港口水工建筑混凝土結構微小裂縫超聲波檢測方法研究

韓曉亮

(惠州市惠城區水利水電工程質量監督站，廣東 惠州 516001)

1 港口水工建筑混凝土結構微小裂縫超聲波檢測的必要性

1.1 超聲波檢測的含義

混凝土結構微小裂縫超聲波檢測，是利用超聲波的特性，對混凝土結構進行穿透檢測，屬于無損傷探測檢測技術，利用超聲波檢測設備的探頭向目標構件借助耦合劑的作用發射超聲波，讓超聲波在混凝土的內部進行反射和穿透，其中，結合不同的放射信號傳輸路徑的時間差，來進一步推測混凝土內部構件的缺陷問題，根據超聲波檢測設備的顯示屏中的相關數據進行分析，結合回波信號的高度、位置，可以判斷混凝土建筑結構微小裂縫的程度、大小、位置、性質等相關內容。需要說明的是，超聲波檢測技術對于裂紋、未焊透或者未熔合的混凝土缺陷問題較為敏感，對氣孔、夾渣等相關問題不太敏感，另外超聲波檢測技術的直觀性較差，并且存在一定的誤判幾率，對于表面的缺陷問題檢測不夠敏感，通常被稱為檢測盲區。

1.2 超聲波檢測對于細小裂縫的重要性

通常，微小裂縫屬于肉眼無法查看的裂縫，而細小裂縫對于港口水工建筑混凝土結構的影響極為嚴重，一方面，港口水工建筑常年飽受海水的侵蝕，對于混凝土建筑來說，本身具有一定的腐蝕性，另一方面，當港口水工建筑混凝土結構微小裂縫的產生，為海水的侵蝕作用創造了必要的環境，而大多數微小裂縫屬于無法及時察覺的裂縫，利用超聲波檢測技術，可以實現對目標構件內部裂縫的及時發現，尤其是對混凝土內部鋼筋等金屬核心構件的檢測，微小裂縫的發生，會為海水或者雨天提供進入到建筑內部的空隙，進而造成內部鋼筋銹蝕的發生，不僅會影響到建筑的使用壽命，甚至嚴重時，還會造成更為致命的港口水工建筑的倒塌、塌陷、傾覆等災難性事故，特別是防波堤與護岸等代表性建筑，常年遭受海水的侵蝕，會加劇建筑構件內部鋼筋的腐蝕程度，而微小裂縫的發生，正是造成后續災難性事故的主要原因。

2 混凝土結構微小裂縫超聲波檢測方法介紹

2.1 超聲波檢測方法的發展狀況

利用超聲波開展對港口水工建筑混凝土結構的檢測，是借助超聲波與建筑材料相互作用，并且以反射、投射、散射等相關內容開展對應研究，從而對建筑材料的微觀組織狀態、力學性能、材料缺陷等相關問題進行無損傷式的檢測，通常分為穿透法、共振法、脈沖反射法。其中脈沖反射法術屬于建筑材料缺陷檢測最為常見的方式，對材料缺陷，以振動頻率0.5-25Hz的短脈沖波及西寧發射檢測，當建筑構件存在不同程度的抗組特性時，尤其是射入聲波與反射聲波存在不同程度的能量差距時，結合目標材料的密度、聲速、體積等相關參數，以及反射信號的幅度高低、可以對檢測目標的微小裂縫進行初步的判斷，其中測量射入波與反射波的時差，可以確定檢測構件反射點與射入點的實際具體。另外由于港口水工建筑混凝土結構的種類較多，不同的類型的時間，不同檢測方向、檢測位置、不同材料性質對應的檢測條件以及檢測要求都存在一定的差異性，因此對應的檢測波形有縱向波、橫波、瑞利波、蘭姆波和爬波。大部分的港口水工建筑混凝土結構的微小裂縫是工作人員肉眼無法察覺的問題，務必需要借助超聲波檢測技術，采用特定的檢測方式，結合對應的掃描路徑、電子線路，從而得到混凝土構件裂縫缺陷問題的形態曲線以及裂縫位置。另外超聲波檢測技術，是基于無損特征檢測方式的應用技術，裂縫的形態與超聲波傳遞過程中的能量衰減具有極為密切的聯系，同時與材料裂縫的微觀組織的具體組成也存在一定的關聯性。超聲波檢測還能夠對混凝土建筑構件力學性能變化、材質下降等問題進行檢測，其靈敏度較高。

隨著現代科學技術的發展，對于混凝土結構不同深度的裂縫檢測技術創新發展，迎來了新的蛻變，與傳統檢測方式的不同，新的檢測技術可以實現將更深的裂縫有效檢測，以相位變化法、橫波法和沖擊回波法為超聲波檢測技術的新型裂縫檢測方法。文章結合相位變化法、橫波法和沖擊回波法為主要檢測方式開展系統的研究，其中，檢測對象為碼頭設施建筑，采用三種檢測方式對碼頭設施建筑分別開展相應的微小裂縫檢測。

