水泥混凝土結構檢測中超聲波技術的應用研究

馬先耀

水泥混凝土結構是我們日常使用的建筑中經常采用的建筑結構之一，其施工質量之間關系到建筑主體結構的施工質量，因此，對水凝混凝土結構進行檢測非常重要。超聲波技術是一項無損檢測水泥混凝土結構的檢測技術，檢測操作簡單，結果準確，在實際應用中非常廣泛，本文對水泥混凝土結構檢測中超聲波技術的應用進行分析，論述該技術的檢測原理以及實際應用，以實現對水泥混凝土結構的有效檢測。

水泥混凝土結構在土木工程的施工中非常常見，而且是大部分土木工程的主體結構，其施工質量直接關系到土木工程的整體質量。因此，在水泥混凝土結構施工完成后對其進行質量檢測非常重要。超聲波技術是最常用的檢測技術之一，其可以較為準確的檢測出土木工程中水泥混凝土結構的缺陷與不足，且不會對其造成損害。超聲波檢測技術的應用，可以及時發現水泥混凝土結構施工中出現的缺陷，并對整改進行指導，保證土木工程水泥混凝土結構施工的質量，其主要利用了聲學原理，在不破壞水泥混凝土結構的前提下，對其內部的力學性質進行評估與檢測，與土木工程的水泥混凝土結構檢測中應用非常廣泛。

一、超聲波技術檢測水泥混凝土結構的原理

1.超聲波技術檢測水泥混凝土強度的基本原理

超聲波技術檢測水泥混凝土結構的強度是利用聲波在不同介質中其傳播的速度不同而進行檢測的。水泥混凝土結構在施工中，由于施工技術或施工材料的影響，其密度分布并不均勻，如果超過一定的限度對于水泥混凝土結構的強度會造成不良影響。超聲波技術正是利用了聲波在密度不同的介質中傳播速度不同的原理，實現對水泥混凝土結構強度的檢測。在檢測過程中，整體水泥混凝土結構的強度應該取其檢測的最小值，如果是抽樣檢測，要保證檢測合格率在95%以上。在實際的檢測中，對水泥混凝土結構強度的檢測其影響因素較多，尤其是受到施工材料與施工工藝的影響，比如水膠比、集料、鋼筋以及預應力結構等都會對水泥混凝土結構的強度檢測有所影響，因此，進行檢測時，要對這些影響參數進行統計與調整，并總結其關系曲線，檢測后用關系曲線表示水泥混凝土強度的檢測結果。

2.超聲波檢測水泥混凝土缺陷的基本原理

對于水泥混凝土結構缺陷的檢測，主要是依靠發射超聲波然后通過對反射波的分析判斷水泥混凝土結構的缺陷。主要的設備組成有發射換能器、信號接收器以及接收換能器等，檢測的參數主要包括反射回來的波幅、波速以及頻譜等。通過對這些參數的分析可以對水泥混凝土結構的缺陷位置以及性質進行確定。這是由于混凝土結構并不是均質結構，不同部位對于超聲波的吸收特性不同，相對而言其對于高頻超聲波的吸收能力更強，因此水泥混凝土結構檢測時主要是通過低頻超聲波進行。如果水泥混凝土結構的施工質量較好，比較勻稱均勻，那么其接收到的超聲波反射信號往往較為一致；如果水泥混凝土結構施工時存在較大的缺陷，比如存在空洞結構、斷層現象以及雜物填充等，那么其接收到的超聲波反射信號則波動較大，其波速、波幅以及頻譜都會出現突然變化。

3.超聲波技術對水泥混凝土缺陷的判別依據

超聲波技術可以有效地檢測出水泥混凝土結構的缺陷，其主要的缺陷為空洞、裂縫、雜物以及不密實等，而通過對超聲波的發射波的各項參數進行分析可以很好的總結出這些缺陷，以下是判斷水泥混凝土結構缺陷的主要依據：

（1）繞射現象判斷：當水泥混凝土結構中存在缺陷時，如果超聲波穿過該部位，則會產生繞射現象，超聲波的傳播速度會受到影響，那么即可以通過對波速測量或者接受時間的測量對水泥混凝土結構缺陷的種類與范圍進行檢測；

（2）散射現象判斷：當水泥混凝土結構中存在缺陷時，如果超聲波穿過該部位，則會出現散射現象，超聲波會因吸收程度的不同出現波幅變化，接收到的參數也會發生較大變化，根據對參數的分析可以對水泥混凝土結構缺陷的位置與范圍進行確定；

（3）頻譜變化判斷：當水泥混凝土結構中存在缺陷時，如果超聲波穿過該部位，則會出現較為明顯的頻譜變化，從而可以準確判斷出缺陷位置與大小；

（4）波形變化判斷：當水泥混凝土結構中存在缺陷時，如果超聲波穿過該部位，則會出現波形的變化，不同的波段會在缺陷位置相互疊加，對波形進行分析可以較為準確的判斷水泥混凝土結構缺陷的位置以及范圍。

