超声波测试混凝土的基本方法.doc

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1、超声波测试混凝土的基本方法声波在均匀的固体介质中传播时，特别是在金属中定向传播过程中，实际上并没有什么衰减，而在金属与空气界面上则几乎全被反射回来。这就是利用声波来检测金属零部件均匀性和零件内是否有气孔、裂缝、铸造等缺陷的物理基础。而混凝土超声探测亦是根据这一原理来研究混凝土的结构形态。目前比较成功的方法有以下几种类型：（1）用超声波通过混凝土来判断混凝土内部结构的方法，叫透射法或穿透法；（2）用声波所产生的回波信号来研究混凝土内部结构及裂缝位置及波速叫反射法；（3）用声波的界面滑行波来研究岩体的下伏界面速度及界面位置的方法叫折射法；（4）用钻孔来了解混凝土内波速及

2、结构特征随深度的变化，称为孔中测定法。下面分别介绍各种方法工作的特点及使用条件．〔Ⅰ〕透射波（直达波）法：混凝土超声波透射法，是一种简单而效果又是最好的探测方法．采用透射法发收、换能器机－电，电－机转换效率高，因而在混凝土中的穿透能力相对较强，传播距离相对较长，可以扩大探测范围。透射波法可以获得较反射波法大几倍，较折射波法大几十倍的能量，因而波形单纯、清楚、干扰较小，初至清晰，各类波形易于辨认。透射波法要求发射探头和接受探头之间的距离必须能够准确丈量，否则计算出来的误差值较大，反而影响了测量的精度。当被测对象较破碎，或存在张裂缝时岩体对声波的衰减系数较大，以及做大距

3、离测试，可采用锤击法。这时接收仍可采用单片弯曲式换能器接收，其谐振频率以10千赫左右为宜。因为在混凝土上加板的激发频率主频约在数千赫。鉴于这时所测声时值较大，发射到接收的系统延时值在数微秒，可忽略，故不再计较t0的值。〔Ⅱ〕反射波（回波）法用发射、接收换能器检测混凝土质量。超声波在混凝土中传播时，所遇到的每个波阻抗面上，都将发生反射、透射现象，在有几个波阻抗面存在时，则在每个界面上都将发生反射和透射。这样我们在混凝土表面上可以观测到一系列依次到达的反射波如图1所示，为多层界面反射透射示意图。                         图1反射波的强度不仅与入射

4、波的强度有关外，而且决定界面的反射系数，即决定两种介质的声阻抗。声波在介质中传播过程中，由于波前的发散作用和凝滞及阻尼等吸收作用，波内稀疏部分与压缩部分中间之热传导及辐射，以及反射波形成过程中都会使入射波的振幅随着传播的距离增加而迅速衰减，在均匀同性介质中，振幅随距离按指数规律衰减。在各向异性介质中,振幅一方面要随距离衰减外，而且随着节理、层理、界面曲率、混凝土结构的破碎程度、裂缝的宽度和长度及与波传播的方向等因素有关，无一定规律的衰减，在计算时，这要看诸影响因素中起主导作用的是什么，抓住主要矛盾，再考虑其它因素。混凝土不均匀或者由界面破碎等波阻抗面的不同所造成的反

5、射波，当波阻抗面距离小于波形振动的延续面时，则往往造成两个波形振动带的干涉使之产生叠加，反射波多层薄层分辩率最好的位置是在发射探头附近，发射和接收探头距离过大，则往往使之浅层反射波振动带来严重干扰下层的反射波，这时超声波形图将是及其复杂而无法分辨的。因此，在应用反射法时应注意以下几个问题：①接收探头应尽量靠近发射探头，因为这时波具有稳定的强度和一致的波形，这使得反射波容易追踪。②在发射探头附近的测区内，反射波法可以分辨界面相距较近的反射波。并且干扰最小。③观测点距离发射探头不远时，反射波射线在方向上接近于反射面的法线。因此上部混凝土中间分界面上折射的影响大大减少，这

6、样就便于认识波形和提高解释的精度。〔Ⅲ〕折射法适用于表层混凝土有损伤〔Ⅳ〕需要预先埋管或钻孔混凝土声波检测的实例⒈混凝土试件的超声波波速测试⑴确定换能器的频率，换能器选择的主要指标是频率，以及由频率计算出的波长λ应满足小于混凝土样横向垂直声线方向尺寸Ｄ的２倍，考虑到接收信号的主频率会低于发射频率，因此要求Ｄ≥（2~5）λ，同时要求λ≥ｄ（ｄ为混凝土平均粒径）。反过来确定换能器的频率ｆ＝Ｖ/λ，ｆ＝（2～5）Ｖ/Ｄ。混凝土样品的测试，在声速可以穿透的情况下尽量选用频率高一些的换能器，因为这时会有好的指向性。例如45kHｚ的纵波换能器，在声速为4000ｍ/s的混凝土中，

7、其波长λ＝0.09m，而混凝土试块的尺寸为0.15m×0.15m，即波长λ不满足小于混凝土样横向垂直声线方向尺寸Ｄ的２倍这个条件，需要进一步提高换能器的频率。此外，为保证换能器是良好的，有一定的电声和声电转换效率，其收发传输效率大于95%。⑵系统的校零。在测试之前，必须测试发射换能器、电路、接收换能器的系统延时值ｔ0，故每更换一次换能器需重复此项工作一次。ｔ0的测试方法最简单的是对接法，即将收发换能器的辐射面间加黄油或凡士林作为偶合剂，并相互紧贴，将发射能量调到最小，读取这时的声时，即为ｔ0。此外尚有标准棒法，即一个一定长度的铝棒或有机玻璃棒(试验中心现有的标准