混凝土檢測中超聲波的應(yīng)用研究

馮修一

摘 要：為`保障混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量性能，采取超聲波檢測的方法，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)混凝土中潛在的問題，因此，本文通過對超聲波檢測進(jìn)行研究，分析其在混凝土中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：混凝土；檢測；超聲波

超聲波在混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，既可以檢測混凝土的強(qiáng)度，保持95%以上的合格率，又可以檢測出混凝土的缺陷，體現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的完整性。超聲波檢測主要是利用聲學(xué)參量，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的力學(xué)性質(zhì)，提供全面的檢測方法。通過分析超聲波脈沖的傳播方式，明確的得出混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部狀態(tài)，進(jìn)而判斷混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在異常，解決混凝土中潛在的問題。

一、混凝土檢測中的超聲波分析

超聲波在混凝土檢測中，主要應(yīng)用在內(nèi)部缺陷和強(qiáng)度兩個(gè)方面，可以明確檢測出混凝土的基本狀態(tài)，體現(xiàn)了超聲波檢測的準(zhǔn)確性。

1、混凝土強(qiáng)度檢測中的超聲回彈綜合法

超聲回彈綜合法是以超聲波檢測為基礎(chǔ)，引進(jìn)回彈法理論，共同完成混凝土的強(qiáng)度檢測[1]。混凝土材料與強(qiáng)度存在直接的關(guān)系，而超聲回彈利用了此種關(guān)系，反饋混凝土的強(qiáng)度狀況。超聲檢測和回彈法在混凝土強(qiáng)度檢測中都存在偏重性，將兩者結(jié)合后可以描述出混凝土強(qiáng)度的變化性質(zhì)，形成一種反應(yīng)混凝土強(qiáng)度的特征，有效檢測混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部強(qiáng)度。

2、混凝土結(jié)構(gòu)缺陷中的超聲波檢測

觀察或檢測混凝土結(jié)構(gòu)的表面，很難發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的缺陷，如：空洞、裂縫等，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)潛在應(yīng)用病害，不利于混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。混凝土內(nèi)部缺陷大多是由施工引起的，特別是施工工藝欠缺或不足，都會干擾混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的隱蔽性強(qiáng)，其可在混凝土內(nèi)部存在較長的時(shí)間，形成緩慢的腐蝕或干預(yù)，直接降低混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。超聲波檢測在混凝土內(nèi)部遇到缺陷時(shí)，脈沖波形會發(fā)生明顯的改變，如下圖1和圖2，是超聲波在正常混凝土和缺陷混凝土中的表現(xiàn)。

圖1 正常混凝土內(nèi)超聲波的波形

圖2 缺陷混凝土內(nèi)超聲波的波形

2.1 空洞缺陷檢測

超聲波對混凝土檢測不存在任何損傷，其在檢測混凝土空洞時(shí)主要利用了脈沖聲速法。脈沖信號穿過混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)時(shí)，如果聲速遇到混凝土空洞或不密實(shí)的部分，會與正常聲速不同，根據(jù)脈沖信號的聲波特性，可以檢測出混凝土潛在空洞的結(jié)構(gòu)段，由此記錄聲波特性，找準(zhǔn)混凝土的空洞部分。

2.2 裂縫缺陷檢測

混凝土裂縫是最為常見的一類病害，不僅影響混凝土結(jié)構(gòu)的性能，更是增加混凝土的安全風(fēng)險(xiǎn)。超聲脈沖法在裂縫缺陷檢測中，可以檢測出走向和深度。例如：某混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫<500mm，超聲波檢測時(shí)采取單面平測的方式，各個(gè)測點(diǎn)的位置盡量避開混凝土內(nèi)部的鋼筋，以免干預(yù)鋼筋的質(zhì)量性能，著重分析超聲檢測中的跨縫測量，超聲脈沖發(fā)射后，當(dāng)首波發(fā)生反相時(shí)，結(jié)合測點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算出hci，取平均值確定裂縫深度，也有超聲波檢測混凝土裂縫時(shí)不出現(xiàn)首波反相的情況，此時(shí)需要選定n點(diǎn)，以此作為測量點(diǎn)，得出準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。

