超声法检测混凝土缺陷的方法研究

谢静

(山西五建集团有限公司，山西太原 030013)

超声法检测混凝土缺陷的方法研究

谢静

(山西五建集团有限公司，山西太原 030013)

介绍了超声波检测混凝土缺陷的原理，阐述了超声波检测混凝土缺陷常用的三种方法，并分析了超声波在新型混凝土结构中的应用特点，指出使用超声波无损检测技术仅可对其进行常规类检测，不能对其进行细部检测。

超声波法，混凝土缺陷，钻孔测试，混凝土结构

0 引言

随着科学技术的飞速发展，无损检测混凝土施工质量的技术也越来越先进。混凝土浇筑后对其内部的密实性或裂缝检测技术分为有损检测和无损检测，其中有损检测是对所检测的构件进行破坏而观察内部缺陷情况，无损检测技术通过现代科技产品在不破坏原结构的情况下观察其内部缺陷情况。目前针对混凝土的无损检测技术包括回弹法、超声法、冲击回波法和探地雷达法等［1-5］。其中回弹法是根据所检测混凝土构件的表观硬度而产生的回弹值测定其混凝土强度的方法;超声法是根据超声波穿透混凝土材料所用的时间来判断混凝土内部缺陷情况;冲击回波法与超声法原理类似，也是采用声波穿透混凝土材料所用的时间来判断混凝土内部缺陷情况;探地雷达法是根据电磁波在混凝土材料内所用的时间来判断混凝土内部的缺陷情况。由于超声波无损检测仪器的价格相对较低，测试结果相对准确，因此在这几种无损测缺陷的方法中，超声波法是应用率最高、性价比最高的方法，本文即对超声波法测混凝土缺陷的方法进行研究。

1 超声波检测混凝土缺陷的原理

超声波测混凝土缺陷的方法有两种:单面测试法和双面测试法，单面测试法是指发射端探头发射超声波信号，超声波在构件另一端产生反射，发射端又作为接收器而接收所反射的超声波，从而根据声波所传播的最短时间与理论传输时间进行对比，判断混凝土内部缺陷的大小，但由于单面测试法所接收的杂波较多，测试结果相对不太理想;双面测试法——穿透法，是目前使用中最为广泛的方法，双面测试法是在构件一端发射声波，另一端接受声波，通过声波单程传输的时间计算得到混凝土内部缺陷的方法，这种方法测试结果准确，因此应用率最高。穿透法是将接收端所接收的超声波信号转化为电信号，显示在超声仪屏幕上，根据超声仪中所输入的构件信息和所接收的声学参数进行综合计算，得到超声波在构件中所传输的速度，最后将所收集的信息汇总至电脑上，得到相对缺陷位置及大小。

2 超声波检测混凝土缺陷的基本方法

使用超声波检测仪对混凝土构件进行缺陷检测时，根据构件的形状、尺寸、大小、环境等条件，选用合适的测试方法。常规的测试方法有平面测试、钻孔或预埋管测试和混合测试三种方法。

2.1 平面测试

平面测试法是在常规的矩形柱或梁构件上使用平面换能器测试构件同一方向缺陷的方法，这种测试方法是最为常规也是工程中应用率最高的测试方法。平面测试法又包括三种测试方法，分别为:对测法、斜测法和平测法。

1)对测法。对测法在平面测试法中属于最为简单的方法，进行测试前，在混凝土构件上相互平行的两个混凝土面上用水准仪放线，在所检测的混凝土外表面上用墨盒打出50 mm×50 mm或100 mm×100 mm的网格，在所测网格的点上涂抹耦合剂，再将超声波发射探头和接收探头置于同一直线上，具体如图1a)所示。这种方法适用于矩形截面的混凝土构件，构件具有一对或两对不遮挡、具有检测条件的互相平行的表面。采用此方法可大致测出混凝土内的位置，对其缺陷大小较难测试，并且由于在网格交点进行测试，因此易错过网格内的缺陷，将测量小型缺陷成为一种小概率事件。

图1 超声波平面测试法

2)斜测法。斜测法对构件的要求和测试前对构件的处理相同，测试方法是将发射探头和接收探头相互错开一个网格的方法进行测试，如图1b)所示。采用此方法可适用于矩形截面的混凝土构件，构件具有一对或两对不遮挡、具有检测条件的互相平行的表面。采用此方法进行检测可对混凝土内部缺陷进行精确定位，确定缺陷较为精确的范围及大小。

3)平测法。平测法主要对仅具有一个测试面的混凝土构件进行测试，如对筏板基础、大体积混凝土等构件，如图1c)所示。这种测试方法是通过超声波在混凝土构件底部反射而接收的波速或声时大小判断缺陷的位置和大小。采用此方法进行测试时测试结果也相对准确，但对缺陷位置定位较为困难。

2.2 钻孔测试

在混凝土工程中，经常遇到厚度较大的大体积混凝土构件，对此类构件进行缺陷检测时，由于厚度较大采用平测法时反射接收的超声波杂波较多，因此不能采用平测法进行检测。所以当混凝土厚度超过一定范围时，对大体积混凝土进行缺陷检测时，即需要采用钻孔或通过对预埋管等进行检测。采用钻孔式检测时，需对超声波检测仪更换径向换能器进行检测。此测试方法的测试原理同平测法类似，即进行测试时将大体积混凝土中所钻的孔间混凝土作为一个相对的平面进行测试。这种测试方法分为孔中对测和孔中斜测两种测试方法。

