混凝土检测中超声波技术的应用

【摘要】超声波是物探技术中的一种，其在水利工程中有着广泛的应用。由于其检测效率高，检测结果准确，受到人们的欢迎。本文结合具体的工程实例对混凝土检测中超声波技术的应用进行分析。

【关键词】混凝土检测；超声波；缺陷检查

引言

混凝土结构在施工中会由于多种因素的影响是指结构内外部出现缺陷，影响了水利工程的整体质量。所以，作为施工单位，需要提高对混凝土结构施工的重视程度，并加强检测，进行质量评定，从而保障工程的施工质量。检测技术的四是，可以对混凝土结构的完整性进行测定，这样在一定程度上可以对结构安全稳定性进行评估，也可以节约建设成本，维护各方利益与安全。

1、混凝土缺陷的检测分类与判别依据

缺陷检测就是对混凝土内部的缺陷进行检测，判断其是否存在空洞、不密实区域、裂缝大小等。超声脉冲法是指测量超声脉冲波在混凝土中的传播速度等各项参数，并对这些参数以及具体变化进行分析从而判断测量位置的混凝土内部是否存在缺陷。主要的判断依据如下：第一，依据超声波在混凝土中的传播是否存在绕射的现象，依据声时或者是声速的变化判断缺陷的严重程度；第二，依据超声波在缺陷位置的传播现象分析波幅变化，注重观察是否发生散射；第三，依据超声脉冲参数遇到缺陷时的变化，例如接收的信号主频率是否降低以及降低的幅度，或者是接收波频谱和反射波频谱是否存在差异，从而判断内部是否存在缺陷；第四，依据超声波在缺陷位置处的波形变化进行判断。

2、超声波在混凝土检测中的应用

使用超声波检测仪对混凝土构件进行缺陷检测时，根据构件的形状、尺寸、大小、环境等条件，选用合适的测试方法。常规的测试方法有平面测试、钻孔或预埋管测试和混合测试三种方法。

2.1平面测试

平面测试法是在常规的矩形柱或梁构件上使用平面换能器测试构件同一方向缺陷的方法，这种测试方法是最为常规也是工程中应用率最高的测试方法。平面测试法又包括三种测试方法，分别为： 对测法、斜测法和平测法。1） 对测法。对测法在平面测试法中属于最为简单的方法，进行测试前，在混凝土构件上相互平行的两个混凝土面上用水准仪放线，在所检测的混凝土外表面上用墨盒打出50 mm × 50 mm 或100 mm × 100 mm 的网格，在所测网格的点上涂抹耦合剂，再将超声波发射探头和接收探头置于同一直线上，具体如图1a） 所示。这种方法适用于矩形截面的混凝土構件，构件具有一对或两对不遮挡、具有检测条件的互相平行的表面。采用此方法可大致测出混凝土内的位置，对其缺陷大小较难测试，并且由于在网格交点进行测试，因此易错过网格内的缺陷，将测量小型缺陷成为一种小概率事件。2） 斜测法。斜测法对构件的要求和测试前对构件的处理相同，测试方法是将发射探头和接收探头相互错开一个网格的方法进行测试，如图1b） 所示。采用此方法可适用于矩形截面的混凝土构件，构件具有一对或两对不遮挡、具有检测条件的互相平行的表面。采用此方法进行检测可对混凝土内部缺陷进行精确定位，确定缺陷较为精确的范围及大小。3） 平测法。平测法主要对仅具有一个测试面的混凝土构件进行测试，如对筏板基础、大体积混凝土等构件，如图1c） 所示。这种测试方法是通过超声波在混凝土构件底部反射而接收的波速或声时大小判断缺陷的位置和大小。采用此方法进行测试时测试结果也相对准确，但对缺陷位置定位较为困难。

2.2 钻孔测试

采用钻孔式检测时，需对超声波检测仪更换径向换能器进行检测。此测试方法的测试原理同平测法类似，即进行测试时将大体积混凝土中所钻的孔间混凝土作为一个相对的平面进行测试。这种测试方法分为孔中对测和孔中斜测两种测试方法。1） 孔中对测。将径向换能器的发射端和接收端置入钻好的孔或预埋的管道内，将两个径向换能器放置同一水平高度上，在每隔一定间距内进行测试，测试缺陷的位置及大小，测试示意图如图2a） 所示。2） 孔中斜测。孔中斜测的方法与平测法中的斜测法基本相同，即将径向换能器置入钻好的孔或预埋的管道内，将两个径向换能器保持一定高差进行测试，测试缺陷的位置及大小，测试示意图如图2b） 所示。

