韓曉亮

(惠州市惠城區(qū)水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東 惠州 516001)

1 港口水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)微小裂縫超聲波檢測的必要性

1.1 超聲波檢測的含義

混凝土結(jié)構(gòu)微小裂縫超聲波檢測，是利用超聲波的特性，對混凝土結(jié)構(gòu)進行穿透檢測，屬于無損傷探測檢測技術(shù)，利用超聲波檢測設(shè)備的探頭向目標構(gòu)件借助耦合劑的作用發(fā)射超聲波，讓超聲波在混凝土的內(nèi)部進行反射和穿透，其中，結(jié)合不同的放射信號傳輸路徑的時間差，來進一步推測混凝土內(nèi)部構(gòu)件的缺陷問題，根據(jù)超聲波檢測設(shè)備的顯示屏中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合回波信號的高度、位置，可以判斷混凝土建筑結(jié)構(gòu)微小裂縫的程度、大小、位置、性質(zhì)等相關(guān)內(nèi)容。需要說明的是，超聲波檢測技術(shù)對于裂紋、未焊透或者未熔合的混凝土缺陷問題較為敏感，對氣孔、夾渣等相關(guān)問題不太敏感，另外超聲波檢測技術(shù)的直觀性較差，并且存在一定的誤判幾率，對于表面的缺陷問題檢測不夠敏感，通常被稱為檢測盲區(qū)。

1.2 超聲波檢測對于細小裂縫的重要性

通常，微小裂縫屬于肉眼無法查看的裂縫，而細小裂縫對于港口水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)的影響極為嚴重，一方面，港口水工建筑常年飽受海水的侵蝕，對于混凝土建筑來說，本身具有一定的腐蝕性，另一方面，當港口水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)微小裂縫的產(chǎn)生，為海水的侵蝕作用創(chuàng)造了必要的環(huán)境，而大多數(shù)微小裂縫屬于無法及時察覺的裂縫，利用超聲波檢測技術(shù)，可以實現(xiàn)對目標構(gòu)件內(nèi)部裂縫的及時發(fā)現(xiàn)，尤其是對混凝土內(nèi)部鋼筋等金屬核心構(gòu)件的檢測，微小裂縫的發(fā)生，會為海水或者雨天提供進入到建筑內(nèi)部的空隙，進而造成內(nèi)部鋼筋銹蝕的發(fā)生，不僅會影響到建筑的使用壽命，甚至嚴重時，還會造成更為致命的港口水工建筑的倒塌、塌陷、傾覆等災(zāi)難性事故，特別是防波堤與護岸等代表性建筑，常年遭受海水的侵蝕，會加劇建筑構(gòu)件內(nèi)部鋼筋的腐蝕程度，而微小裂縫的發(fā)生，正是造成后續(xù)災(zāi)難性事故的主要原因。

2 混凝土結(jié)構(gòu)微小裂縫超聲波檢測方法介紹

2.1 超聲波檢測方法的發(fā)展狀況

利用超聲波開展對港口水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)的檢測，是借助超聲波與建筑材料相互作用，并且以反射、投射、散射等相關(guān)內(nèi)容開展對應(yīng)研究，從而對建筑材料的微觀組織狀態(tài)、力學性能、材料缺陷等相關(guān)問題進行無損傷式的檢測，通常分為穿透法、共振法、脈沖反射法。其中脈沖反射法術(shù)屬于建筑材料缺陷檢測最為常見的方式，對材料缺陷，以振動頻率0.5-25Hz的短脈沖波及西寧發(fā)射檢測，當建筑構(gòu)件存在不同程度的抗組特性時，尤其是射入聲波與反射聲波存在不同程度的能量差距時，結(jié)合目標材料的密度、聲速、體積等相關(guān)參數(shù)，以及反射信號的幅度高低、可以對檢測目標的微小裂縫進行初步的判斷，其中測量射入波與反射波的時差，可以確定檢測構(gòu)件反射點與射入點的實際具體。另外由于港口水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)的種類較多，不同的類型的時間，不同檢測方向、檢測位置、不同材料性質(zhì)對應(yīng)的檢測條件以及檢測要求都存在一定的差異性，因此對應(yīng)的檢測波形有縱向波、橫波、瑞利波、蘭姆波和爬波。大部分的港口水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)的微小裂縫是工作人員肉眼無法察覺的問題，務(wù)必需要借助超聲波檢測技術(shù)，采用特定的檢測方式，結(jié)合對應(yīng)的掃描路徑、電子線路，從而得到混凝土構(gòu)件裂縫缺陷問題的形態(tài)曲線以及裂縫位置。另外超聲波檢測技術(shù)，是基于無損特征檢測方式的應(yīng)用技術(shù)，裂縫的形態(tài)與超聲波傳遞過程中的能量衰減具有極為密切的聯(lián)系，同時與材料裂縫的微觀組織的具體組成也存在一定的關(guān)聯(lián)性。超聲波檢測還能夠?qū)炷两ㄖ?gòu)件力學性能變化、材質(zhì)下降等問題進行檢測，其靈敏度較高。

