水泥混凝土结构检测中超声波技术的应用研究

马先耀

水泥混凝土结构是我们日常使用的建筑中经常采用的建筑结构之一，其施工质量之间关系到建筑主体结构的施工质量，因此，对水凝混凝土结构进行检测非常重要。超声波技术是一项无损检测水泥混凝土结构的检测技术，检测操作简单，结果准确，在实际应用中非常广泛，本文对水泥混凝土结构检测中超声波技术的应用进行分析，论述该技术的检测原理以及实际应用，以实现对水泥混凝土结构的有效检测。

水泥混凝土结构在土木工程的施工中非常常见，而且是大部分土木工程的主体结构，其施工质量直接关系到土木工程的整体质量。因此，在水泥混凝土结构施工完成后对其进行质量检测非常重要。超声波技术是最常用的检测技术之一，其可以较为准确的检测出土木工程中水泥混凝土结构的缺陷与不足，且不会对其造成损害。超声波检测技术的应用，可以及时发现水泥混凝土结构施工中出现的缺陷，并对整改进行指导，保证土木工程水泥混凝土结构施工的质量，其主要利用了声学原理，在不破坏水泥混凝土结构的前提下，对其内部的力学性质进行评估与检测，与土木工程的水泥混凝土结构检测中应用非常广泛。

一、超声波技术检测水泥混凝土结构的原理

1.超声波技术检测水泥混凝土强度的基本原理

超声波技术检测水泥混凝土结构的强度是利用声波在不同介质中其传播的速度不同而进行检测的。水泥混凝土结构在施工中，由于施工技术或施工材料的影响，其密度分布并不均匀，如果超过一定的限度对于水泥混凝土结构的强度会造成不良影响。超声波技术正是利用了声波在密度不同的介质中传播速度不同的原理，实现对水泥混凝土结构强度的检测。在检测过程中，整体水泥混凝土结构的强度应该取其检测的最小值，如果是抽样检测，要保证检测合格率在95%以上。在实际的检测中，对水泥混凝土结构强度的检测其影响因素较多，尤其是受到施工材料与施工工艺的影响，比如水胶比、集料、钢筋以及预应力结构等都会对水泥混凝土结构的强度检测有所影响，因此，进行检测时，要对这些影响参数进行统计与调整，并总结其关系曲线，检测后用关系曲线表示水泥混凝土强度的检测结果。

2.超声波检测水泥混凝土缺陷的基本原理

对于水泥混凝土结构缺陷的检测，主要是依靠发射超声波然后通过对反射波的分析判断水泥混凝土结构的缺陷。主要的设备组成有发射换能器、信号接收器以及接收换能器等，检测的参数主要包括反射回来的波幅、波速以及频谱等。通过对这些参数的分析可以对水泥混凝土结构的缺陷位置以及性质进行确定。这是由于混凝土结构并不是均质结构，不同部位对于超声波的吸收特性不同，相对而言其对于高频超声波的吸收能力更强，因此水泥混凝土结构检测时主要是通过低频超声波进行。如果水泥混凝土结构的施工质量较好，比较匀称均匀，那么其接收到的超声波反射信号往往较为一致；如果水泥混凝土结构施工时存在较大的缺陷，比如存在空洞结构、断层现象以及杂物填充等，那么其接收到的超声波反射信号则波动较大，其波速、波幅以及频谱都会出现突然变化。

3.超声波技术对水泥混凝土缺陷的判别依据

超声波技术可以有效地检测出水泥混凝土结构的缺陷，其主要的缺陷为空洞、裂缝、杂物以及不密实等，而通过对超声波的发射波的各项参数进行分析可以很好的总结出这些缺陷，以下是判断水泥混凝土结构缺陷的主要依据：

（1）绕射现象判断：当水泥混凝土结构中存在缺陷时，如果超声波穿过该部位，则会产生绕射现象，超声波的传播速度会受到影响，那么即可以通过对波速测量或者接受时间的测量对水泥混凝土结构缺陷的种类与范围进行检测；

（2）散射现象判断：当水泥混凝土结构中存在缺陷时，如果超声波穿过该部位，则会出现散射现象，超声波会因吸收程度的不同出现波幅变化，接收到的参数也会发生较大变化，根据对参数的分析可以对水泥混凝土结构缺陷的位置与范围进行确定；

（3）频谱变化判断：当水泥混凝土结构中存在缺陷时，如果超声波穿过该部位，则会出现较为明显的频谱变化，从而可以准确判断出缺陷位置与大小；

（4）波形变化判断：当水泥混凝土结构中存在缺陷时，如果超声波穿过该部位，则会出现波形的变化，不同的波段会在缺陷位置相互叠加，对波形进行分析可以较为准确的判断水泥混凝土结构缺陷的位置以及范围。

