超聲法檢測混凝土缺陷的方法研究

謝靜

(山西五建集團有限公司，山西太原 030013)

超聲法檢測混凝土缺陷的方法研究

謝靜

(山西五建集團有限公司，山西太原 030013)

介紹了超聲波檢測混凝土缺陷的原理，闡述了超聲波檢測混凝土缺陷常用的三種方法，并分析了超聲波在新型混凝土結構中的應用特點，指出使用超聲波無損檢測技術僅可對其進行常規類檢測，不能對其進行細部檢測。

超聲波法，混凝土缺陷，鉆孔測試，混凝土結構

0 引言

隨著科學技術的飛速發展，無損檢測混凝土施工質量的技術也越來越先進?；炷翝仓髮ζ鋬炔康拿軐嵭曰蛄芽p檢測技術分為有損檢測和無損檢測，其中有損檢測是對所檢測的構件進行破壞而觀察內部缺陷情況，無損檢測技術通過現代科技產品在不破壞原結構的情況下觀察其內部缺陷情況。目前針對混凝土的無損檢測技術包括回彈法、超聲法、沖擊回波法和探地雷達法等［1-5］。其中回彈法是根據所檢測混凝土構件的表觀硬度而產生的回彈值測定其混凝土強度的方法;超聲法是根據超聲波穿透混凝土材料所用的時間來判斷混凝土內部缺陷情況;沖擊回波法與超聲法原理類似，也是采用聲波穿透混凝土材料所用的時間來判斷混凝土內部缺陷情況;探地雷達法是根據電磁波在混凝土材料內所用的時間來判斷混凝土內部的缺陷情況。由于超聲波無損檢測儀器的價格相對較低，測試結果相對準確，因此在這幾種無損測缺陷的方法中，超聲波法是應用率最高、性價比最高的方法，本文即對超聲波法測混凝土缺陷的方法進行研究。

1 超聲波檢測混凝土缺陷的原理

超聲波測混凝土缺陷的方法有兩種:單面測試法和雙面測試法，單面測試法是指發射端探頭發射超聲波信號，超聲波在構件另一端產生反射，發射端又作為接收器而接收所反射的超聲波，從而根據聲波所傳播的最短時間與理論傳輸時間進行對比，判斷混凝土內部缺陷的大小，但由于單面測試法所接收的雜波較多，測試結果相對不太理想;雙面測試法——穿透法，是目前使用中最為廣泛的方法，雙面測試法是在構件一端發射聲波，另一端接受聲波，通過聲波單程傳輸的時間計算得到混凝土內部缺陷的方法，這種方法測試結果準確，因此應用率最高。穿透法是將接收端所接收的超聲波信號轉化為電信號，顯示在超聲儀屏幕上，根據超聲儀中所輸入的構件信息和所接收的聲學參數進行綜合計算，得到超聲波在構件中所傳輸的速度，最后將所收集的信息匯總至電腦上，得到相對缺陷位置及大小。

2 超聲波檢測混凝土缺陷的基本方法

使用超聲波檢測儀對混凝土構件進行缺陷檢測時，根據構件的形狀、尺寸、大小、環境等條件，選用合適的測試方法。常規的測試方法有平面測試、鉆孔或預埋管測試和混合測試三種方法。

2.1 平面測試

平面測試法是在常規的矩形柱或梁構件上使用平面換能器測試構件同一方向缺陷的方法，這種測試方法是最為常規也是工程中應用率最高的測試方法。平面測試法又包括三種測試方法，分別為:對測法、斜測法和平測法。

1)對測法。對測法在平面測試法中屬于最為簡單的方法，進行測試前，在混凝土構件上相互平行的兩個混凝土面上用水準儀放線，在所檢測的混凝土外表面上用墨盒打出50 mm×50 mm或100 mm×100 mm的網格，在所測網格的點上涂抹耦合劑，再將超聲波發射探頭和接收探頭置于同一直線上，具體如圖1a)所示。這種方法適用于矩形截面的混凝土構件，構件具有一對或兩對不遮擋、具有檢測條件的互相平行的表面。采用此方法可大致測出混凝土內的位置，對其缺陷大小較難測試，并且由于在網格交點進行測試，因此易錯過網格內的缺陷，將測量小型缺陷成為一種小概率事件。

圖1 超聲波平面測試法

2)斜測法。斜測法對構件的要求和測試前對構件的處理相同，測試方法是將發射探頭和接收探頭相互錯開一個網格的方法進行測試，如圖1b)所示。采用此方法可適用于矩形截面的混凝土構件，構件具有一對或兩對不遮擋、具有檢測條件的互相平行的表面。采用此方法進行檢測可對混凝土內部缺陷進行精確定位，確定缺陷較為精確的范圍及大小。

3)平測法。平測法主要對僅具有一個測試面的混凝土構件進行測試，如對筏板基礎、大體積混凝土等構件，如圖1c)所示。這種測試方法是通過超聲波在混凝土構件底部反射而接收的波速或聲時大小判斷缺陷的位置和大小。采用此方法進行測試時測試結果也相對準確，但對缺陷位置定位較為困難。

2.2 鉆孔測試

在混凝土工程中，經常遇到厚度較大的大體積混凝土構件，對此類構件進行缺陷檢測時，由于厚度較大采用平測法時反射接收的超聲波雜波較多，因此不能采用平測法進行檢測。所以當混凝土厚度超過一定范圍時，對大體積混凝土進行缺陷檢測時，即需要采用鉆孔或通過對預埋管等進行檢測。采用鉆孔式檢測時，需對超聲波檢測儀更換徑向換能器進行檢測。此測試方法的測試原理同平測法類似，即進行測試時將大體積混凝土中所鉆的孔間混凝土作為一個相對的平面進行測試。這種測試方法分為孔中對測和孔中斜測兩種測試方法。

