【摘 要】目前超聲波技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種工程的質(zhì)量檢測(cè)上。超聲波檢測(cè)是混凝土非破損檢測(cè)技術(shù)中的一個(gè)重要方面，特別是在檢測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷與勻質(zhì)性等方面非常有效。闡述超聲波檢測(cè)混凝土裂縫的原理與意義，介紹該方法涉及的主要聲學(xué)參數(shù)和常用方法，并討論超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】超聲波檢測(cè)；混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；工程質(zhì)量

混凝土結(jié)構(gòu)由于各種原因普遍存在裂縫。裂縫的出現(xiàn)會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，同時(shí)也會(huì)引起鋼筋的銹蝕和混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此，要對(duì)裂縫制定合理的檢測(cè)方案，判定裂縫的性質(zhì)，確定裂縫的危害性及制定相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

應(yīng)用超聲波檢測(cè)混凝土裂縫是重要的混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)方法之一。超聲波檢測(cè)是20 世紀(jì)60 年代發(fā)展起來(lái)的一種非破損性檢測(cè)，其利用超聲波傳播速度及回彈值同混凝土抗壓強(qiáng)度之間的相互聯(lián)系來(lái)反映混凝土的抗壓強(qiáng)度，并且可以利用超聲波在混凝土中傳播的時(shí)間（聲時(shí)）和波幅值、頻率值的變化來(lái)計(jì)算裂縫深度、確定內(nèi)部裂縫的位置。該方法具有操作簡(jiǎn)單、快捷準(zhǔn)確、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，在混凝土工程中得到廣泛的應(yīng)用。

1 超聲波單面平測(cè)法檢測(cè)原理和方法

1.1 超聲波單面平測(cè)法檢測(cè)基本原理

將電—聲換能器接觸在混凝土表面，由發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波被接收換能器接收，超聲波在混凝土中遇到裂縫時(shí)將產(chǎn)生繞射、反射和衰減。根據(jù)聲時(shí)、波幅等參數(shù)變化，通過(guò)回歸分析，由此判別和計(jì)算裂縫深度大小。

1.2 超聲波單面平測(cè)檢測(cè)方法

當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫部位有一個(gè)可測(cè)表面估計(jì)裂縫深度又不大于500 mm 時(shí)，可采用單面平測(cè)法。平測(cè)時(shí)應(yīng)在裂縫的被測(cè)部位以不同的測(cè)距按跨縫和不跨縫布置測(cè)點(diǎn)，布置測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)用鋼筋混凝土雷達(dá)定位儀確定裂縫檢測(cè)區(qū)域的鋼筋位置，避開鋼筋的影響進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)步驟如下：

1）將T，R 換能器置于裂縫附近同一側(cè)，分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)換能器內(nèi)邊緣間距l(xiāng)i '= 100 mm， 150 mm， 200 mm， 250 mm……的聲時(shí)值ti。由于超聲波的實(shí)際傳輸距離要大于兩個(gè)換能器內(nèi)邊緣間距，并且很難直接確定，為了求取的超聲波傳播聲速值誤差最小，應(yīng)采用最小二乘方法來(lái)做線性回歸，以便確定較為精確的超聲波實(shí)際傳輸li距離以及不跨縫時(shí)混凝土中的超聲波傳播聲速值，見圖1。線性回歸方程如下：

li = vti + a （1）

其中，v 為回歸系數(shù)，即為不跨縫時(shí)混凝土中的聲速值，km/s； a為回歸常數(shù)。

2）將T，R 換能器置于以裂縫為軸線的對(duì)稱兩側(cè)（ 見圖2） 。兩換能器中心連線垂直于裂縫走向，以li ' = 100 mm，150 mm，200 mm， 250 mm， 300 mm 分別讀取聲時(shí)值，同時(shí)觀察首波相位的變化。

