超声法检测混凝土缺陷的研究探讨

超声法检测混凝土缺陷的研究探讨

王伟龙 ,陈宪礼 ,田立新

河北建研工程技术有限公司  河北 石家庄  050227

摘要：由于桥梁施工中混凝土接缝间隙小，刚度大、外形美观，已广泛应用于各种桥梁的施工中。尽管混凝土在桥梁施工中具有一定的优势，但也必须认识到在桥梁箱梁的斜角处设置了大量密集的钢筋，同时在施工过程中受施工能力的限制，使混凝土缺陷的案例和事故在桥梁施工中经常发生。其主要原因是由于斜角裸筋和腹板开孔导致混凝土缺陷，导致桥梁承载力降低。因此，有必要对混凝土缺陷的检测方法进行分析。超声波具有很强的穿透能力，在混凝土缺陷检测中得到了广泛的应用。因此，本文重点分析了超声法在混凝土缺陷检测中的应用。

关键词：混凝土；内部缺陷；超声法检测；技术分析

0引言

在混凝土结构的施工过程中，由于施工管理不善或受使用环境和自然灾害的影响，其内部可能存在不密实或空洞，其表面形成蜂窝、麻面、裂缝等表面缺陷。这些混凝土内部和表面缺陷的存在将会不同程度的影响结构的承载力和耐久性。如何采用超声法进行有效的检测混凝土缺陷，以便进行技术处理，乃是工程界普遍关心的问题。

1超声法检测混凝土缺陷原理

混凝土为非匀质材料，对超声脉冲波的吸收、散射衰减较大，其中的高频成分更容易衰减，因此超声波检测混凝土缺陷一般采用较低的发射频率。当混凝土的组成材料、工艺条件、内部质量及测试距离一定时，其超声传播速度、首波幅度和接收信号主频等声学参数一般无明显差异。但是如果混凝土内部存在空洞、不密实或裂缝等缺陷，则破坏了混凝土内部的整体性，与没有内部缺陷的混凝土相比，测得的声时值则会偏大，波幅和频率降低。因此通过对同条件下的混凝土进行声速、波幅和主频测量值的比较，从而判定混凝土内部的缺陷情况。

2. 超声检测混凝土缺陷的影响因素

2.1施工构件形状、尺寸及检测点之间的距离

因超声波在传播过程中，指向性差，由发射换能器进入混凝土内的超声波实际上是以换能器为半径的球面波，同时由于混凝土中众多的界面，会导致超声波复杂的反射和折射，彼此相互干扰和叠加，造成很大的漫射声能，因此构件的形状及截面尺寸对超声波的传播有一定影响。同时超声波在传播过程中衰减较大，在检测过程中，发射端和接收端之间距离过大会降低接受信号的强度，抗散射和衍射波的干扰能力变差，因此会降低检测的准确性。

2.2混凝土

混凝土的水泥种类、水灰比、骨料级配、抗压强度等均会影响到超声波在混凝土中的传播速度。一般情况下，声速随水灰比的降低，抗压强度的增高而变快。

2.3混凝土中的钢筋配制

因超声波在钢筋中的传播速度要高于混凝土中的传播速度，因此混凝土中的钢筋配制会影响到超声波在混凝土中的传播。超声波速随着平行于检测连线的钢筋配筋率的增加而变快。

3. 超声法在混凝土缺陷检测中的应用

近年来频频出现的建筑事故有相当一部分就是因为混凝土存在缺陷而导致建筑垮塌。这主要是由于在最初的施工过程中未对混凝土进行捣实作业且后续施工过程中由于温度的变化以及湿度的变化而导致混凝土自身出现变形的情况，进而导致自身承重能力下降并出现裂缝、空洞。同时也需要认识到，现代的房屋、桥梁等建筑所使用的混凝土大多为结构复杂、非均匀且多孔的复合性材料。这就决定着一般的机械类方法难以有效的探测混凝土的却小。而超声波技术则可以有效避免这一问题。因此，有必要对超声波技术检测混凝土存在的缺陷进行讨论。一般而言，超声法主要应用于混凝土裂缝深度检测、不密实区以及空洞检测。

3.1检测混凝土裂缝深度

当混凝土在施工之初未捣实且后续承载过高时容易出现因受力损伤而导致的混凝土裂缝现象。利用超声波技术进行混凝土裂缝深度的检测主要包括双面检测和单面检测法。其中双面检测法主要应用于构件截面较小且构件两侧均能够放置超声波发射和接受探头的条件下。双面检测法是对混凝土出现裂缝深度进行直接检测的一种方法。通过将超声波探头分别设置在混凝土出现裂缝的跨缝点，然后在发射探头和接收探头进行位置的相对移动时，通过测定在不同位置所需的传播时间t以及测量声路的长度b，进而通过分析t-b曲线的突然转折的节点，进而计算出所需探测混凝土裂缝的宽度。虽然这种双面检测法在具体的测量时程序较为简单、测量精度也较高，但由于实际测量裂缝的宽度往往难以满足放置超声波发射、接收探头的要求。因此在实际的工作中很少使用这一方法。第二种对混凝土裂缝深度进行探测的方法为单面检测。所谓单面检测是指只有开裂处才能安置超声波探头时所使用的方法。这也是在进行公路、桥梁的混凝土裂缝检测时常用的方法。首先在裂缝附近混凝土较为完好的表面选择一定长度的校准距离并将长度计为2a。然后在这一段距离的两侧分别设置探头并测算超声波通过这一段距离时所需要的时间，计为t1.再将超声波发射和接收探头放置在裂缝处并进行探测以计算超声波所需的时间，计为t2.通过对比t1、2a以及t2的具体数值以计算出混凝土裂缝的实际深度。同时，为了进一步促进单面检测混凝土裂缝深度的准确性，往往需要分别选取多个较为完好的校准距离并求得滑动平均值。另外，还需要在测量时通过保证混凝土表面的光洁度以提高使用超声波探测时读数的稳定性。

3.2检测混凝土空洞

使用超声波对混凝土内部的空洞以及不密实区进行检测的原理是借助超声波在探测到空洞后会因为出现反射而导致超声波自身能量的衰减。从而通过读取分析超声波探测相同距离的完好混凝土的实际接收包括超声波的振幅以及波形等参数的变化，进而通过对比得出探测混凝土内部的空洞情况和不密实区的情况。在进行内部空洞的探测检测时，首先要通过使用回弹仪器等设备进行回弹以测定混凝土内部是否存在空洞。在确定混凝土中存在空洞后，需要通过在附近设置大量的检测点，通过平行检测面和交叉检测面相配合的方式完成对混凝土空洞的检测。

4.结语

混凝土内部由于是混合了砂、石子及几种水泥水化反应而生成的硅酸盐与碳酸盐，所形成的界面复杂，可使超声波在混凝土中的传播路径曲折交错，但是在无缺陷情况下，超声波在混凝土中传播的声时值基本随着测距的增大而增大的；而当存在裂缝时，超声波不得不采取“绕路”的方式来通过缺陷区域，这就造成了声时值的增大。通过以上分析，表明通过超声波检测仪器也可以检测混凝土质量的优劣，是否密实等特征。

参考文献

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