二、混凝土超聲波檢測異常的評價(jià)方式

比較常用的評價(jià)方式是數(shù)理統(tǒng)計(jì)概率法，其可區(qū)分混凝土的正常變化和異常忙完。

1、數(shù)理統(tǒng)計(jì)概率法

混凝土結(jié)構(gòu)中存在正常的變化區(qū)間，如果性能指標(biāo)超出變化區(qū)間，表示混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)異常。超聲波能夠檢測到混凝土異常，同時(shí)利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)概率法分析異常表現(xiàn)[3]。超聲波在混凝土異常部分的變化較大，針對混凝土整體結(jié)構(gòu)采取抽樣檢測的方式，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)概率法匯總并整理超聲波檢測的數(shù)據(jù)，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差、平均數(shù)據(jù)后，判斷混凝土發(fā)生異常的區(qū)域。

2、異常評價(jià)準(zhǔn)則

數(shù)理統(tǒng)計(jì)概率法在混凝土超聲檢測中的應(yīng)用，必須遵循相關(guān)的準(zhǔn)確，其中最重要的準(zhǔn)則是測量點(diǎn)的數(shù)量>20，由此才能確保數(shù)理統(tǒng)計(jì)的概率高于95%。

3、確定異常位置

結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)概率法的結(jié)果和混凝土的實(shí)際情況，規(guī)劃出混凝土缺陷的大概位置，既要繪制數(shù)理統(tǒng)計(jì)概率法的測點(diǎn)位置，又要表示勾畫出異常缺陷，以便分析混凝土的質(zhì)量。

三、超聲波在混凝土檢測中的實(shí)例

超聲波檢測在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)比較常用，以鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和樁基混凝土結(jié)構(gòu)為例，分析超聲波的具體應(yīng)用，如下：

1、超聲波在鋼管混凝土中的應(yīng)用

鋼管混凝土問題的檢測難度高，為保障檢測的準(zhǔn)確度，需采取超聲波檢測的方式[4]。假定某鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼管的外直徑=D，厚度=d，超聲波經(jīng)過鋼管內(nèi)壁、混凝土、縫隙的時(shí)間分別是t1、t2、t3，聲波速度=v1、v2、v3，超聲波經(jīng)過鋼管混凝土的時(shí)間T和X為未知量，其余已知，則計(jì)算方式如下：

T= + +

推論鋼管與混凝土之間的裂縫寬度為：

X=

經(jīng)多次計(jì)算證明，鋼管與混凝土之間確實(shí)存在縫隙，計(jì)算數(shù)據(jù)決定了縫隙的大小，而實(shí)際鋼管與混凝土之前的縫隙是無法避免的，還要借助超聲波的波形圖，確保已出現(xiàn)縫隙對鋼管混凝土的危害性。

2、超聲波在樁基混凝土中的應(yīng)用

樁基混凝土的典型代表是人工挖孔樁基，以某公路橋中的混凝土樁基為例，分析超聲波檢測的應(yīng)用。

2.1 樁基混凝土參數(shù)

該公路橋的人工挖孔樁基在灌注混凝土?xí)r出現(xiàn)誤差，底部水泥泥漿未達(dá)到密實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。人工挖孔樁的樁徑=1.5m，砼強(qiáng)度=C25，樁長=24.7m，3根聲測管。

2.2 超聲波檢測的應(yīng)用

該公路橋?yàn)闄z測處人工挖孔樁基內(nèi)部混凝土的質(zhì)量水平，選擇超聲波檢測方式。根據(jù)超聲波檢測的波形圖和曲線圖，分析超聲波檢測的數(shù)據(jù)，如下表1。

表1 超聲波檢測的數(shù)據(jù)

樁基段 數(shù)據(jù) 聲波速度 主頻率 幅值 衰減

0.0-16.0m 4194m/s 50kHz 平穩(wěn) 不明顯

16.0-24.7m 3539m/s 11kHz 跳變 明顯

由上表可以確定，該樁基內(nèi)的混凝土存在離析、松散的問題，后期采用鉛芯復(fù)核圖檢查超聲波檢測的結(jié)果，鉆到18.58m左右時(shí)，發(fā)現(xiàn)了混凝土的質(zhì)量問題，與超聲波檢測結(jié)論基本一致。

結(jié)束語：

超聲波在混凝土檢測中發(fā)揮重要的作用，能夠準(zhǔn)確檢測到混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)度、損傷等問題，提高混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性能，保障混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用水平。超聲波檢測在混凝土中的應(yīng)用越來越成熟，而且檢測的準(zhǔn)確性較高，規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，有利于建設(shè)工程的穩(wěn)固性，在很大程度上提升了混凝土在工程項(xiàng)目中的性能水平，改善混凝土施工的環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 李盛斌，楊紅霞.超聲波技術(shù)在混凝土檢測中的應(yīng)用[J].電子測試，2013，07：252-253.