3）各測(cè)點(diǎn)裂縫深度計(jì)算值按式（2）計(jì)算。

（2）

測(cè)試部位裂縫深度的平均值按式（ 3） 計(jì)算。

其中，hci為裂縫深度； l 為超聲測(cè)距； ti為不跨縫測(cè)量的混凝土聲時(shí)； 為跨縫測(cè)量的混凝土聲時(shí)； v 為不跨縫測(cè)量的混凝土聲速。

1.3 裂縫深度的確定方法

1）三點(diǎn)平均值法： 在跨縫測(cè)試發(fā)現(xiàn)首波反相時(shí)，用該測(cè)距與其兩個(gè)相鄰測(cè)距的聲時(shí)測(cè)量值分別計(jì)算hci，取三點(diǎn)hci的平均值作為該裂縫的深度hc。

2）平均值加剔除法：當(dāng)跨縫測(cè)量難以發(fā)現(xiàn)首波反相時(shí)，可先求出各測(cè)距計(jì)算深度（hci）的平均值（mhc）。再將各測(cè)距l(xiāng)i '與mhc相比較，若測(cè)距l(xiāng)i '＜mhc和li '＞3mhc，則剔除hci，取余下hci的平均值作為該裂縫深度hc。

2 超聲波檢測(cè)的主要聲學(xué)參數(shù)

超聲波在混凝土中的傳播速度不僅與混凝土的彈性性質(zhì)有關(guān)， 還與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成成分關(guān)系密切?；炷脸暀z測(cè)目前主要是采用“穿透法”，即用一發(fā)射換能器重復(fù)發(fā)射超聲脈沖波，讓超聲波在所檢測(cè)的混凝土中傳播，然后由接收換能器接收，被接收到的超聲波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后經(jīng)過(guò)超聲儀放大顯示于屏幕上，用超聲儀測(cè)量接收到的超聲波信號(hào)的聲學(xué)參數(shù)。目前，在混凝土檢測(cè)中常用的聲學(xué)參數(shù)有聲速（波速）、振幅、頻率以及波形。

3 超聲波檢測(cè)混凝土裂縫的常用方法

對(duì)混凝土淺裂縫深度50 cm 以下的超聲波檢測(cè)主要有tc—t0法和英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS-4408 法（如圖3 所示）。BS-4408 法是以二換能器的邊到邊計(jì)算，tc－t0法是以二換能器的中到中計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

在制作混凝土?xí)r，由于振搗不均勻會(huì)大大降低混凝土的強(qiáng)度，從而引起工程的隱患。初步的研究結(jié)果表明，用超聲波對(duì)混凝土材料進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)是一種非常有潛力的檢測(cè)手段，有良好的發(fā)展空間。可以利用超聲波法來(lái)檢測(cè)混凝土試塊在振搗后是否均勻，這樣便保證了混凝土的質(zhì)量， 彌補(bǔ)了制作過(guò)程中的漏洞，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)工程的可靠性，避免出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。由于混凝土的組成成分非常復(fù)雜，在成型過(guò)程中受到多種因素的影響，所以對(duì)超聲波在混凝土中的傳播理論還需深入研究，以使超聲波檢測(cè)混凝土缺陷的技術(shù)得到完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]張可佳.對(duì)混凝土樁基礎(chǔ)超聲波檢測(cè)方法的討論[J].能源與節(jié)能，2011（11）：

[2]武劍.混凝土無(wú)損檢測(cè)方法述評(píng)[J].河北水利，2010（4）：36-37.

[3]曾運(yùn)平，敖衛(wèi)，薛帆.超高層建筑矩形鋼管混凝土柱超聲波檢測(cè)技術(shù)[J].施工技術(shù)：下半月，2011（11）：76-78.

[4]方永浩，賈麗麗，戴玭，等.環(huán)形鋼筋混凝土電桿裂縫深度的超聲波檢測(cè)[J].水利水電科技進(jìn)展，2011（3）：88-91.