黃義柱

（廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司）

0 前言

混凝土超聲檢測技術(shù)始于上世紀(jì)40 年代后期。由于該項(xiàng)技術(shù)具有用途廣泛、探測距離大、完全不破壞結(jié)構(gòu)物等優(yōu)點(diǎn)，迅速在國內(nèi)外普及推廣，成為應(yīng)用最廣泛的混凝土無破損檢測方法。大型混凝土構(gòu)件投資成本大、建設(shè)周期長，當(dāng)其表面出現(xiàn)裂縫時，裂縫的深度、成因及發(fā)展趨勢成為關(guān)注的焦點(diǎn)。超聲波平測法是一種較為成熟的淺裂縫檢測方法，通過對裂縫的不同發(fā)育時期進(jìn)行多次檢測，探討了超聲波平測法在檢測裂縫的深度、成因及發(fā)展趨勢中的應(yīng)用。

1 基本原理

聲波是物體機(jī)械振動時迫使周圍介質(zhì)發(fā)生振動并使振動向外傳播而形成的一種波動。超聲波在均勻混凝土中傳播時，途經(jīng)相等的距離所需的聲時相等，當(dāng)發(fā)射與接收換能器間的混凝土存在裂縫時，聲波繞過裂縫末端傳播，所需聲時增大，且聲時的大小與裂縫的深度相關(guān)，因此，通過聲時的測定，即可推定兩換能器間所存在裂縫的深度。

2 檢測方法

根據(jù)中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》(CECS21-2000)，當(dāng)裂縫深度在500mm 以內(nèi)，可以用表面平測法進(jìn)行測定。

⑴測試原理

如圖1，A 為發(fā)射換能器，B、D 為接收換能器，A、B 位于裂縫兩側(cè)等距，D 位于A 另一側(cè)，并滿足DA 間距等于BA 間距，為l。根據(jù)最短路徑法射線追蹤方法，A 發(fā)射超聲波沿AD 方向傳播直接到達(dá)接收器D，所需時間t0；A發(fā)射超聲波沿AB 方向傳播不能直接到達(dá)接收器B，需要繞過裂縫由AC、CB 到達(dá)B，所需時間t。根據(jù)三角形邊長關(guān)系可得到裂縫深度h 為：

圖1 平測法測裂縫

⑵測試步驟

圖2 平測法測量裂縫深度

圖3 時距圖

計(jì)算不同測距下的裂縫深度平均值h%，選擇li∈［h%，3h%］，再計(jì)算裂縫深度的平均值作為裂縫深度的最終結(jié)果。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

廣州市某大道K4+194 框架橋中孔框架為混凝土預(yù)制件，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級為C35，于2018 年3 月底頂進(jìn)到位，6 月下旬立墻的多個墻面開始出現(xiàn)非貫通性裂縫，共發(fā)現(xiàn)12 條。受業(yè)主委托，我們分別對其中適合超聲法應(yīng)用的9 條裂縫進(jìn)行了檢測，目的是測定裂縫的深度并跟蹤裂縫的發(fā)展趨勢，為設(shè)計(jì)及監(jiān)理部門提供分析裂縫成因的依據(jù)乃至該構(gòu)件去留的決策依據(jù)。受檢的9條裂縫分別編號為：AB、CD、EF、…、OP，本文以較具代表性的EF 為例，工作布置見圖4。

圖4 工作布置示意圖

3.2 數(shù)據(jù)采集及處理

本例檢測采用淺裂縫平測法，步驟是在裂縫的被測部位以200mm、300mm、400mm、500mm、600mm 的測距布置跨縫與不跨縫測線進(jìn)行聲時測量，測距取兩換能器的內(nèi)邊緣間距，測線則以300～500mm 的不等間距在裂縫上均勻分布，并盡量避開水泥浮漿及混凝土表面缺陷。三次檢測均在相同測線、測點(diǎn)上進(jìn)行，保持了測線、測點(diǎn)的一致性。

檢測儀器采用武漢巖海工程技術(shù)開發(fā)公司生產(chǎn)的RS-ST01C 一體化數(shù)字超聲儀（586 工業(yè)級電腦芯片、16MB 內(nèi)置式電子硬盤、彩色液晶屏、聲時測讀精度±0.1μs、10 ～1000μs 的可調(diào)發(fā)射寬度、采樣間隔0.1μs～1638.3μs），50K 徑向換能器等。

3.3 成果分析

各測線的裂縫深度由儀器自動計(jì)算。第一次檢測9條被檢裂縫的最大深度為380mm，第二次檢測最大深度為428mm，第三次檢測最大深度為455mm、裂縫平均深度為380mm，符合《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》中對平測法檢測裂縫最大深度不得大于500mm 的規(guī)定。第二次檢測與第一次時間間隔148 天，裂縫加深2～250mm，平均變化梯度為0.69mm/天；第三次檢測與第二次時間間隔213 天，裂縫加深2～120mm，平均變化梯度為0.16mm/天，裂縫加深整體上有明顯變緩的趨勢。其中EF 裂縫深度及變化梯度結(jié)果見表1 及圖5。

表1 EF 裂縫深度及變化梯度

分析圖5 三次測定的裂縫深度分布曲線，有如下變化規(guī)律：裂縫發(fā)育的早期，較深的裂縫主要集中在立墻的底部；后期底部深裂縫的發(fā)育趨緩，中部及頂部裂縫的發(fā)育速度明顯大于底部，裂縫深度趨于均勻化，最終趨于穩(wěn)定。以上結(jié)果說明，裂縫的發(fā)育始于立墻的底部，由底部向上逐步發(fā)展而成。

圖5 EF 裂縫推定深度剖面圖

4 結(jié)束語

利用超聲波平測法檢測混凝土構(gòu)件中的裂縫深度和對裂縫發(fā)展趨勢進(jìn)行跟蹤是一種比較方便準(zhǔn)確、動態(tài)直觀的檢測方法。工程實(shí)例中的檢測結(jié)果，為設(shè)計(jì)及監(jiān)理方提供了分析裂縫成因的依據(jù)，其裂縫發(fā)育趨于穩(wěn)定的結(jié)論最終避免了施工方的重大損失。