超声波检测混凝土缺陷技术

摘要： 混凝土结构内部若存在不密实区或空洞等缺陷，必然会严重影响结构的承载能力和耐久性。结合工程实例，阐述了采用超声波检测混凝土不密实区和空洞的原理、方法。并详细介绍了检测数据处理过程。结果表明用超声波检测混凝土不密实区和空洞效果较理想。

关键词： 超声波检测 混凝土缺陷 检测

混凝土构件在制作或使用过程中，经常因为管理不善或受环境及意外损伤的影响，其内部可能出现蜂窝状不密实区或空洞。这些缺陷的存在会严重影响构件的承载力和耐久性，采用有效方法查明混凝土内部结构缺陷的性质、位置、范围及尺寸，以便进行技术处理，是工程建设中的一个重要内容。

1超声波检测混凝土缺陷的基本原理

目前，在检测混凝土构件的缺陷方面，超声无损检测的应用比较广泛。其主要方法是：首先测出超声波在混凝土构件各段的传播速度，再比较所测速度值的差异，找出有突变的地方，进行分析，从而判断缺陷的形态、范围等。超声波检测仪器比较简单，便携，操作比较方便，所以被广泛应用于混凝土结构缺陷检测。

2超声波检测混凝土缺陷的方法

2.1平测法

当构件具有两对相互平行的测试面时，可采用对测法，在测试部位两对相互平行的测试面上，分别画出200～300mm等间距的网格并编号确定对应的测点位置然后将T、R换能器经耦合剂分别置于对应测点上，逐点记录相应的声时（ti）、波幅（Ai）和频率(fi)，并量取测试距离（L）。

2.2斜测法

当混凝土被测部位只能提供两个相对或相邻测试表面时，可采用斜测法检测。检测时，将一对T、R换能器分别耦合于被测构件的两个表面，两个换能 器的轴线不在同一直线上。检测混凝土梁、柱的施工接槎、修补加固混凝L结合质量和检测混凝土梁、柱的裂缝深度多采用此方法。

2.3钻孔测法

对于大体积混凝土结构，由于其断面尺寸较大，如直接进行平面对测，接收到的脉冲信号很微弱，甚至无法识别首波的起始位置，不利于声学参数的读取和分析。检测时可用两个径向振动式换能器分别置于两测孔中进行测试，或用一个径向振动式与一个厚度振动式换能器，分别置于测孔中和平行于测孔的侧面进行测试。

3数据处理及判断

混凝土是非均质体，各测点处混凝土的质量是波动与离散的。任何结构上都能测量到一些低值点，但这些低值点不一定都是缺陷。所以各类超声检测规范中都采用了“概率法”。概率法的基本构想是认为：

a．正常混凝土质量的波动是偶然误差所引起，是不可避免的，也是允许的，它的分布是符合正态分布的。同时粗略认为，正常混凝土其声学参数也符合正态分布。

b．缺陷是由过失误差（漏振、漏浆、架空等）引起。它的分布不符合正态分布。

c．现在的问题是如何区别判断这些低测值点是偶然误差还是过失误差所引起，也就是说要定出一个是否是缺陷的临界值：凡低于临界值就是缺陷可疑点。

3.1混凝土声学参数的统计计算：

对于同一构件，同一测距的声速、波幅等声学参数的平均值（mx）和标准差（Sx）应分别按下式及步骤计算：

(1)

(2)

式中：――第 i 点的声学参数测量值；

n――参与统计的测点数。

(1)将测位各测点的波幅、声速或主频值由大至小按顺序分别排列，即X1≥X2≥⋯≥Xn≥Xn+1，将排在后面明小的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最大的一个(假定Xn)连同其前面的数据计算出mx及Sx值，并按公式 (3)计算异常情况的判断值。 ( 为异常值判定系数，可查CECS:21-2000取值)

将判断值(X0)与可疑数据的最大值(Xn)相比较，当Xn不大于X0时，则X0及排列于其后的各数据均为异常值，并且去掉Xn，再用X1～Xn-1进行计算和判别，直至判不出异常值为止；当Xn大于时X.0，应再将Xn+1放进去重新进行计算和判别；

(2)当测位中判出异常测点时，根据异常测点的分布情况，按下式进一步判别其相邻测点是否异常。

式中， 、 ，――异常值判断系数(当测点布置为网格状时取 ；当单排布置测点时(如在声测孔中检测)取 )。

4检测实例

某新建工程，因为怀疑某混凝土柱振捣不密实，对其进行缺陷监测。该柱子横截面积为1400mm×1400mm柱高3400mm。

4.1构件布点设置

检测仪器为NM-4A型非金属超声波检测仪。采用对测的方法，网格间距为200mm。AA测试面和BB测试面为同一根柱子的同一平行面且分别布置96个测点。测点布置见图1，图2。耦合剂采用黄油。

对于AA面，先将声速由大到小排列，利用公式（1）、（2）、（3），计算出平均值，标准差，和判断值。结果分别为：mx=4.390, Sx=0.069, X0=4.230。可见X06-01=4.234< X0,则X06-01为异常值。再将X06-01去掉，用其它值继续计算和判别，并未发现其他异常值。根据测点的分布情况，在异常值相邻的测点X06-02, X05-01, X07-01按上述方法继续判别。其中 。由计算得出X0=4.277，故其临近测点无异常。再由同样方法计算BB面，X0=4.251，则X06-01为异常值。计算其临近点X06-02, X05-01, X07-01是否异常，则X0=4.298，故其临近点也无异常。结合AA面与BB面的测试结果，缺陷位置基本相同，缺陷位置可以从测点不知立面图中看出，划有X的为异常点。

5结束语

对结构或构件混凝土不密实区和空洞缺陷检测，不仅在监控混凝土的施工质量、消除工程隐患、加快施工进度等方面具有很重要的意义，而且对长久使用中的工建筑物进行质量鉴定，以便确定继续使用还是加固改造或者是推倒重新修建．也具有决定性的作用。

超声波检测是工程中检测混凝土不密实区和空洞的较常用的一种方法，本文结合工程实践经验，从超声检测原理、方法出发，通过具体工程实例，详细阐述了构件不密实区空洞检测的数据处理技术，以供同行参考。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。