混凝土检测中超声波的应用研究

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摘 要：为`保障混凝土内部结构的质量性能，采取超声波检测的方法，准确发现混凝土中潜在的问题，因此，本文通过对超声波检测进行研究，分析其在混凝土中的应用。

关键词：混凝土；检测；超声波

超声波在混凝土结构应用中，既可以检测混凝土的强度，保持95%以上的合格率，又可以检测出混凝土的缺陷，体现混凝土结构的完整性。超声波检测主要是利用声学参量，根据混凝土结构表现出的力学性质，提供全面的检测方法。通过分析超声波脉冲的传播方式，明确的得出混凝土结构的内部状态，进而判断混凝土结构内部是否存在异常，解决混凝土中潜在的问题。

一、混凝土检测中的超声波分析

超声波在混凝土检测中，主要应用在内部缺陷和强度两个方面，可以明确检测出混凝土的基本状态，体现了超声波检测的准确性。

1、混凝土强度检测中的超声回弹综合法

超声回弹综合法是以超声波检测为基础，引进回弹法理论，共同完成混凝土的强度检测[1]。混凝土材料与强度存在直接的关系，而超声回弹利用了此种关系，反馈混凝土的强度状况。超声检测和回弹法在混凝土强度检测中都存在偏重性，将两者结合后可以描述出混凝土强度的变化性质，形成一种反应混凝土强度的特征，有效检测混凝土结构的内部强度。

2、混凝土结构缺陷中的超声波检测

观察或检测混凝土结构的表面，很难发现内部结构中的缺陷，如：空洞、裂缝等，导致混凝土结构潜在应用病害，不利于混凝土结构的稳定。混凝土内部缺陷大多是由施工引起的，特别是施工工艺欠缺或不足，都会干扰混凝土的内部结构。混凝土结构缺陷的隐蔽性强，其可在混凝土内部存在较长的时间，形成缓慢的腐蚀或干预，直接降低混凝土结构的稳定性[2]。超声波检测在混凝土内部遇到缺陷时，脉冲波形会发生明显的改变，如下图1和图2，是超声波在正常混凝土和缺陷混凝土中的表现。

图1 正常混凝土内超声波的波形

图2 缺陷混凝土内超声波的波形

2.1 空洞缺陷检测

超声波对混凝土检测不存在任何损伤，其在检测混凝土空洞时主要利用了脉冲声速法。脉冲信号穿过混凝土内部的结构时，如果声速遇到混凝土空洞或不密实的部分，会与正常声速不同，根据脉冲信号的声波特性，可以检测出混凝土潜在空洞的结构段，由此记录声波特性，找准混凝土的空洞部分。

2.2 裂缝缺陷检测

混凝土裂缝是最为常见的一类病害，不仅影响混凝土结构的性能，更是增加混凝土的安全风险。超声脉冲法在裂缝缺陷检测中，可以检测出走向和深度。例如：某混凝土结构的裂缝<500mm，超声波检测时采取单面平测的方式，各个测点的位置尽量避开混凝土内部的钢筋，以免干预钢筋的质量性能，着重分析超声检测中的跨缝测量，超声脉冲发射后，当首波发生反相时，结合测点数据计算出hci，取平均值确定裂缝深度，也有超声波检测混凝土裂缝时不出现首波反相的情况，此时需要选定n点，以此作为测量点，得出准确的测量数据。

二、混凝土超声波检测异常的评价方式

比较常用的评价方式是数理统计概率法，其可区分混凝土的正常变化和异常忙完。

1、数理统计概率法

混凝土结构中存在正常的变化区间，如果性能指标超出变化区间，表示混凝土结构内出现异常。超声波能够检测到混凝土异常，同时利用数理统计概率法分析异常表现[3]。超声波在混凝土异常部分的变化较大，针对混凝土整体结构采取抽样检测的方式，利用数理统计概率法汇总并整理超声波检测的数据，计算标准差、平均数据后，判断混凝土发生异常的区域。

2、异常评价准则

数理统计概率法在混凝土超声检测中的应用，必须遵循相关的准确，其中最重要的准则是测量点的数量>20，由此才能确保数理统计的概率高于95%。

3、确定异常位置

结合数理统计概率法的结果和混凝土的实际情况，规划出混凝土缺陷的大概位置，既要绘制数理统计概率法的测点位置，又要表示勾画出异常缺陷，以便分析混凝土的质量。

三、超声波在混凝土检测中的实例

超声波检测在混凝土结构内比较常用，以钢管混凝土结构和桩基混凝土结构为例，分析超声波的具体应用，如下：

1、超声波在钢管混凝土中的应用

钢管混凝土问题的检测难度高，为保障检测的准确度，需采取超声波检测的方式[4]。假定某钢管混凝土结构中，钢管的外直径=D，厚度=d，超声波经过钢管内壁、混凝土、缝隙的时间分别是t1、t2、t3，声波速度=v’1、v’2、v’3，超声波经过钢管混凝土的时间T和X为未知量，其余已知，则计算方式如下：

T= + +

推论钢管与混凝土之间的裂缝宽度为：

X=

经多次计算证明，钢管与混凝土之间确实存在缝隙，计算数据决定了缝隙的大小，而实际钢管与混凝土之前的缝隙是无法避免的，还要借助超声波的波形图，确保已出现缝隙对钢管混凝土的危害性。

2、超声波在桩基混凝土中的应用

桩基混凝土的典型代表是人工挖孔桩基，以某公路桥中的混凝土桩基为例，分析超声波检测的应用。

2.1 桩基混凝土参数

该公路桥的人工挖孔桩基在灌注混凝土时出现误差，底部水泥泥浆未达到密实标准。人工挖孔桩的桩径=1.5m，砼强度=C25，桩长=24.7m，3根声测管。

2.2 超声波检测的应用

该公路桥为检测处人工挖孔桩基内部混凝土的质量水平，选择超声波检测方式。根据超声波检测的波形图和曲线图，分析超声波检测的数据，如下表1。

表1 超声波检测的数据

桩基段 数据声波速度主频率幅值衰减

0.0-16.0m4194m/s50kHz平稳不明显

16.0-24.7m3539m/s11kHz跳变明显

由上表可以确定，该桩基内的混凝土存在离析、松散的问题，后期采用铅芯复核图检查超声波检测的结果，钻到18.58m左右时，发现了混凝土的质量问题，与超声波检测结论基本一致。

结束语：

超声波在混凝土检测中发挥重要的作用，能够准确检测到混凝土内部结构中的强度、损伤等问题，提高混凝土结构的基础性能，保障混凝土结构的应用水平。超声波检测在混凝土中的应用越来越成熟，而且检测的准确性较高，规范混凝土结构的质量，有利于建设工程的稳固性，在很大程度上提升了混凝土在工程项目中的性能水平，改善混凝土施工的环境。

参考文献：

[1] 李铁军.超声波在混凝土检测中的应用研究[J].民营科技，2010，11：7.

[2] 郭强.超声波在混凝土检测中的应用[J].水利建设与管理，2013，11：51-53.

[3] 李盛斌，杨红霞.超声波技术在混凝土检测中的应用[J].电子测试，2013，07：252-253.