超声法检测混凝土强度的特点和缺陷

【摘要】超声波在混凝土强度检测中的应用，为混凝土强度的特点和混凝土强度的缺陷的检测提供了技术上的支撑，本文就超声波检测混凝土强度的特点和缺陷加以探讨，以期能更好的实现利用超声波技术对混凝土的观照，为人们掌握混凝土特性造福人类的生产生活提供空间。

【关键词】超声波检测；混凝土；特点；缺陷

中图分类号： TU37 文献标识码： A 文章编号：

引言

超声波检测为混凝土强度的特点和缺陷的检测提供了前所未有的机遇，而且以其无法替代的优越性在混凝土检测中日益发挥出重要的作用。本文就超声波检测混凝土强度的特点和缺陷加以探讨，以期能更好的实现利用超声波技术对混凝土的观照，为人们掌握混凝土特性造福人类的生产生活实践提供空间。

二、超声波检测特点

超声检测可以利用单一声速参数推定混凝土的轻度，具有重复性好的优点。在混凝土中，水泥石的强度及其与集料的黏结能力对混凝土强度起决定作用。但是水泥石所占比例不占绝对优势，导致原料及配合比不同时，声速与强度关系发生明显变化，制约其普遍应用。具体特点体现如下方面：

检测过程无损于材料、结构的组织和使用性能。

直接在构筑物上检测并推定其实际的强度。

重复货复核检测方便，重复性良好。

超声波发具有检测混凝土质地均匀性的功能，有利于测强测缺的结合，保证检测混凝土强度建立在无缺陷、均匀的基础上合理地评定混凝土的强度。

超声波采用单一声速参数推定混凝土强度。当有关影响因素控制不严时，精度不如多因综合法，但在某些无法测量回弹值及其他参数的结构或构件中，超声波仍有其特殊的适应性。

二、超声波检测的基本原理

1、超声波检测混凝土强度的原理

在混凝土中传播的超声波，其速度和频率反映了混凝土材料的性能、内部结构和组成情况，那么混凝土的弹性模量和密实度与波速密切相关，即强度越高，其超声波的速度和频率也越高。因此，通过测定混凝土声速来确定其强度。混凝土是由固相、液相和气相随机地交织在一起的非均匀的各向异性材料。通过大量的研究表明，当超声波在混凝土中传播时，其纵波速度的平方与混凝土的弹性模量成正比，与混凝土的密度成反比，而混凝土轻度等级的高低又与其密度相关。因此，根据超声波传播速度即可推定混凝土的强度。一般来说，混凝土声速越大其强度越高。

.2、超声波检测混凝土缺陷的基本原理

发射换能器超声波检测时的核心部件之一，通过发射超声波进行混凝土结构缺陷检测。具体工作流程是：发射换能器发射超声波，超声波穿过混凝土结构并进行波反射，依靠信号接收器和接收换能器接受检测数据，这些检测参数结果包括波幅、波速和频谱等参数等，通过分析处理过的接收数据就可以准确的描绘出混凝土结构的强度、结构缺陷位置、缺陷性质等。混凝土结构是非均质的材料，对超声波的能量有吸收的特性，而对于高频成分吸收更大，一般在混凝土结构够缺陷检测时采用发射频率较低的超声波。当混凝土结构质量较均匀、测试相同距离的情况下，接收的信号主频等参数往往比较一致，如果混凝土出现不密实、空洞等缺陷时，混凝土的整体性受到破坏，这时接收换能器收到的信号值和完整混凝土相比声时值较大，波幅和频率值相应较低。在混凝土检测时正式依靠检测设备处理参数后比较声速、波幅和主频测量值，得出混凝土的质量状况。混凝土结构常见的缺陷有不密实、空洞、杂物填充、意外受伤等。当超声波经过这些缺陷断面时波速、振幅值会发生突变，常常可以根据这些突变特性推断结构内部的缺陷。

三、超声波检测混凝土强度缺陷的判别方法

1、超声波穿过混凝土缺陷部位时，由于反射绕射的影响，超声波的波速和时间会受到相应的影响，我们可以根据波速的大小或者接受波段时间的长短来判断缺陷的类型和大小。

2、超声波经过混凝土缺陷断面时，波的能量会被吸收或者干扰后散射，相应的信号接收器和接收换能器接收的波的能量也相应减少，可以据此判断缺陷的大小和存在位置。

3、超声波经过混凝土缺陷部位时，信号接收器接收到的波的频率也会相应发生变化，往往由于波的吸收导致波的频率降低，据此可以判断缺陷的大小。

4、超声波经过混凝土缺陷部位时，波形参数会发生相应的变化，不同的波段相互叠加，信号接收器接收的信号波形畸变，据此我们可以判断缺陷的类型和缺陷的大小及位置。

四、超声检测混凝土缺陷的影响因素

1、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新号的强度，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、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。

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制率的增加而变快。

五、超声波检测混凝土结构的内部缺陷或损伤的主要内容

1、裂缝的检测

由于各种因素的干扰，混凝土结构构件常常会产生裂缝，裂缝的存在不但会影响结构的使用性能，甚至会影响结构的安全与寿命。为了能准确的测量裂缝的深度及走向，超声脉冲法成为了检测的常用手法。混凝土结构的开裂深度小于 500mm 时，推荐采用单面平测法或双面斜测法。在进行单面平测时，要以不同的测距布置测点进行测量，要保证测点有跨缝和不跨缝两种状况，切测点的位置应尽量避开钢筋，减小钢筋的干扰。裂缝深度的确定方法有 ：

（一）跨缝测量中，当出现首波反相时，通过该测点的数据及相邻测距的亮点的测量数据按照一定的方法计算，最后取三个测点的深度平均值作为裂缝深度。

（二）如果在测量中没发现首波反相，需要计算第1点的计算深度及平均值，通过个测点的测距和平均深度的比较，如果测距小于裂缝深度平均值或者测距大于三倍的平均值，剔除改组数据，然后去剩下的个测点数据取平均值即可。双面斜测测量时，一般选取相互平行的测量表面，通过对波幅、声时和主频的突变的分析判断出雷锋的深度及联通状况。对于大体积混凝土并且深度在 500mm 以上的裂缝，应该采用钻孔对测法。

2、不密实与空洞的检测

超声检测手段具有无损伤性，相对射线方法，超声波检测方法的穿透能力强，操作简单，仪器受干扰小等特点在不密实检测中取得了广泛的应用。现在主流的检测混凝土结构缺陷的超声波检测法有超声脉冲声速法（Ultrasonic Pulse-velocityMethod，简称 PUV）和超声脉冲回波法（Ultrasonic Pulse-echo Method，简称PUE）两种。PUV 法的工作原理是发射脉冲信号，通过测量信号穿越混凝土结构的实践来确定声速。测点应布置在混凝土结构构件的表面并按网状排布。通过超声波的相关参数和结构构件的力学性能或集合特性的联系，能够有效地测定构件的震荡不实空洞区域。PUE 法的工作原理是在混凝土结构构件的一侧发射信号，通过测量波的传播速度及时间，可以准确的测量缺陷的位置及性质。

六、结束语

综上所述，超声波在混凝土检测中的应用，为发现混凝土的特点和缺陷提供了可能，从而为人类利用混凝土并规避混凝土的缺陷提供了极大的帮助。随着这一检测方法的完善，人类对混凝土的认知也会更加深入，使混凝土服务于人类的生产实践。

参考文献：

[1]吴慧敏 . 结构混凝土现场检测技术 [M]. 长沙 ：湖南人学出版社，1988.

[2]李颖，刘小明，潘冬子 . 混凝土梁无损检测新技术及其进展