2.3 混合测试法

混合测试法是将平面测试法与孔中测试法相结合的测试方法。采用这种测试方法的优点在于可对断裂类混凝土或不允许大面积开洞的混凝土构件测试，测试范围大于平测法和孔中测试法。混合测试法的原理是使用平面换能器和径向换能器进行综合测试，测试时也分为平测法和斜测法两种类型。平测法即将两种换能器放置同一水平处进行测试； 斜测法即将两种换能器错开一定距离进行测试，测试方法同平测法及孔中测试法基本相同。

3、试验分析

3.1 试验目的

1） 模拟混凝土柱可能出现的所有缺陷，在目前最常用的探头布置方式下，测得完好混凝土以及各类缺陷的波速、声时、波幅等信息，得出典型缺陷波形图，并分析各类缺陷的特点。2） 研究混凝土出现不同程度脱空时超声波的传递特点。

3.2 试件制作

为了更好地模拟水利工程中的混凝土柱，制作了一个直径为1 000mm、高度为2m、浇筑C30微膨胀混凝土的混凝土柱，在试件中分别设置了0. 2 ～ 2. 0mm 的脱空缺陷、蜂窝缺陷区域、内部加强环下侧缺陷及其设置了孔洞的内部加强环。其中，利用粘贴泡沫模拟脱空缺陷，通过添加泡沫模拟蜂窝区域，内部加强环下侧粘贴泡沫模拟加肋板上孔洞缺陷，在中央底部放置了塑料圆管模拟孔洞缺陷，同时设置带孔洞的内部加强环是为了让内部加强环下侧无孔洞，与带缺陷的内部加强环区域做对比。

3.3 试验方法

采用HC-U81 混凝土超声波检测仪，共测2 个立面，分别为不带孔洞内部加强环侧立面、带孔洞内部加强环侧立面（ 两立面相互垂直） 。各立面从上至下每隔100mm 设1 个测点，1个立面设18 个测点，共36 个测点，测点布置及编号如图4 所示。

3.4 试验结果

根据实测结果，将各测点声波数据整理汇总，其中A1 ～ A5，B1 ～ B5 处于环形全脱空缺陷区，B6 ～ B7 处于局部脱空缺陷区，A8 ～ A9 处于内部加强环下部孔洞缺陷区，A11～ A13，B11 ～ B13 处于蜂窝模拟区，A17 ～ A18，B17～ B18 处于混凝土内部孔洞区，其余测点位置处于质量完好混凝土区域。试验结果表明： 在无缺陷区域超声波声时在245 ～ 255μs，波速在3 900 ～ 4 100km/s，波幅在30 ～40dB； 在环形全脱空缺陷以及局部脱空区域，超声波声时比正常混凝土区域大，并且声时值随着脱空值的增大而增大，从而导致声速降低，波幅变化； 在蜂窝模拟区域及混凝土内部孔洞区域超声波声时均有增大，但声时增大值相比于脱空缺陷小，波速随着声时的增大而减小，波幅稍有降低。在存在脱空缺陷时，超声波波幅变化较大，在脱空值较小区域波幅呈降低趋势，但脱空值達到一定值后（ 约为1. 4mm） 波幅突然增大，在A1 ～ A2，B1 ～ B2 点测得的波形有少量杂波，这可能与超声波在脱空缺陷中传递路线有关。

4、结束语

超声法由于有规范指导，并且在检测的准确性以及经济角度上都有一定的优越性，因此目前在水利工程中检测混凝土缺陷是最常用的方法。但超声法的应用需要工程人员有一定的经验，在实际检测工程中检测结果容易受到现在环境的影响，多提供超声波检测数据及图形有利于超声法检测技术在混凝土缺陷检测中的推广。另外，可以尝试对超声CT 扫描技术进行开发研究，将超声CT扫描检测技术应用在水利工程混凝土缺陷检测中，让检测结果更直观化。

参考文献：

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作者简介：徐加益（1970-）男，汉族，贵州安顺人，本科学历，高级工程师，主要从事水利工程物探工作。