混凝土檢測中超聲波的應用研究

馮修一

摘 要：為`保障混凝土內部結構的質量性能，采取超聲波檢測的方法，準確發現混凝土中潛在的問題，因此，本文通過對超聲波檢測進行研究，分析其在混凝土中的應用。

關鍵詞：混凝土；檢測；超聲波

超聲波在混凝土結構應用中，既可以檢測混凝土的強度，保持95%以上的合格率，又可以檢測出混凝土的缺陷，體現混凝土結構的完整性。超聲波檢測主要是利用聲學參量，根據混凝土結構表現出的力學性質，提供全面的檢測方法。通過分析超聲波脈沖的傳播方式，明確的得出混凝土結構的內部狀態，進而判斷混凝土結構內部是否存在異常，解決混凝土中潛在的問題。

一、混凝土檢測中的超聲波分析

超聲波在混凝土檢測中，主要應用在內部缺陷和強度兩個方面，可以明確檢測出混凝土的基本狀態，體現了超聲波檢測的準確性。

1、混凝土強度檢測中的超聲回彈綜合法

超聲回彈綜合法是以超聲波檢測為基礎，引進回彈法理論，共同完成混凝土的強度檢測[1]。混凝土材料與強度存在直接的關系，而超聲回彈利用了此種關系，反饋混凝土的強度狀況。超聲檢測和回彈法在混凝土強度檢測中都存在偏重性，將兩者結合后可以描述出混凝土強度的變化性質，形成一種反應混凝土強度的特征，有效檢測混凝土結構的內部強度。

2、混凝土結構缺陷中的超聲波檢測

觀察或檢測混凝土結構的表面，很難發現內部結構中的缺陷，如：空洞、裂縫等，導致混凝土結構潛在應用病害，不利于混凝土結構的穩定。混凝土內部缺陷大多是由施工引起的，特別是施工工藝欠缺或不足，都會干擾混凝土的內部結構。混凝土結構缺陷的隱蔽性強，其可在混凝土內部存在較長的時間，形成緩慢的腐蝕或干預，直接降低混凝土結構的穩定性[2]。超聲波檢測在混凝土內部遇到缺陷時，脈沖波形會發生明顯的改變，如下圖1和圖2，是超聲波在正常混凝土和缺陷混凝土中的表現。

圖1 正常混凝土內超聲波的波形

圖2 缺陷混凝土內超聲波的波形

2.1 空洞缺陷檢測

超聲波對混凝土檢測不存在任何損傷，其在檢測混凝土空洞時主要利用了脈沖聲速法。脈沖信號穿過混凝土內部的結構時，如果聲速遇到混凝土空洞或不密實的部分，會與正常聲速不同，根據脈沖信號的聲波特性，可以檢測出混凝土潛在空洞的結構段，由此記錄聲波特性，找準混凝土的空洞部分。

2.2 裂縫缺陷檢測

混凝土裂縫是最為常見的一類病害，不僅影響混凝土結構的性能，更是增加混凝土的安全風險。超聲脈沖法在裂縫缺陷檢測中，可以檢測出走向和深度。例如：某混凝土結構的裂縫<500mm，超聲波檢測時采取單面平測的方式，各個測點的位置盡量避開混凝土內部的鋼筋，以免干預鋼筋的質量性能，著重分析超聲檢測中的跨縫測量，超聲脈沖發射后，當首波發生反相時，結合測點數據計算出hci，取平均值確定裂縫深度，也有超聲波檢測混凝土裂縫時不出現首波反相的情況，此時需要選定n點，以此作為測量點，得出準確的測量數據。

二、混凝土超聲波檢測異常的評價方式

比較常用的評價方式是數理統計概率法，其可區分混凝土的正常變化和異常忙完。

1、數理統計概率法

混凝土結構中存在正常的變化區間，如果性能指標超出變化區間，表示混凝土結構內出現異常。超聲波能夠檢測到混凝土異常，同時利用數理統計概率法分析異常表現[3]。超聲波在混凝土異常部分的變化較大，針對混凝土整體結構采取抽樣檢測的方式，利用數理統計概率法匯總并整理超聲波檢測的數據，計算標準差、平均數據后，判斷混凝土發生異常的區域。

2、異常評價準則

數理統計概率法在混凝土超聲檢測中的應用，必須遵循相關的準確，其中最重要的準則是測量點的數量>20，由此才能確保數理統計的概率高于95%。

3、確定異常位置

結合數理統計概率法的結果和混凝土的實際情況，規劃出混凝土缺陷的大概位置，既要繪制數理統計概率法的測點位置，又要表示勾畫出異常缺陷，以便分析混凝土的質量。

三、超聲波在混凝土檢測中的實例

超聲波檢測在混凝土結構內比較常用，以鋼管混凝土結構和樁基混凝土結構為例，分析超聲波的具體應用，如下：

1、超聲波在鋼管混凝土中的應用

鋼管混凝土問題的檢測難度高，為保障檢測的準確度，需采取超聲波檢測的方式[4]。假定某鋼管混凝土結構中，鋼管的外直徑=D，厚度=d，超聲波經過鋼管內壁、混凝土、縫隙的時間分別是t1、t2、t3，聲波速度=v1、v2、v3，超聲波經過鋼管混凝土的時間T和X為未知量，其余已知，則計算方式如下：

T= + +

推論鋼管與混凝土之間的裂縫寬度為：

X=

經多次計算證明，鋼管與混凝土之間確實存在縫隙，計算數據決定了縫隙的大小，而實際鋼管與混凝土之前的縫隙是無法避免的，還要借助超聲波的波形圖，確保已出現縫隙對鋼管混凝土的危害性。

2、超聲波在樁基混凝土中的應用

樁基混凝土的典型代表是人工挖孔樁基，以某公路橋中的混凝土樁基為例，分析超聲波檢測的應用。

2.1 樁基混凝土參數

該公路橋的人工挖孔樁基在灌注混凝土時出現誤差，底部水泥泥漿未達到密實標準。人工挖孔樁的樁徑=1.5m，砼強度=C25，樁長=24.7m，3根聲測管。

2.2 超聲波檢測的應用

該公路橋為檢測處人工挖孔樁基內部混凝土的質量水平，選擇超聲波檢測方式。根據超聲波檢測的波形圖和曲線圖，分析超聲波檢測的數據，如下表1。

表1 超聲波檢測的數據

樁基段 數據 聲波速度 主頻率 幅值 衰減

0.0-16.0m 4194m/s 50kHz 平穩 不明顯

16.0-24.7m 3539m/s 11kHz 跳變 明顯

由上表可以確定，該樁基內的混凝土存在離析、松散的問題，后期采用鉛芯復核圖檢查超聲波檢測的結果，鉆到18.58m左右時，發現了混凝土的質量問題，與超聲波檢測結論基本一致。

結束語：

超聲波在混凝土檢測中發揮重要的作用，能夠準確檢測到混凝土內部結構中的強度、損傷等問題，提高混凝土結構的基礎性能，保障混凝土結構的應用水平。超聲波檢測在混凝土中的應用越來越成熟，而且檢測的準確性較高，規范混凝土結構的質量，有利于建設工程的穩固性，在很大程度上提升了混凝土在工程項目中的性能水平，改善混凝土施工的環境。

參考文獻：

[1] 李鐵軍.超聲波在混凝土檢測中的應用研究[J].民營科技，2010，11：7.

[2] 郭強.超聲波在混凝土檢測中的應用[J].水利建設與管理，2013，11：51-53.

[3] 李盛斌，楊紅霞.超聲波技術在混凝土檢測中的應用[J].電子測試，2013，07：252-253.