超聲波檢測混凝土裂縫的方式

【摘 要】目前超聲波技術被廣泛應用于各種工程的質量檢測上。超聲波檢測是混凝土非破損檢測技術中的一個重要方面，特別是在檢測混凝土內部缺陷與勻質性等方面非常有效。闡述超聲波檢測混凝土裂縫的原理與意義，介紹該方法涉及的主要聲學參數和常用方法，并討論超聲波檢測技術的發展趨勢。

【關鍵詞】超聲波檢測；混凝土結構；裂縫；工程質量

混凝土結構由于各種原因普遍存在裂縫。裂縫的出現會降低建筑物的抗滲能力，影響建筑物的使用功能，同時也會引起鋼筋的銹蝕和混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此，要對裂縫制定合理的檢測方案，判定裂縫的性質，確定裂縫的危害性及制定相應的補救措施。

應用超聲波檢測混凝土裂縫是重要的混凝土結構無損檢測方法之一。超聲波檢測是20 世紀60 年代發展起來的一種非破損性檢測，其利用超聲波傳播速度及回彈值同混凝土抗壓強度之間的相互聯系來反映混凝土的抗壓強度，并且可以利用超聲波在混凝土中傳播的時間（聲時）和波幅值、頻率值的變化來計算裂縫深度、確定內部裂縫的位置。該方法具有操作簡單、快捷準確、費用低廉等優點，在混凝土工程中得到廣泛的應用。

1 超聲波單面平測法檢測原理和方法

1.1 超聲波單面平測法檢測基本原理

將電—聲換能器接觸在混凝土表面，由發射換能器發射的超聲波被接收換能器接收，超聲波在混凝土中遇到裂縫時將產生繞射、反射和衰減。根據聲時、波幅等參數變化，通過回歸分析，由此判別和計算裂縫深度大小。

1.2 超聲波單面平測檢測方法

當結構的裂縫部位有一個可測表面估計裂縫深度又不大于500 mm 時，可采用單面平測法。平測時應在裂縫的被測部位以不同的測距按跨縫和不跨縫布置測點，布置測點時應用鋼筋混凝土雷達定位儀確定裂縫檢測區域的鋼筋位置，避開鋼筋的影響進行檢測，其檢測步驟如下：

1）將T，R 換能器置于裂縫附近同一側，分別測量兩個換能器內邊緣間距li '= 100 mm， 150 mm， 200 mm， 250 mm……的聲時值ti。由于超聲波的實際傳輸距離要大于兩個換能器內邊緣間距，并且很難直接確定，為了求取的超聲波傳播聲速值誤差最小，應采用最小二乘方法來做線性回歸，以便確定較為精確的超聲波實際傳輸li距離以及不跨縫時混凝土中的超聲波傳播聲速值，見圖1。線性回歸方程如下：

li = vti + a （1）

其中，v 為回歸系數，即為不跨縫時混凝土中的聲速值，km/s； a為回歸常數。

2）將T，R 換能器置于以裂縫為軸線的對稱兩側（ 見圖2） 。兩換能器中心連線垂直于裂縫走向，以li ' = 100 mm，150 mm，200 mm， 250 mm， 300 mm 分別讀取聲時值，同時觀察首波相位的變化。

3）各測點裂縫深度計算值按式（2）計算。

（2）

測試部位裂縫深度的平均值按式（ 3） 計算。

其中，hci為裂縫深度； l 為超聲測距； ti為不跨縫測量的混凝土聲時； 為跨縫測量的混凝土聲時； v 為不跨縫測量的混凝土聲速。

1.3 裂縫深度的確定方法

1）三點平均值法： 在跨縫測試發現首波反相時，用該測距與其兩個相鄰測距的聲時測量值分別計算hci，取三點hci的平均值作為該裂縫的深度hc。

2）平均值加剔除法：當跨縫測量難以發現首波反相時，可先求出各測距計算深度（hci）的平均值（mhc）。再將各測距li '與mhc相比較，若測距li '＜mhc和li '＞3mhc，則剔除hci，取余下hci的平均值作為該裂縫深度hc。

2 超聲波檢測的主要聲學參數

超聲波在混凝土中的傳播速度不僅與混凝土的彈性性質有關， 還與其內部結構和組成成分關系密切。混凝土超聲檢測目前主要是采用“穿透法”，即用一發射換能器重復發射超聲脈沖波，讓超聲波在所檢測的混凝土中傳播，然后由接收換能器接收，被接收到的超聲波轉化為電信號后經過超聲儀放大顯示于屏幕上，用超聲儀測量接收到的超聲波信號的聲學參數。目前，在混凝土檢測中常用的聲學參數有聲速（波速）、振幅、頻率以及波形。

3 超聲波檢測混凝土裂縫的常用方法

對混凝土淺裂縫深度50 cm 以下的超聲波檢測主要有tc—t0法和英國標準BS-4408 法（如圖3 所示）。BS-4408 法是以二換能器的邊到邊計算，tc－t0法是以二換能器的中到中計算。

4 結語

在制作混凝土時，由于振搗不均勻會大大降低混凝土的強度，從而引起工程的隱患。初步的研究結果表明，用超聲波對混凝土材料進行無損檢測是一種非常有潛力的檢測手段，有良好的發展空間。可以利用超聲波法來檢測混凝土試塊在振搗后是否均勻，這樣便保證了混凝土的質量， 彌補了制作過程中的漏洞，加強了結構工程的可靠性，避免出現質量缺陷。由于混凝土的組成成分非常復雜，在成型過程中受到多種因素的影響，所以對超聲波在混凝土中的傳播理論還需深入研究，以使超聲波檢測混凝土缺陷的技術得到完善。

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