浅议基于超声波技术混凝土无损检测技术

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1、浅议基于超声波技术混凝土无损检测技术　　摘要：混凝土是世界上使用量最大、最为广泛的工程材料。近年来混凝土结构的研发与创新，新材料，新技术的开发，创造了许多重大重点工程。采用超声波检测混凝土强度和缺陷，是在不影响结构或构件受力性能或其他功能的前提下，直接进行检测并推定。混凝土无损检测技术具有直接、快速、灵活等优点，已得到了广泛的应用。关键词：超声波技术、无损检测、混凝土强度中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：1前言混凝土是当代建筑工程中最主要的结构材料之一，它的质量直接关系到建筑结构的安全性和耐久性，也是关系国家建设

2、和社会经济发展的大事，与广大民众的工作生活息息相关。混凝土质量超声检测技术是建筑工程无损检测技术领域中的重要方面。超声波技术用于混凝土质量检测的历史虽然不如金属超声探伤长，但因工程建设的需求，发展速度相当迅速。2混凝土无损检测技术概念8混凝土无损检测技术的定义是在不破坏结构构件的条件下，直接从结构物上进行测试或局部采用钻芯的方式来推定混凝土强度及判断缺陷的一门技术。混凝土无损检测的方法主要有回弹法、超声法、超声回弹综合法、雷达法、冲击回波法、红外成像法、钻芯法、拔出法及超声波CT法等，其中钻芯法和拔出法属局部破损或半破损检

3、测方法。3超声波检测混凝土的优缺点声波的指向性比较好，其频率越高，指向性越好。超声波传播能量大，对各种材料的穿透力较强。超声波的声速、衰减、阻抗和散射等特性，为超声波的应用提供了丰富的信息。超声检测具有适应性强、检测灵敏度高、对人体无害、设备轻巧、成本低廉，可即时得到探伤结果，适合在实验室及野外等各种环境下工作，并能对正在运行的装置和设备实行在线检查。超声法检测过程无损于材料、结构的组织和使用性能；直接在构筑物上测试并推定其实际的强度；重复或复核检测方便，重复性良好；超声法具有检测混凝土质地均匀性的功能，有利于测强测缺的结

4、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。8应用超声来进行无损检测也有其相应的缺点。对于平面状的缺陷，例如裂纹，只要波束与裂纹平面垂直，就可以获得很高的缺陷回波信号。但是对于球面状的缺陷，例如空洞，假如空洞不是很大或分布不是较密集的话，就难以得到足够的回波信号或是其时间变化不明显；另外，对于各向非同性的材料，例如混凝土，相应会存在材料的离析，使得材料密度不均匀，这使得人们把离析误判为是内部的空洞而导致决策上的失误；对于表面缺陷的检测，超声波法的灵敏度要低得多，但超声无损检测方法可以较为精确的确

5、定混凝土表面的裂缝深度。4超声波检测混凝土强度基本原理采用超声波检测混凝土强度，其主要是依据超声纵波的传播速度和衰减系数。由发射换能器产生的超声脉冲波，通过耦合层进入混凝土，通过耦合层进入混凝土，经过复杂（折射、反射、散射或绕射）的传播过程，到达接收换能器R，仪器接收到得超声波信号携带着混凝土的密实情况、动弹特性等质量信息。可将混凝土分为两个组成部分：一是由粗骨料组成的惰性部分；二是活性部分，即其中含有水分、微孔隙及微裂缝的水泥砂浆。假设混凝土试件的超声测距为l，混凝土声速为v，粗骨料声速为va，水泥砂浆声速为vm，则两个

6、组成部分构成混凝土试件，得到公式V=lvavm/(vmla+valm)（3-1）式中la——超声波在粗骨料中的传播距离；lm——超声波在砂浆中的传播距离。8当混凝土试件的粗骨料品质及用量固定且超声测距一定时。（3-1）中的l、va、la、lm均为固定值，混凝土声速v只随砂浆声速vm变化。一般认为混凝土强度主要取决于水泥砂浆的强度及其与粗骨料之间的黏结力，而砂浆声速又随其强度提高而增大。因此，混凝土的超声传播与其强度之间存在密切关系。国内外大量学者通过大量试验研究，用立方体标准试件抗压强度与超声传播速度建立了相关性十分良好地

7、拟合曲线，我国采用（幂函数型）fccu=avb或（指函数型）fccu=aebv式中v——混凝土声速；fccu——混凝土换算强度；Ed——动力弹性模量；a、b、c——系数.5超声波用于检测混凝土缺陷技术方面的体现5.1混凝土缺陷的超声波检测系统混凝土的缺陷是指因技术管理不善和施工疏忽，造成结构混凝土内部存在空洞、局部疏松、夹杂物、颈缩、施工缝，或由于工艺违章、配料错误造成的低强度区;严重的分离离析造成组织构造的不均匀性;使用过程产生裂隙以及化学侵蚀、冻害的损坏层等。混凝土缺陷的超声波检测系统如图1所示。图1混凝土缺陷的超声波

8、检测系统5.2超声波检测混凝土缺陷基本方法超8声法检测混凝土缺陷，一般是根据构件或结构的几何形状、所处环境、尺寸大小以及所能提供的测试表面条件，选择不同的测试方法。常用的有平面检测（采用厚度振动式换能器）、钻孔或预埋管检测（采用径向振动式换能器）、混合检测（采用一个平面振动式和一个径向振动式换能器）。5