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，對于混凝土結(jié)構(gòu)不同深度的裂縫檢測技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，迎來了新的蛻變，與傳統(tǒng)檢測方式的不同，新的檢測技術(shù)可以實現(xiàn)將更深的裂縫有效檢測，以相位變化法、橫波法和沖擊回波法為超聲波檢測技術(shù)的新型裂縫檢測方法。文章結(jié)合相位變化法、橫波法和沖擊回波法為主要檢測方式開展系統(tǒng)的研究，其中，檢測對象為碼頭設(shè)施建筑，采用三種檢測方式對碼頭設(shè)施建筑分別開展相應(yīng)的微小裂縫檢測。

2.2 相位變化法

相位變化法是借助，超聲波波檢測設(shè)備投射的檢測波可以實現(xiàn)對檢測目標物的擴散，進而產(chǎn)生聲波位移變化的檢測方式，其中當碼頭設(shè)施建筑沒有發(fā)生微小裂縫時，其聲波傳遞的路線屬于標準路徑，不會任何的位移變化，當聲波遇見微小裂縫時，會產(chǎn)生不同程度的位移變化，位移變化的程度與裂縫的大小、深度、位置、性質(zhì)等具有極為明顯的聯(lián)系。其中如圖1所示，當聲波穿過建筑設(shè)施時，初始波T發(fā)生不同程度的位移變化，當初始波T穿過金碼頭建筑物時，發(fā)生不同方向的折射，其中如(a)中顯示，沒有發(fā)生裂縫缺陷時，初始波T呈現(xiàn)單向波形，而當碼頭建筑物存在微小裂縫時，初始波T會發(fā)生位移變化，初始波T變?yōu)闇p弱波F，其折射方向存在較大的變化。根據(jù)波形的變化特征，如(b)所示，與(a)存在較大差距，當初始波T碰到其他板端時，其產(chǎn)生的波形為B1，與其有缺陷的波形存在明顯差別。通過對(a)(b)(c)三種波形進行判斷，從而進一步分析出碼頭建筑的缺陷問題。

圖1 相位變化法檢測碼頭建筑物不同情況下波形路徑及波形波動圖

相位變化法，不僅可以檢測出建筑物內(nèi)部是否存在不同程度的裂縫，還能根據(jù)相關(guān)計算公式探測到細小裂縫的深度。首先需要將檢測裝置中的能量檢測器放置于裂縫兩側(cè)，利用換能器以及裂縫的間距α進行分析。當檢測波的振幅發(fā)生180°的變化時，可以平移換能器，隨著α變化，存在一個可以讓首波出現(xiàn)位移變化的臨界點，在臨界點附近波形變化會極為敏感，同時在移動換能器后，首波振幅位移瞬間變化，其中在碼頭建筑物中的聲波的變化角度與建筑的材質(zhì)存在必然聯(lián)系，根據(jù)反轉(zhuǎn)臨界點以及材料特性進行分析，進而可以計算出裂縫深度d。