二、水泥混凝土結構檢測中的超聲波分析

1.超聲回彈綜合法

超聲回彈綜合法主要是對水泥混凝土結構的強度進行檢測，其檢測的精度較高，檢測較為方便快捷，是現階段最常用的水泥混凝土強度檢測方法。超聲回彈綜合法主要包括超聲法與回彈法兩部分，其中超聲法主要負責對水泥混凝土結構內部材料以及信息特征進行檢測；回彈法主要是對水泥混凝土結構的表面特征以及其彈性和塑形進行檢測，通過兩者的結合應用可以較為全面的反應水泥混凝土結構的強度。其主要的流程與檢測參數為：首先檢測超聲波在水泥混凝土結構中的傳播時間，然后計算出波速，再測出水泥混凝土表面的回彈值，最后根據以上殘水，利用波速與強度成正比的關系全面分析水泥混凝土結構的強度。

2.超聲波檢測水泥混凝土缺陷的分析

水泥混凝土結構的缺陷主要存在與內部，很難直觀地察發現。主要的缺陷類型為空洞、不密實以及裂縫等，這些缺陷均會影響水泥混凝土結構的耐久性和性能，且隱蔽性較強，易發生長期危害，因此對其進行檢測非常有必要，以下進行分析：

（1）不密實與空洞的檢測

超聲波技術可以實現對水泥混凝土結構的無傷檢測，且穿透效果以檢測效果都更好，在檢測中不容易受到干擾。目前主要的超聲檢測法為超聲脈沖聲速法以及超聲脈沖回波法。前者主要是通過向水泥混凝土結構發射超聲波然后在對側接受信號，測量超神波波速分析水凝混凝土結構中是否存在缺陷；后者主要是通過向水泥混凝土發射超聲波然后在同側接受回波，測量其速度與世界進行分析的一種方法。相對而言，前者應用更為廣泛，當發射超聲波后，如果其經過了不密實或者空洞部分，傳播速度會受到影響，根據對其聲波特性的測量，可以較為準確的檢測出缺陷部位。

（2）裂縫缺陷檢測

裂縫是水泥混凝土結構中非常常見的缺陷類型，其對于水泥混凝土的影響非常大，且會不斷發展，引發較為嚴重的后果。針對水泥混凝土裂縫缺陷的檢測主要使用超聲脈沖法，可以較好的檢測出裂縫的走向以及長度，常用的有單面平測法和雙面斜測法兩類，前者在小范圍裂縫中應用更為廣泛。采用單面平測法時，要選擇科學合理的測點，且要有跨縫和不跨縫兩類測點，測點的位置要注意避開內部的鋼筋位置，降低鋼筋的干擾。采用雙面斜測法時，注意要選取相互平行的測量面，然后對波幅、波速以及頻譜的變化判斷裂縫的情況。

三、超聲波在水泥混凝土結構檢測中的應用

1.平面測試

平面測試是水泥混凝土結構中經常應用的超聲波檢測方法，這是由于土木工程中矩形的梁柱水泥混凝土結構非常常見，其主要是通過平面測試法進行檢測。平面測試法根據測試類型與方向的不同，主要分為對測法、斜測法以及平測法三種，以下分別進行介紹：

（1）對測法：對測法是經常采用也是最簡單的檢測方法，其主要應用于結構規則的具有兩個平行面的水泥混凝土結構檢測中，在檢測時現在兩個平行面上使用水準儀放線，并打出矩形的網格，然后在網格點上涂抹耦合劑。進行檢測時將超聲波發生器與接收器分別置于兩個平面相對的位置上，然后進行檢測。該方法可以較好的確定缺陷的位置，但是對于缺陷大小的檢測效果較差，且易錯過小型缺陷。

（2）斜測法：斜測法與對側法具有一定的相似性，其主要應用于結構規則的具有兩個平行面的水泥混凝土結構檢測中，在檢測時現在兩個平行面上使用水準儀放線，并打出矩形的網格，然后在網格點上涂抹耦合劑。與對測法不同的是，進行檢測時斜測法將超聲波發生器與接收器分別置于兩個平面錯開的網格位置上，然后進行檢測。相比于對測法，斜測法可以更好的確定水泥混凝土內部缺陷的位置和大小，且不易錯過小型缺陷。

（3）平測法：平測法是對只有一個可測試面的水泥混凝土結構進行檢測的一種方式，其主要以測量超聲波回波為主，通過對回波的測量可以較好的判斷水泥混凝土結構缺陷的大小，但是對于缺陷位置的檢測效果較差。

2.鉆孔測試

鉆孔式檢測需要對水泥混凝土結構進行定性鉆孔，且要使用徑向換能器改裝超聲波檢測儀，其主要原理與方法與平測法相同，是針對大體積水泥混凝土進行檢測的一種方法，通過鉆孔在水泥混凝土結構內部人為制造一個平面進行檢測，因此，主要分為孔中對測與孔中斜測兩種方式。前者主要是將徑向換能器的發射端和接收端置于同一平面內進行檢測，后者主要是將徑向換能器的發射端和接收端保持一定的高差進行檢測。

四、結語

水泥混凝土結構在現代土木工程中應用極為廣泛，其施工質量直接關系到土木工程施工的整體質量，尤其是在一些大型民生工程中，比如水利工程、橋梁建筑等，水泥混凝土的施工質量非常重要。而超聲波技術是現階段檢測水泥混凝土結構質量的主要技術，應用非常廣泛，其主要利用了聲波在介質中傳輸的原理，檢測的準確性與效率較高，對于提高土木工程水泥混凝土結構的建設質量具有重要的促進作用。隨著超聲波檢測技術的發展，近年來超聲CT 掃描技術開始在工程檢測中應用，其可以更為直觀的以圖像方式反應出水泥混凝土結構內部的情況。