1)孔中對測。將徑向換能器的發射端和接收端置入鉆好的孔或預埋的管道內，將兩個徑向換能器放置同一水平高度上，在每隔一定間距內進行測試，測試缺陷的位置及大小，測試示意圖如圖2a)所示。

2)孔中斜測?？字行睖y的方法與平測法中的斜測法基本相同，即將徑向換能器置入鉆好的孔或預埋的管道內，將兩個徑向換能器保持一定高差進行測試，測試缺陷的位置及大小，測試示意圖如圖2b)所示。

圖2 超聲波孔中測試法

使用上述兩種對厚度較大的大體積混凝土的缺陷進行檢測，檢測時需在混凝土內鉆較多的孔洞或預埋較多的管道，影響混凝土的整體性，并且在測試時大體積混凝土的邊緣處將檢測不到位。

2.3 混合測試法

混合測試法是將平面測試法與孔中測試法相結合的測試方法。采用這種測試方法的優點在于可對斷裂類混凝土或不允許大面積開洞的混凝土構件測試，測試范圍大于平測法和孔中測試法?；旌蠝y試法的原理是使用平面換能器和徑向換能器進行綜合測試，測試時也分為平測法和斜測法兩種類型。平測法即將兩種換能器放置同一水平處進行測試;斜測法即將兩種換能器錯開一定距離進行測試，測試方法同平測法及孔中測試法基本相同，測試示意圖如圖3所示。

圖3 超聲波混合測試法

3 超聲波檢測新型混凝土結構缺陷的特點

目前的新型混凝土結構主要有鋼管混凝土結構和型鋼混凝土結構，并沒有對其進行相關的無損檢測技術及相關規程。通過對大量的新型混凝土結構進行檢測，其檢測結果顯示，對鋼管混凝土和型鋼混凝土進行檢測時，去除超聲波在外圍鋼管或型鋼內的聲時和聲速，聲時較長的和聲速較慢的超聲波即為超聲波在混凝土內傳輸的超聲波。超聲波在穿過鋼管混凝土及型鋼混凝土時的原理同超聲波在普通混凝土中穿過或穿透鋼筋時的原理相同，由于鋼管混凝土或型鋼混凝土中的鋼管及型鋼無固定厚度，因此在檢測時無需對這種新型混凝土結構中的聲參數進行更改，對其進行檢測時的測試方法及判定方法與普通混凝土相同，僅需在其表面涂刷耦合劑，直接進行檢測即可，測試示意圖如圖4所示。

圖4 超聲波檢測新型混凝土結構方法示意圖

鋼管混凝土結構及型鋼混凝土結構在進行混凝土澆筑時，由于內部配筋率較低，混凝土澆筑時易密實，但鋼管和型鋼內部在一定距離內間隔布置水平隔板，在混凝土澆筑時，隔板下部混凝土不易密實，并且在振搗時浮漿也易在隔板處形成，待澆筑完成后此部分混凝土易出現孔洞，從而導致混凝土出現不密實的現象。并且在混凝土養護時，由于混凝土內水泥發生水化反應從而導致混凝土內產生收縮，最終導致混凝土內部出現裂縫和混凝土與鋼管及型鋼的交界面發生剝離的現象，這類危害在鋼管混凝土和型鋼混凝土中極易產生。但采用超聲法對其進行檢測時較難發現此類現象，若由于此類現象而導致鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱的承載不足而在其外部出現裂縫時，則需采用更先進的技術或對其鋼管或型鋼進行開鑿進行驗證。

4 結語

通過對無損檢測技術中的超聲波法測混凝土缺陷的方法進行研究，得到超生波法在混凝土中的三種測試方法:平測法、孔中測試法和混合測試法，三種測試方法各有優缺點，在進行應用時要根據實際情況對其進行檢測。超聲波法在對新型混凝土結構進行檢測時，無需對其相關聲參數進行調校，可直接進行相關常規類檢測，但不能對其隔板處及沿鋼管或鋼板處等開裂的現象進行檢測，在對新型混凝土結構進行檢測時還具備一定的局限性。

［1］郭偉玲，劉 軍.超聲波平測法檢測混凝土裂縫深度［J］.四川建筑科學研究，2014(6):91-93.

［2］胡宏彪.超聲波法檢測混凝土缺陷的實驗分析［J］.江蘇建筑職業技術學院學報，2015(2):17-20.

［3］王穎軼，左自波，于 凱，等.超聲波法在檢測導堤表面混凝土結構中的應用［J］.上海交通大學學報，2015(7):988-992.

［4］劉文田，張占鋒.鋼管混凝土質量超聲波無損檢測技術研究［J］.河南科學，2015(9):1587-1591.

［5］董桂華.超聲波檢測混凝土內部孔洞尺寸研究［J］.黃河水利職業技術學院學報，2016(1):24-27.

Research on the method of ultrasonic testing of concrete defects

Xie Jing
(Shanxi 5th Construction Group Co.，Ltd，Taiyuan 030013，China)

The paper introduces the principle for the detection of the concrete defects with the ultrasonic waves，illustrates the common three methods for the detection with the ultrasonic waves，analyzes the application features of the ultrasonic wave in new concrete structure，and points out the detection method is the regular one without detailed detection.

ultrasonic wave method，concrete defects，drilling test，concrete structure

TU755.7

:A

1009-6825(2016)36-0044-02

2016-10-15

謝 靜(1982-)，女，工程師