超聲法檢測混凝土缺陷的實驗研究

范曉鵬+++杜秀麗

摘 要：文章通過超聲檢測儀，采用單面平測對試塊預制裂縫進行檢測，其中單面平測分跨縫測量與不跨縫測量。在無缺陷情況下，超聲波在混凝土中傳播的聲時值隨著測距的增大而增大的。通過分析，表明通過超聲波檢測儀器也可以檢測混凝土質量的優劣，是否密實等特征。

關鍵詞：超聲法檢測；混凝土；缺陷

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。混凝土澆筑后對其內部的密實性或裂縫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]-[3]。

1 實驗原理

超聲波在不同的介質中傳播時，將產生反射、折射、散射、繞射和衰減等現象，接收換能器上接收的超聲波信號的聲時、振幅、波形或頻率發生了相應的變化。超聲波在混凝土傳播過程中遇到裂縫，也將產生反射、折射、繞射等物理現象，超聲波聲時延長，根據聲時的變化推測裂縫的深度。接收到的波形圖中首波為幅度相對較小的縱波，隨后為波幅較大的橫波，最后為波幅最大的面波。利用超聲波檢測混凝土構件裂縫深度的關鍵：一方面是確定首波的到達時間；另一方面是確定超聲波的類型。

2 實驗方法

采用單面平測對試塊預制裂縫進行檢測，其中單面平測分跨縫測量與不跨縫測量。平測時超聲波沿檢測面傳播，檢測面狀況不同必然會對超聲聲速產生影響。為分析不同檢測面對平測超聲聲速的影響，對同一混凝土試件的澆筑中間頂面進行超聲聲速的平測。

2.1 實驗設備及實驗材料

檢測儀器采用由北京大地科技有限公司生產的DJUS-05非金屬超聲儀。另外，還需要攪拌機、磅秤（稱量50kg）、天平（稱量5kg）、量筒（200mL、100mL各一只）、拌板（1.5m×2.0m左右）、拌鏟、盛器、抹布、鑷子、刀子、砂紙、坍落度桶，千斤頂、混凝土打磨機、水泥、沙、石子、水、木片和凡士林等設備和材料。

2.2 裂縫設置及試件尺寸

橫向裂縫設置于距邊緣500mm處，裂縫用木片來模擬，尺寸70mm×150mm×1mm，一道橫向裂縫，多道橫向裂縫設置于中心處相鄰縫間距為50mm，尺寸70mm×150mm×1mm。

試件尺寸及裂縫設置如表1所示。

3 實驗結果分析

單面平測法通過不跨縫測量出超聲波在混凝土中正常傳播，然后與跨縫測量時的聲時值進行比較，各個試塊分析計算結果如下：

通過對實驗數據分析計算得到以上各個試塊裂縫深度實測值與理論值的比較圖。綜合以上分析圖表知，所測得各個裂縫深度均在理論值附近上下波動，其中頂面正裂縫因為裂縫周圍混凝土較均勻，計算所得裂縫深度平均值與理論值相比，誤差較小，均在10%之內。

4 結束語

通過分析，可以看出混凝土內部由于是混合了砂、石子及幾種水泥水化反應而生成的硅酸鹽與碳酸鹽，所形成的界面復雜，可使超聲波在混凝土中的傳播路徑曲折交錯，但是在無缺陷情況下，超聲波在混凝土中傳播的聲時值基本隨著測距的增大而增大的；而當存在裂縫時，超聲波不得不采取“繞路”的方式來通過缺陷區域，這就造成了聲時值的增大。另外通過對實驗所得數據分析計算知，當裂縫設置在素混凝土試塊頂面時，頂面裂縫試塊的聲時值較大。通過以上分析，表明通過超聲波檢測儀器也可以檢測混凝土質量的優劣，是否密實等特征。

參考文獻

[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]王穎軼，左自波.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.

[3]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.