2.2 相位變化法

相位變化法是借助，超聲波波檢測設備投射的檢測波可以實現對檢測目標物的擴散，進而產生聲波位移變化的檢測方式，其中當碼頭設施建筑沒有發生微小裂縫時，其聲波傳遞的路線屬于標準路徑，不會任何的位移變化，當聲波遇見微小裂縫時，會產生不同程度的位移變化，位移變化的程度與裂縫的大小、深度、位置、性質等具有極為明顯的聯系。其中如圖1所示，當聲波穿過建筑設施時，初始波T發生不同程度的位移變化，當初始波T穿過金碼頭建筑物時，發生不同方向的折射，其中如(a)中顯示，沒有發生裂縫缺陷時，初始波T呈現單向波形，而當碼頭建筑物存在微小裂縫時，初始波T會發生位移變化，初始波T變為減弱波F，其折射方向存在較大的變化。根據波形的變化特征，如(b)所示，與(a)存在較大差距，當初始波T碰到其他板端時，其產生的波形為B1，與其有缺陷的波形存在明顯差別。通過對(a)(b)(c)三種波形進行判斷，從而進一步分析出碼頭建筑的缺陷問題。

圖1 相位變化法檢測碼頭建筑物不同情況下波形路徑及波形波動圖

相位變化法，不僅可以檢測出建筑物內部是否存在不同程度的裂縫，還能根據相關計算公式探測到細小裂縫的深度。首先需要將檢測裝置中的能量檢測器放置于裂縫兩側，利用換能器以及裂縫的間距α進行分析。當檢測波的振幅發生180°的變化時，可以平移換能器，隨著α變化，存在一個可以讓首波出現位移變化的臨界點，在臨界點附近波形變化會極為敏感，同時在移動換能器后，首波振幅位移瞬間變化，其中在碼頭建筑物中的聲波的變化角度與建筑的材質存在必然聯系，根據反轉臨界點以及材料特性進行分析，進而可以計算出裂縫深度d。

2.3 沖擊回波法

沖擊回波法，采用直射探頭將聲波垂直入射工件待檢測面進行檢測的方法，通常也被稱為縱波法，或者直射聲束法，當上部探頭對碼頭建筑進行檢測時，碼頭建筑物沒有裂縫缺陷時，那么超聲波顯示器只會顯示初始波T和底波B，如圖2中的(a)所示，進而可以發現初始波T和底波B僅僅是能量的損失關系，并且能量損失程度過小，當超聲波顯示器出初始波T和底波中出現F狀的波形，則可以證明出碼頭建筑物中存在微小裂縫，如圖中(b)中所示，當超聲波顯示器出初始波T和較大的F狀波形時，如圖中(c)中所示，則表明碼頭建筑存在較大的裂縫問題，需要對建筑物開展較大規模的維修作業。其中根據基頻共振公式h=c/2f得出裂縫距離碼頭建筑一邊的距離。其中h為厚度或者裂縫深度，c為混凝土中聲波的傳播速度，f為聲波頻率，單位為KHz，其中結合公式代表的各項系數，可以有效得出裂縫的具體深度[1]。該檢測方法的應用，對于裂縫較深的建筑，起到明顯的檢測成效。

圖2 沖擊回波法檢測碼頭建筑物不同情況下波形路徑及波形波動圖

3 對于港口水工建筑混凝土結構微小裂縫聲波檢測方法的注意事項

3.1 提升檢測頻率

由于港口水工建筑混凝土結構微小裂縫存在一定的模糊性，聲波檢測方式的應用，如圖3為例，現代聲波檢測儀并不能實現一次性檢測就能夠實現對目標檢測物完全的檢測方式，因此需要在港口水工等相關建筑的檢測環境中，增加超聲波的檢測頻率，相關作業人員對檢測的目標物進行標記和區分，明確相應的檢測任務，對于存在模糊性的建筑物，可以實行多次的檢測流程，一方面，超聲波檢測具有無損的檢測優勢，對于建筑的結構性能不會產生任何破壞效應，另一個方面，超聲波檢測技術開展多次檢測后，可以實現更為精準的檢測結果，從而降低一次性檢測工作帶來的檢測漏洞，另外利用超聲波檢測工具時，相關的檢測次數、檢測位置要進行詳細的記錄，為后續的檢測方案提供相應參考依據[2]。

圖3 混凝土構件超聲波檢測儀

3.2 強化檢測流程

眾所周知，港口水工建筑混凝土結構的檢測，相應的檢測流程以及檢測標準選用按照科學的要求開展相應的檢測工作，作為檢測人員，應該按照既定的規定開展檢測工作，不少工作人員為了應付工作，對于檢測流程的相關步驟，采用跨越式檢測，尤其是檢測結果存在一致性時，會降低對于目標建筑的警惕心理，進而造成檢測方法的無效性，浪費了重要的檢測機會。任何一項既定的檢測流程，都是超聲波檢測法，根據大量的實驗經驗得出，因此其中的每一項步驟和檢測流程，都是確保檢測結果有效性的重要保障，任何改變檢測路徑的行為，都會直接或者間接影響到檢測結果的真實性，從而造成超聲波檢測方法的形同虛設。

3.3 重視復檢的重要性

復檢，是基于對于已經查明的港口水工建筑混凝土結構微小裂縫的檢測工作，一方面，需要確定裂縫的具體位置和數量，另一方面，需要借助復檢的操作流程，提升超聲波檢測方式的有效性，避免出現“烏龍”檢測結果的發生。復檢，可以確保檢測結果的有效性，從而為后續裂縫補救措施的應用，提供重要的參考依據，為建筑物開展裂縫解決措施的開展提供數據支持和理論支持。

4 結 論

綜上所述，對于港口水工建筑混凝土結構微小裂縫超聲波檢測方式的研究，進行詳細的闡述和分析，以較為先進的檢測方式為核心，開展相關內容的分析和研究，為超聲波檢測技術的發展，提供一定的支持和幫助。