混凝土内部缺陷采用超声法检测的探讨

混凝土内部缺陷采用超声法检测的探讨

何伟

何伟

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摘要：超声法检测混凝土内部缺陷在我国工程界已得到广泛的应用，本文着重介绍利用超声法检测混凝土内部不密实区及孔洞，并钻取混凝土小芯样或局部剔凿进行比对验证的工程应用实例。归纳总结利用超声法检测混凝土的工程经验。

关键词：混凝土；内部缺陷；超声法检测

在混凝土结构的施工过程中，由于施工管理不善或受使用环境和自然灾害的影响，其内部可能存在不密实或空洞，其表面形成蜂窝、麻面、裂缝等表面缺陷。这些混凝土内部和表面缺陷的存在将会不同程度的影响结构的承载力和耐久性。如何采用超声法进行有效的检测混凝土缺陷，以便进行技术处理，乃是工程界普遍关心的问题。

一、超声法检测混凝土缺陷原理及影响因素

混凝土为非匀质材料，对超声脉冲波的吸收、散射衰减较大，其中的高频成分更容易衰减，因此超声波检测混凝土缺陷一般采用较低的发射频率。当混凝土的组成材料、工艺条件、内部质量及测试距离一定时，其超声传播速度、首波幅度和接收信号主频等声学参数一般无明显差异。但是如果混凝土内部存在空洞、不密实或裂缝等缺陷，则破坏了混凝土内部的整体性，与没有内部缺陷的混凝土相比，测得的声时值则会偏大，波幅和频率降低。因此通过对同条件下的混凝土进行声速、波幅和主频测量值的比较，从而判定混凝土内部的缺陷情况。

二、超声检测混凝土缺陷的影响因素

1、构件形状、尺寸及检测点之间的距离

因超声波在传播过程中，指向性差，由发射换能器进入混凝土内的超声波实际上是以换能器为半径的球面波，同时由于混凝土中众多的界面，会导致超声波复杂的反射和折射，彼此相互干扰和叠加，造成很大的漫射声能，因此构件的形状及截面尺寸对超声波的传播有一定影响。同时超声波在传播过程中衰减较大，在检测过程中，发射端和接收端之间距离过大会降低接受信号的强度，抗散射和衍射波的干扰能力变差，因此会降低检测的准确性。

2、混凝土

混凝土的水泥种类、水灰比、骨料级配、抗压强度等均会影响到超声波在混凝土中的传播速度。一般情况下，声速随水灰比的降低，抗压强度的增高而变快。

3、混凝土中的钢筋配制

因超声波在钢筋中的传播速度要高于混凝土中的传播速度，因此混凝土中的钢筋配制会影响到超声波在混凝土中的传播。超声波速随着平行于检测连线的钢筋配筋率的增加而变快。

三、基本方法

当超声法检测混凝土内部缺陷时，应该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等条件，选用不同的测试方法。以下主要介绍一下采用厚度振动式换能器的平面检测方法：

1）对测法：当混凝土被测部位能提供两对或一对相互平行的测试表面时，可采用对测法检测。检测时，将一对发射（T）、接收（R）换能器分别耦合于被测构件相互平行的两个表面，两个换能器的轴线始终位于同一直线上，依次逐点测读其声时、波幅和主频率等声学参数。例如检测一般混凝土柱、梁等构件或钢管混凝土的内部密实情况混凝土的匀质性时，应该采用对测法。

2）斜测法：当混凝土被测部位能提供两个相对或相邻测试表面时，可采用斜测法检测。检测时，将一对发射（T）、接收（R）换能器分别耦合于被测构件的两个表面，两个换能器的轴线不在同一直线上。T、R换能器可以分别布置在两个相邻表面进行丁（？）角斜测，也可以分别布置在两个相对表面，沿垂直或水平方向斜线检测。例如检测混凝土梁、柱的施工接槎、新旧混凝土的结合面质量和检测混凝土构件裂缝深度时多采用这种方法。

3）平测法：当混凝土被测部位只能提供一个测试表面时，可采用平测法检测。检测时，将一对发射（T）、接收（R）换能器分别耦合于被测构件的同一个表面，可以用相同测距或逐点递增测距的方法进行检测。例如检测混凝土构件裂缝深度和混凝土表面损伤层厚度时多采用这种方法。

