水利工程建筑混凝土檢測中超聲波技術的應用

賴子祺 清遠市水利水電工程質量檢測有限公司

水利工程建筑混凝土結構施工過程復雜，而且其中有很多影響因素會導致澆筑形成的混凝土出現難以預計的缺陷，這對水利工程的質量和安全帶來了極大的隱患。本文主要結合超聲波檢測技術在水利工程混凝土中的實際應用，從而完成了一整套有效的科學正規的檢測管理制度。這在一定程度上能夠對結構安全穩定性做到全面有效的掌控，大幅度降低建設成本風險，確保工程各方在投資項目收益上得到有效保障。

1.超聲波探傷的相關具體要求

超聲波探傷過程主要是實現對混凝土內部是否存在缺陷情況進行檢查，從而分析得出空洞、稀疏、裂縫等問題。因此要特別注意選取適合的探傷儀器，關注其探傷性能。

1.1 超聲波探傷設備的性能要求

超聲波探傷設備的誤差和精度選擇最為關鍵，一般要求探傷儀的垂直線性誤差范圍在3%-6%之間，探傷儀的衰減器精度要求選取相鄰的12dB，誤差的幅度介于1dB以內，最大的累積誤差不超過1dB。探傷儀和探頭的組合分辨率要在試塊上予以確認，至少超過24dB以上。

1.2 探傷儀的探頭選擇

按照被探復合混凝土材料厚度的差異，縱波直探頭為45°、60° 以及70°橫波斜探頭。短聲程最好選擇晶片尺寸為6～13mm的小探頭，若聲束路徑范圍＞100 mm（對于普通單晶探頭），選擇晶片尺寸為13～24mm更合適。對于探頭的選擇見表1。

表1 探頭選用

2.超聲波檢測技術在混凝土結構中的應用

2.1 超聲波檢測混凝土體積

采取超聲波檢測儀應用技術時，檢測混凝土構件是否存在缺陷，必須要認真了解混凝土構件外表形狀、尺寸、地質等情況。檢測的體積被定義為包括混凝土和混凝土兩側至少各10mm范圍內或熱影響區二者之中面積較大的區域范圍內的母體材料。在斜探頭掃查區域內的母材，應當用直探頭進行檢查。掃查區域被定義為1.5×S（全跨距），對母材的掃查是為了發現分層、缺陷、顯著的衰減改變或厚度變化，這些可能會影響斜探頭檢查。

2.2 超聲波探頭的范圍校準

直探頭量程范圍的校準，應當采用IIW(CSK-IA)校準試塊K1 校準試塊，或者在待檢材料上沒有缺陷的區域進行。水平范圍的選擇應當保證在屏幕上始終至少有兩個底面回波（反射）；斜探頭的水平范圍校準應當采用IIW或V2校準試塊進行。選取的水平范圍應當至少覆蓋1.5×S（全跨距）。

2.3 超聲波角度探頭的測量

探頭入射點的測量，放置探頭時，找到半徑為100mm（IIW）或50mm（K1）的圓弧面的最高波，并調整至滿屏高度的80%，確定探頭的入射點。探頭的入射點即可在校準試塊上的刻度上讀出并標記在探頭上。

2.4 超聲波參考曲線 DAC的建立

對比試塊橫通孔反射的最高回波，調整增益使回波高度達到滿屏高度（FSH）的80%。這時的增益值為主增益，應記錄下來。保持主增益不變，探頭放置在不同跨距位置上，并且分別在屏幕上標出相應回波的幅度。這些點用平滑的曲線連接起來，曲線長度覆蓋所需要掃查區域。選擇DAC曲線的第一個點，必須保證從探頭入射點至橫孔的聲程距離，不得少于0.6N（N是指相關探頭的近場長度）。

如果差別小于2dB，則不需要修正。如果差別大于2dB卻小于12 dB，則應當進行補償。如果傳輸損失大于12dB，則應當考慮原因，如適用，對掃查表面進行更進一步的準備處理。如果并沒有明顯的導致高修正值的原因，則應當在檢測工件上的不同位置測定衰減情況。如果衰減的變化非常顯著，則必須考慮采取措施加以改善。