1)孔中对测。将径向换能器的发射端和接收端置入钻好的孔或预埋的管道内，将两个径向换能器放置同一水平高度上，在每隔一定间距内进行测试，测试缺陷的位置及大小，测试示意图如图2a)所示。

2)孔中斜测。孔中斜测的方法与平测法中的斜测法基本相同，即将径向换能器置入钻好的孔或预埋的管道内，将两个径向换能器保持一定高差进行测试，测试缺陷的位置及大小，测试示意图如图2b)所示。

图2 超声波孔中测试法

使用上述两种对厚度较大的大体积混凝土的缺陷进行检测，检测时需在混凝土内钻较多的孔洞或预埋较多的管道，影响混凝土的整体性，并且在测试时大体积混凝土的边缘处将检测不到位。

2.3 混合测试法

混合测试法是将平面测试法与孔中测试法相结合的测试方法。采用这种测试方法的优点在于可对断裂类混凝土或不允许大面积开洞的混凝土构件测试，测试范围大于平测法和孔中测试法。混合测试法的原理是使用平面换能器和径向换能器进行综合测试，测试时也分为平测法和斜测法两种类型。平测法即将两种换能器放置同一水平处进行测试;斜测法即将两种换能器错开一定距离进行测试，测试方法同平测法及孔中测试法基本相同，测试示意图如图3所示。

图3 超声波混合测试法

3 超声波检测新型混凝土结构缺陷的特点

目前的新型混凝土结构主要有钢管混凝土结构和型钢混凝土结构，并没有对其进行相关的无损检测技术及相关规程。通过对大量的新型混凝土结构进行检测，其检测结果显示，对钢管混凝土和型钢混凝土进行检测时，去除超声波在外围钢管或型钢内的声时和声速，声时较长的和声速较慢的超声波即为超声波在混凝土内传输的超声波。超声波在穿过钢管混凝土及型钢混凝土时的原理同超声波在普通混凝土中穿过或穿透钢筋时的原理相同，由于钢管混凝土或型钢混凝土中的钢管及型钢无固定厚度，因此在检测时无需对这种新型混凝土结构中的声参数进行更改，对其进行检测时的测试方法及判定方法与普通混凝土相同，仅需在其表面涂刷耦合剂，直接进行检测即可，测试示意图如图4所示。

图4 超声波检测新型混凝土结构方法示意图

钢管混凝土结构及型钢混凝土结构在进行混凝土浇筑时，由于内部配筋率较低，混凝土浇筑时易密实，但钢管和型钢内部在一定距离内间隔布置水平隔板，在混凝土浇筑时，隔板下部混凝土不易密实，并且在振捣时浮浆也易在隔板处形成，待浇筑完成后此部分混凝土易出现孔洞，从而导致混凝土出现不密实的现象。并且在混凝土养护时，由于混凝土内水泥发生水化反应从而导致混凝土内产生收缩，最终导致混凝土内部出现裂缝和混凝土与钢管及型钢的交界面发生剥离的现象，这类危害在钢管混凝土和型钢混凝土中极易产生。但采用超声法对其进行检测时较难发现此类现象，若由于此类现象而导致钢管混凝土柱或型钢混凝土柱的承载不足而在其外部出现裂缝时，则需采用更先进的技术或对其钢管或型钢进行开凿进行验证。

4 结语

通过对无损检测技术中的超声波法测混凝土缺陷的方法进行研究，得到超生波法在混凝土中的三种测试方法:平测法、孔中测试法和混合测试法，三种测试方法各有优缺点，在进行应用时要根据实际情况对其进行检测。超声波法在对新型混凝土结构进行检测时，无需对其相关声参数进行调校，可直接进行相关常规类检测，但不能对其隔板处及沿钢管或钢板处等开裂的现象进行检测，在对新型混凝土结构进行检测时还具备一定的局限性。

［1］郭伟玲，刘 军.超声波平测法检测混凝土裂缝深度［J］.四川建筑科学研究，2014(6):91-93.

［2］胡宏彪.超声波法检测混凝土缺陷的实验分析［J］.江苏建筑职业技术学院学报，2015(2):17-20.

［3］王颖轶，左自波，于 凯，等.超声波法在检测导堤表面混凝土结构中的应用［J］.上海交通大学学报，2015(7):988-992.

［4］刘文田，张占锋.钢管混凝土质量超声波无损检测技术研究［J］.河南科学，2015(9):1587-1591.

［5］董桂华.超声波检测混凝土内部孔洞尺寸研究［J］.黄河水利职业技术学院学报，2016(1):24-27.

Research on the method of ultrasonic testing of concrete defects

Xie Jing
(Shanxi 5th Construction Group Co.，Ltd，Taiyuan 030013，China)

The paper introduces the principle for the detection of the concrete defects with the ultrasonic waves，illustrates the common three methods for the detection with the ultrasonic waves，analyzes the application features of the ultrasonic wave in new concrete structure，and points out the detection method is the regular one without detailed detection.

ultrasonic wave method，concrete defects，drilling test，concrete structure

TU755.7

:A

1009-6825(2016)36-0044-02

2016-10-15

谢 静(1982-)，女，工程师