)

超聲波在混凝土中的傳播速度不僅與混凝土的彈性性質(zhì)有關， 還與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成成分關系密切。混凝土超聲檢測目前主要是采用“穿透法”，即用一發(fā)射換能器重復發(fā)射超聲脈沖波，讓超聲波在所檢測的混凝土中傳播，然后由接收換能器接收，被接收到的超聲波轉(zhuǎn)化為電信號后經(jīng)過超聲儀放大顯示于屏幕上，用超聲儀測量接收到的超聲波信號的聲學參數(shù)。目前，在混凝土檢測中常用的聲學參數(shù)有聲速（波速）、振幅、頻率以及波形。

3 超聲波檢測混凝土裂縫的常用方法

對混凝土淺裂縫深度50 cm 以下的超聲波檢測主要有tc—t0法和英國標準BS-4408 法（如圖3 所示）。BS-4408 法是以二換能器的邊到邊計算，tc－t0法是以二換能器的中到中計算。

4 結(jié)語

在制作混凝土時，由于振搗不均勻會大大降低混凝土的強度，從而引起工程的隱患。初步的研究結(jié)果表明，用超聲波對混凝土材料進行無損檢測是一種非常有潛力的檢測手段，有良好的發(fā)展空間。可以利用超聲波法來檢測混凝土試塊在振搗后是否均勻，這樣便保證了混凝土的質(zhì)量， 彌補了制作過程中的漏洞，加強了結(jié)構(gòu)工程的可靠性，避免出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。由于混凝土的組成成分非常復雜，在成型過程中受到多種因素的影響，所以對超聲波在混凝土中的傳播理論還需深入研究，以使超聲波檢測混凝土缺陷的技術(shù)得到完善。

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