2.5 缺陷的評估方法

該方法主要用于評估缺陷的增益為主增益。掃查時，為了增大對方位困難缺陷的檢出靈敏度，可以最小6dB的增量進一步提高增益。然后當依據DAC進行缺陷評估時，必須減去提高了的增益量。缺陷的評定由驗收水平確定，如DAC-10dB。缺陷長度的評估應通過在缺陷中找到最高回波，然后探頭橫向掃查至缺陷的邊緣，直至回波的幅度降低至評定水平-10dB。探頭的中心處則標示為缺陷的邊緣。

如果可能，應從板材的一面和焊接接頭的兩側檢測混凝土。斜探頭放置在母材上的方式必須保證波束和連接縫垂直。探頭應在1.5×S的掃查范圍內前后移動。探頭的這種移動應當在水平面內連續轉5-10°的角度。對于厚度超過40mm的區域，可能有必要從結構的兩面上，連接縫的所有側邊（4側）進行掃查。

2.6 不符合的缺陷出現處理要求

抽樣檢測過程中發現不符合的混凝土，應該加大檢測范圍。除非另有規定，抽樣檢測發現不符合的混凝土，應該在被檢混凝土的兩側增加兩個與抽樣長度相同的檢測區域。如果發現不連續具有重復性、系統性，則應該對于相同條件下相同的參量澆筑的區域都要進行檢測。如果不符合的缺陷被發現是有規律的出現，應對出現不符合的原因進行分析調查。在重新澆筑之前應對混凝土澆筑工藝進行重新的評估，采取必要的改進措施，提高澆筑質量以滿足質量要求。重新修補的混凝土的兩端至少延伸100mm范圍使用與之前相同的方法進行檢測，真正合格后形成正式的書面超聲波檢查報告。

3.超聲波試驗分析

超聲波檢測得到的信息能夠反映混凝土中的缺陷，對于探頭的選擇要結合靈敏度的校準應當包括整個超聲波系統，也就是超聲波設備、探頭、線纜和耦合劑，為了補償由于聲程增加而導致的衰減和聲束擴散，必須建立DAC曲線，該曲線給出了在不同距離上探頭自反射體的回波高度，顯示缺陷的特點。

研究混凝土出現不同程度脫空時超聲波的傳遞特點。耦合劑應當選用適合的液體或糊狀物，用于將超聲波從探頭傳導至檢測工件表面。油類、脂類、甘油或漿糊都適于用作耦合劑。校準時使用的耦合劑應當與檢測時使用耦合劑相同。復探或驗證前應將舊的漿糊痕跡去除，避免增加衰減。標準試塊可采用IIW試塊，也可選用其他類型的標準試塊，其余性能必須在同一標準試塊上測定。對比試塊根據被檢混凝土塊厚度要求，其材質應與被檢母材相同或聲學性能相近似。對比試塊經粗加工后應用大于2.5MHz頻率以縱波直接接觸法超聲波探傷,不允許有大于∮1當量的缺陷存在。可根據需要在對比試塊上添加參考孔,但布孔位置不應與試塊端角和相鄰參考孔的反射相干擾。耦合劑應具有良好的透聲性能和適當的粘度,并對被檢工件和人體無損害,檢后容易清理。IIW(CSK-IA) 或 ISO 校準試塊（K1–K 2）用于量程的校準和斜探頭角度的確定，這些校準試塊最好與待檢測材料具備同樣的聲學特性。用于超聲波檢測的接觸表面，應當清潔光滑，即沒有污垢、氧化皮、焊接飛濺等，這些可能會影響檢測的結果。

合格缺陷的累計長度，焊縫評定區域內單個合格的缺陷在投影面上的累計長度的計算。當混凝土的厚度為t時，驗收水平8≤t≤15，DAC-14dB（超過評定水平的指示，長度不應超過2.5t，否則就是不合格）；驗收等級，15＜t≤100，DAC-14dB（超過評定水平的指示，長度不應超過2.5t,否則，不合格）。

4.結束語

超聲波檢測的方式在水利工程混凝土檢測中越來越廣泛應用，本文結合超聲波檢測的準備工作及實施工作要求，對混凝土中的建筑材料超聲波檢測方法進行探討，對于檢測的缺陷進行明確的評判。希望通過研究分析應用，能夠對水利工程建筑質量提升有一定促進作用。