水利工程建筑混凝土檢測中超聲波技術(shù)的應(yīng)用

賴子祺 清遠(yuǎn)市水利水電工程質(zhì)量檢測有限公司

水利工程建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工過程復(fù)雜，而且其中有很多影響因素會導(dǎo)致澆筑形成的混凝土出現(xiàn)難以預(yù)計的缺陷，這對水利工程的質(zhì)量和安全帶來了極大的隱患。本文主要結(jié)合超聲波檢測技術(shù)在水利工程混凝土中的實(shí)際應(yīng)用，從而完成了一整套有效的科學(xué)正規(guī)的檢測管理制度。這在一定程度上能夠?qū)Y(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性做到全面有效的掌控，大幅度降低建設(shè)成本風(fēng)險，確保工程各方在投資項(xiàng)目收益上得到有效保障。

1.超聲波探傷的相關(guān)具體要求

超聲波探傷過程主要是實(shí)現(xiàn)對混凝土內(nèi)部是否存在缺陷情況進(jìn)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(guān)注其探傷性能。

1.1 超聲波探傷設(shè)備的性能要求

超聲波探傷設(shè)備的誤差和精度選擇最為關(guān)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(nèi)，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(rèn)，至少超過24dB以上。

1.2 探傷儀的探頭選擇

按照被探復(fù)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(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

2.1 超聲波檢測混凝土體積

采取超聲波檢測儀應(yīng)用技術(shù)時，檢測混凝土構(gòu)件是否存在缺陷，必須要認(rèn)真了解混凝土構(gòu)件外表形狀、尺寸、地質(zhì)等情況。檢測的體積被定義為包括混凝土和混凝土兩側(cè)至少各10mm范圍內(nèi)或熱影響區(qū)二者之中面積較大的區(qū)域范圍內(nèi)的母體材料。在斜探頭掃查區(qū)域內(nèi)的母材，應(yīng)當(dāng)用直探頭進(jìn)行檢查。掃查區(qū)域被定義為1.5×S（全跨距），對母材的掃查是為了發(fā)現(xiàn)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(zhǔn)

直探頭量程范圍的校準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)采用IIW(CSK-IA)校準(zhǔn)試塊K1 校準(zhǔn)試塊，或者在待檢材料上沒有缺陷的區(qū)域進(jìn)行。水平范圍的選擇應(yīng)當(dāng)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(zhǔn)應(yīng)當(dāng)采用IIW或V2校準(zhǔn)試塊進(jìn)行。選取的水平范圍應(yīng)當(dāng)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(diǎn)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(diào)整至滿屏高度的80%，確定探頭的入射點(diǎn)。探頭的入射點(diǎn)即可在校準(zhǔn)試塊上的刻度上讀出并標(biāo)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(diào)整增益使回波高度達(dá)到滿屏高度（FSH）的80%。這時的增益值為主增益，應(yīng)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(biāo)出相應(yīng)回波的幅度。這些點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，曲線長度覆蓋所需要掃查區(qū)域。選擇DAC曲線的第一個點(diǎn)，必須保證從探頭入射點(diǎn)至橫孔的聲程距離，不得少于0.6N（N是指相關(guān)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(yīng)當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)償。如果傳輸損失大于12dB，則應(yīng)當(dāng)考慮原因，如適用，對掃查表面進(jìn)行更進(jìn)一步的準(zhǔn)備處理。如果并沒有明顯的導(dǎo)致高修正值的原因，則應(yīng)當(dāng)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(jìn)一步提高增益。然后當(dāng)依據(jù)DAC進(jìn)行缺陷評估時，必須減去提高了的增益量。缺陷的評定由驗(yàn)收水平確定，如DAC-10dB。缺陷長度的評估應(yīng)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(biāo)示為缺陷的邊緣。

如果可能，應(yīng)從板材的一面和焊接接頭的兩側(cè)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(yīng)在1.5×S的掃查范圍內(nèi)前后移動。探頭的這種移動應(yīng)當(dāng)在水平面內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)5-10°的角度。對于厚度超過40mm的區(qū)域，可能有必要從結(jié)構(gòu)的兩面上，連接縫的所有側(cè)邊（4側(cè)）進(jìn)行掃查。

2.6 不符合的缺陷出現(xiàn)處理要求

抽樣檢測過程中發(fā)現(xiàn)不符合的混凝土，應(yīng)該加大檢測范圍。除非另有規(guī)定，抽樣檢測發(fā)現(xiàn)不符合的混凝土，應(yīng)該在被檢混凝土的兩側(cè)增加兩個與抽樣長度相同的檢測區(qū)域。如果發(fā)現(xiàn)不連續(xù)具有重復(fù)性、系統(tǒng)性，則應(yīng)該對于相同條件下相同的參量澆筑的區(qū)域都要進(jìn)行檢測。如果不符合的缺陷被發(fā)現(xiàn)是有規(guī)律的出現(xiàn)，應(yīng)對出現(xiàn)不符合的原因進(jìn)行分析調(diào)查。在重新澆筑之前應(yīng)對混凝土澆筑工藝進(jìn)行重新的評估，采取必要的改進(jìn)措施，提高澆筑質(zhì)量以滿足質(zhì)量要求。重新修補(bǔ)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(jìn)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(yàn)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(jié)合靈敏度的校準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)包括整個超聲波系統(tǒng)，也就是超聲波設(shè)備、探頭、線纜和耦合劑，為了補(bǔ)償由于聲程增加而導(dǎo)致的衰減和聲束擴(kuò)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(diǎn)。

研究混凝土出現(xiàn)不同程度脫空時超聲波的傳遞特點(diǎn)。耦合劑應(yīng)當(dāng)選用適合的液體或糊狀物，用于將超聲波從探頭傳導(dǎo)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(zhǔn)時使用的耦合劑應(yīng)當(dāng)與檢測時使用耦合劑相同。復(fù)探或驗(yàn)證前應(yīng)將舊的漿糊痕跡去除，避免增加衰減。標(biāo)準(zhǔn)試塊可采用IIW試塊，也可選用其他類型的標(biāo)準(zhǔn)試塊，其余性能必須在同一標(biāo)準(zhǔn)試塊上測定。對比試塊根據(jù)被檢混凝土塊厚度要求，其材質(zhì)應(yīng)與被檢母材相同或聲學(xué)性能相近似。對比試塊經(jīng)粗加工后應(yīng)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(dāng)量的缺陷存在。可根據(jù)需要在對比試塊上添加參考孔,但布孔位置不應(yīng)與試塊端角和相鄰參考孔的反射相干擾。耦合劑應(yīng)具有良好的透聲性能和適當(dāng)?shù)恼扯?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(zhǔn)試塊（K1–K 2）用于量程的校準(zhǔn)和斜探頭角度的確定，這些校準(zhǔn)試塊最好與待檢測材料具備同樣的聲學(xué)特性。用于超聲波檢測的接觸表面，應(yīng)當(dāng)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(jié)果。

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

4.結(jié)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(yīng)用，本文結(jié)合超聲波檢測的準(zhǔn)備工作及實(shí)施工作要求，對混凝土中的建筑材料超聲波檢測方法進(jìn)行探討，對于檢測的缺陷進(jìn)行明確的評判。希望通過研究分析應(yīng)用，能夠?qū)λこ探ㄖ|(zhì)量提升有一定促進(jìn)作用。