2.3 沖擊回波法

沖擊回波法，采用直射探頭將聲波垂直入射工件待檢測面進行檢測的方法，通常也被稱為縱波法，或者直射聲束法，當上部探頭對碼頭建筑進行檢測時，碼頭建筑物沒有裂縫缺陷時，那么超聲波顯示器只會顯示初始波T和底波B，如圖2中的(a)所示，進而可以發(fā)現(xiàn)初始波T和底波B僅僅是能量的損失關(guān)系，并且能量損失程度過小，當超聲波顯示器出初始波T和底波中出現(xiàn)F狀的波形，則可以證明出碼頭建筑物中存在微小裂縫，如圖中(b)中所示，當超聲波顯示器出初始波T和較大的F狀波形時，如圖中(c)中所示，則表明碼頭建筑存在較大的裂縫問題，需要對建筑物開展較大規(guī)模的維修作業(yè)。其中根據(jù)基頻共振公式h=c/2f得出裂縫距離碼頭建筑一邊的距離。其中h為厚度或者裂縫深度，c為混凝土中聲波的傳播速度，f為聲波頻率，單位為KHz，其中結(jié)合公式代表的各項系數(shù)，可以有效得出裂縫的具體深度[1]。該檢測方法的應(yīng)用，對于裂縫較深的建筑，起到明顯的檢測成效。

圖2 沖擊回波法檢測碼頭建筑物不同情況下波形路徑及波形波動圖

3 對于港口水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)微小裂縫聲波檢測方法的注意事項

3.1 提升檢測頻率

由于港口水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)微小裂縫存在一定的模糊性，聲波檢測方式的應(yīng)用，如圖3為例，現(xiàn)代聲波檢測儀并不能實現(xiàn)一次性檢測就能夠?qū)崿F(xiàn)對目標檢測物完全的檢測方式，因此需要在港口水工等相關(guān)建筑的檢測環(huán)境中，增加超聲波的檢測頻率，相關(guān)作業(yè)人員對檢測的目標物進行標記和區(qū)分，明確相應(yīng)的檢測任務(wù)，對于存在模糊性的建筑物，可以實行多次的檢測流程，一方面，超聲波檢測具有無損的檢測優(yōu)勢，對于建筑的結(jié)構(gòu)性能不會產(chǎn)生任何破壞效應(yīng)，另一個方面，超聲波檢測技術(shù)開展多次檢測后，可以實現(xiàn)更為精準的檢測結(jié)果，從而降低一次性檢測工作帶來的檢測漏洞，另外利用超聲波檢測工具時，相關(guān)的檢測次數(shù)、檢測位置要進行詳細的記錄，為后續(xù)的檢測方案提供相應(yīng)參考依據(jù)[2]。

圖3 混凝土構(gòu)件超聲波檢測儀

3.2 強化檢測流程

眾所周知，港口水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)的檢測，相應(yīng)的檢測流程以及檢測標準選用按照科學的要求開展相應(yīng)的檢測工作，作為檢測人員，應(yīng)該按照既定的規(guī)定開展檢測工作，不少工作人員為了應(yīng)付工作，對于檢測流程的相關(guān)步驟，采用跨越式檢測，尤其是檢測結(jié)果存在一致性時，會降低對于目標建筑的警惕心理，進而造成檢測方法的無效性，浪費了重要的檢測機會。任何一項既定的檢測流程，都是超聲波檢測法，根據(jù)大量的實驗經(jīng)驗得出，因此其中的每一項步驟和檢測流程，都是確保檢測結(jié)果有效性的重要保障，任何改變檢測路徑的行為，都會直接或者間接影響到檢測結(jié)果的真實性，從而造成超聲波檢測方法的形同虛設(shè)。

3.3 重視復檢的重要性

復檢，是基于對于已經(jīng)查明的港口水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)微小裂縫的檢測工作，一方面，需要確定裂縫的具體位置和數(shù)量，另一方面，需要借助復檢的操作流程，提升超聲波檢測方式的有效性，避免出現(xiàn)“烏龍”檢測結(jié)果的發(fā)生。復檢，可以確保檢測結(jié)果的有效性，從而為后續(xù)裂縫補救措施的應(yīng)用，提供重要的參考依據(jù)，為建筑物開展裂縫解決措施的開展提供數(shù)據(jù)支持和理論支持。

4 結(jié) 論

綜上所述，對于港口水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)微小裂縫超聲波檢測方式的研究，進行詳細的闡述和分析，以較為先進的檢測方式為核心，開展相關(guān)內(nèi)容的分析和研究，為超聲波檢測技術(shù)的發(fā)展，提供一定的支持和幫助。