四、注意事项

1）在固定波幅下进行声时测读：在检测时，应将仪器首波幅度调整到一定高度再进行声时测读。因为有无缺陷的混凝土波幅差异较大，且在同一测试条件下声时测读值随着首波幅度降低而增大，所以为了使声时测值具有可比性，各测点都应将首波波幅调整到一定高度再进行声时测读。

2）在保持最佳耦合状态下进行声时测读：在检测时，应反复移动换能器至首波幅度达到最高再进行读数。当出现移动换能器，波幅降低的情况时，应检查测点表面是否平整或耦合层中是否垫有砂砾等脏物，待排除干扰后再进行波幅测读。因为检测时换能器的耦合状态是否良好对波幅测量值影响很大，所以检测时，应尽量保证换能器的耦合状态良好。

3）在保持首波不畸变及前三个波不截幅的条件下测量主频率：模拟式混凝土超声仪是通过测量首波周期或半周期来计算频率值，如果首波发生畸变，测试结果误差较大。智能式混凝土超声仪一般是采用前三个波进行频率值判读，如果这些波被截幅，频率值判读结果将会产生较大误差。所以检测时，应在保持首波不畸变及前三个波不截幅的条件下测量主频率，以确保检测的准确性。

五、超声法检测混凝土缺陷工程实例

某工业建筑的设备基础采用现浇混凝土结构，由梁类构件和柱类构件组成。该设备在运转过程中振动过大，超过其设计指标，因此为了解该设备基础是否因此而产生内部损伤，需对其内部质量进行检测。采用直穿法与斜传法相结合的测量方法对该建筑的设备基础梁和柱进行了检测。梁、柱截面及钢筋配制形式见图1，超声检测结果见表1。梁宽1.2m，柱截面尺寸为1.2m×1.2m，测距均为1.2m。由表1可以看出，混凝土柱的声速大于混凝土梁的声速值，且标准差与声速的比值更小，表明超声波在混凝土柱中的传播较混凝土梁更为快速、稳定。柱未发现异常点，梁存在一个异常点，经现场在出现异常点部位钻取混凝土芯样，未发现其内部存在明显缺陷，由此我们判断其内部质量良好。

检测结果分析：

从以下几个方面分析其声速值存在较大差异的原因。

1.检测条件

在检测过程中，检测仪器均处于正常状态，采样过程中超声脉冲波的发射频率均固定在一相同值，超声波型未发现异常情况。其次检查了两个构件表面质量，检测位置均未发现蜂窝麻面等表面缺陷。检测时，均很好的保证了收发探头与构件表面紧密的粘结在一起，传感器与构件表面之间耦合良好，排除了因检测条件不同造成的声速差异较大的可能。

2．混凝土强度

被测梁柱设计混凝土强度等级均为C25，采用同一批混凝土浇筑。现场采用回弹法、钻芯修正法对其构件混凝土强度进行了检测，检测结果为梁混凝土强度推定值26.0MPa，柱混凝土强度25.4MPa，由此判断混凝土强度的差别不是造成此次声速值差别较大的原因。

3.构件的钢筋配制

经查阅图纸，被测梁截面尺寸1.2m×3m，柱截面尺寸为1.2m×1.2m，钢筋配制示意图见图1。现场使用钢筋扫描仪对其钢筋配制进行了检测，实测钢筋配置与设计相符。由于测点布置在垂直构件截面宽度方向上的两个平行侧面上，根据梁、柱的钢筋配制截面示意图，可发现柱的附加箍筋走向与超声波的传播方向平行，且柱沿宽度方向配置的附加箍筋较梁的密集，该种现象很容易引起超声波在混凝土柱中传播时，声波大部分能量是沿柱中附加箍筋传导到超声仪的接收探头处。根据超声波在钢筋中的传播速度约为混凝土中的传播速度的1.2—1.9倍。因此可判定混凝土柱中的声速值较混凝土梁中的声速值大，是由于柱中的与声波传播方向平行的附加箍筋所引起。

结语

根据这一工程实例看出，当采用超声法检测钢筋混凝土构件混凝土内部缺陷时，如果构件中走向与声波传播方向平行的钢筋布置的较密集时，钢筋对声速值的影响很大，在检测工作中应加以注意。

参考文献：

[1]刘海。钻孔灌注桩桩底后压浆技术[J].科学大众，2011，（02）

[2]高海燕。从低应变检测结果分析扬州地区基桩常见质量问题[J].扬州职业大学学报，2011，（01）