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1、2005年6月陕西工学院学报June.2005第21卷第2期JournalofShaanxiInstituteofTechnologyVo.l21No.2[文章编号]1002-3410(2005)02-0059-03超声波检测混凝土不密实区和空洞黄湘平,史承明(上海宝钢工业检测公司,上海201900)[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]超声法;混凝土缺陷;检测+[中图分类
2、号]TP317.8[文献标识码]A混凝土及钢筋混凝土结构物在建造施工过程中,有时因漏振、漏浆或因石子架空在钢筋骨架上,易导致混凝土内部形成蜂窝状不密实区或空洞。这种缺陷的存在往往会使结构或构件的整体承载力严重下降,因此采用有效方法查明混凝土结构缺陷的性质、范围及尺寸,以便进行技术处理,是工程建设中一个重要课题。[1]目前混凝土缺陷无损检测技术大体可分为两大类:一类是机械波法,其中包括超声脉冲波、冲击脉冲波和声发射等;另一类是穿透辐射法,其中包括Z射线、Y射线和中子流等。由于射线的穿透能力有限,尤其对于非匀质的混凝土,其穿透深度受到很大限制,而且产生射线的设备相当复杂,又需要严格的
3、防护措施,现场应用很不方便。超声脉冲波的穿透能力较强,尤其是用于检测混凝土,这一特点更为突出,而且超声检测设备较简单,操作较方便,所以被广泛应用于混凝土结构缺陷检测。1超声波检测混凝土缺陷的基本原理采用超声脉冲波检测混凝土结构缺陷的基本原理是,利用脉冲波在技术条件相同(指混凝土的原材料、配合比、龄期和测试距离一致)的混凝土中传播的时间(或速度)、接收波的振幅和频率等声学参数的相对变化,来判定混凝土的缺陷。由于超声脉冲波传播速度的快慢,与混凝土的密实程度有直接关系,对于原材料、配合比、龄期及测试距离一定的混凝土来说,声速高则混凝土密实,相反则混凝土不密实。当有空洞或裂缝存在时,便破
4、坏了混凝土的整体性,超声脉冲波只能绕过裂缝或空洞传播到接收换能器,因此传播路程增大,测得的声时必然偏长或声速降低。另外,由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率,脉冲波在混凝土中传播时,遇着蜂窝、空洞或裂缝等缺陷,便在缺陷界面发生反射和散射,声能被衰减,其中频率较高的成分衰减更快,因此接收信号的波幅明显降低,频率明显减小或者频率谱中高频成分明显减少。再者经缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差,叠加后互相干扰,致使接收信号的波形发生畸变。根据以上原理,可以利用混凝土声学参数测量值和相对变化综合分析、判别其缺陷的位置和范围,或者估算缺陷的尺寸。2超声波检
5、测混凝土缺陷的方法2.1平面测试2.1.1对测法当结构被测部位具有两对互相平行表面时,可采用一对厚度振动式换能器,分别在两对互相平行的收稿日期:2005-03-08作者简介:黄湘平(1964)),男,上海市人,上海宝钢工业检测公司工程师,主要研究方向为工程检测。陕西工学院学报第21卷[2]表面上进行对测。如图1所示,先在测区的两对平行表面上,分别画出间距为200~300mm的网络,并逐点编号,定出对应测点的位置,然后将T、R换能器经耦合剂分别置于对应测点上,逐点读取相应的声时(ti)、波幅(Ai)和频率(fi),并量取测试距离(li)。检测一般混凝土柱、梁等构件或钢管混凝土的内部
6、密实情况及混凝土匀质性都首先采用此方法。2.1.2斜测法图1对测法换能器布置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。T、R换能器可以分别布置在两个相邻表面进行丁角斜测,也可以分别布置在两个相对表面,沿垂直或水平方向斜线检测。检测混凝土梁、柱的施工接槎、修补加固混凝土结合质量和检测混凝土梁、柱的裂缝深度多采用此方法。2.1.3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
7、分析。为了缩短测试距离,提高检测灵敏度,可在结构适当的位置钻一个或多个平行于侧面的测孔;测孔的直径一般为38~45mm,测孔深度视检测需要而定。结构的侧面采用厚度振动式换能器,一般用黄油耦合,测孔中用径向振动式换能器,用清水作藕合剂。3检测数据处理及判断由于混凝土本身的不均匀性,即使是没有缺陷的混凝土,测得的声时、波幅等参数值也会在一定范围波动,更何况混凝土原材料品种、用量及混凝土的湿度和测距等都不同程度地影响到声学参数值;因此,不可能确定一个固定的临界指标作为判断缺陷的标准,一