二、水泥混凝土结构检测中的超声波分析

1.超声回弹综合法

超声回弹综合法主要是对水泥混凝土结构的强度进行检测，其检测的精度较高，检测较为方便快捷，是现阶段最常用的水泥混凝土强度检测方法。超声回弹综合法主要包括超声法与回弹法两部分，其中超声法主要负责对水泥混凝土结构内部材料以及信息特征进行检测；回弹法主要是对水泥混凝土结构的表面特征以及其弹性和塑形进行检测，通过两者的结合应用可以较为全面的反应水泥混凝土结构的强度。其主要的流程与检测参数为：首先检测超声波在水泥混凝土结构中的传播时间，然后计算出波速，再测出水泥混凝土表面的回弹值，最后根据以上残水，利用波速与强度成正比的关系全面分析水泥混凝土结构的强度。

2.超声波检测水泥混凝土缺陷的分析

水泥混凝土结构的缺陷主要存在与内部，很难直观地察发现。主要的缺陷类型为空洞、不密实以及裂缝等，这些缺陷均会影响水泥混凝土结构的耐久性和性能，且隐蔽性较强，易发生长期危害，因此对其进行检测非常有必要，以下进行分析：

（1）不密实与空洞的检测

超声波技术可以实现对水泥混凝土结构的无伤检测，且穿透效果以检测效果都更好，在检测中不容易受到干扰。目前主要的超声检测法为超声脉冲声速法以及超声脉冲回波法。前者主要是通过向水泥混凝土结构发射超声波然后在对侧接受信号，测量超神波波速分析水凝混凝土结构中是否存在缺陷；后者主要是通过向水泥混凝土发射超声波然后在同侧接受回波，测量其速度与世界进行分析的一种方法。相对而言，前者应用更为广泛，当发射超声波后，如果其经过了不密实或者空洞部分，传播速度会受到影响，根据对其声波特性的测量，可以较为准确的检测出缺陷部位。

（2）裂缝缺陷检测

裂缝是水泥混凝土结构中非常常见的缺陷类型，其对于水泥混凝土的影响非常大，且会不断发展，引发较为严重的后果。针对水泥混凝土裂缝缺陷的检测主要使用超声脉冲法，可以较好的检测出裂缝的走向以及长度，常用的有单面平测法和双面斜测法两类，前者在小范围裂缝中应用更为广泛。采用单面平测法时，要选择科学合理的测点，且要有跨缝和不跨缝两类测点，测点的位置要注意避开内部的钢筋位置，降低钢筋的干扰。采用双面斜测法时，注意要选取相互平行的测量面，然后对波幅、波速以及频谱的变化判断裂缝的情况。

三、超声波在水泥混凝土结构检测中的应用

1.平面测试

平面测试是水泥混凝土结构中经常应用的超声波检测方法，这是由于土木工程中矩形的梁柱水泥混凝土结构非常常见，其主要是通过平面测试法进行检测。平面测试法根据测试类型与方向的不同，主要分为对测法、斜测法以及平测法三种，以下分别进行介绍：

（1）对测法：对测法是经常采用也是最简单的检测方法，其主要应用于结构规则的具有两个平行面的水泥混凝土结构检测中，在检测时现在两个平行面上使用水准仪放线，并打出矩形的网格，然后在网格点上涂抹耦合剂。进行检测时将超声波发生器与接收器分别置于两个平面相对的位置上，然后进行检测。该方法可以较好的确定缺陷的位置，但是对于缺陷大小的检测效果较差，且易错过小型缺陷。

（2）斜测法：斜测法与对侧法具有一定的相似性，其主要应用于结构规则的具有两个平行面的水泥混凝土结构检测中，在检测时现在两个平行面上使用水准仪放线，并打出矩形的网格，然后在网格点上涂抹耦合剂。与对测法不同的是，进行检测时斜测法将超声波发生器与接收器分别置于两个平面错开的网格位置上，然后进行检测。相比于对测法，斜测法可以更好的确定水泥混凝土内部缺陷的位置和大小，且不易错过小型缺陷。

（3）平测法：平测法是对只有一个可测试面的水泥混凝土结构进行检测的一种方式，其主要以测量超声波回波为主，通过对回波的测量可以较好的判断水泥混凝土结构缺陷的大小，但是对于缺陷位置的检测效果较差。

2.钻孔测试

钻孔式检测需要对水泥混凝土结构进行定性钻孔，且要使用径向换能器改装超声波检测仪，其主要原理与方法与平测法相同，是针对大体积水泥混凝土进行检测的一种方法，通过钻孔在水泥混凝土结构内部人为制造一个平面进行检测，因此，主要分为孔中对测与孔中斜测两种方式。前者主要是将径向换能器的发射端和接收端置于同一平面内进行检测，后者主要是将径向换能器的发射端和接收端保持一定的高差进行检测。

四、结语

水泥混凝土结构在现代土木工程中应用极为广泛，其施工质量直接关系到土木工程施工的整体质量，尤其是在一些大型民生工程中，比如水利工程、桥梁建筑等，水泥混凝土的施工质量非常重要。而超声波技术是现阶段检测水泥混凝土结构质量的主要技术，应用非常广泛，其主要利用了声波在介质中传输的原理，检测的准确性与效率较高，对于提高土木工程水泥混凝土结构的建设质量具有重要的促进作用。随着超声波检测技术的发展，近年来超声CT 扫描技术开始在工程检测中应用，其可以更为直观的以图像方式反应出水泥混凝土结构内部的情况。