水利工程建筑混凝土检测中超声波技术的应用

赖子祺 清远市水利水电工程质量检测有限公司

水利工程建筑混凝土结构施工过程复杂，而且其中有很多影响因素会导致浇筑形成的混凝土出现难以预计的缺陷，这对水利工程的质量和安全带来了极大的隐患。本文主要结合超声波检测技术在水利工程混凝土中的实际应用，从而完成了一整套有效的科学正规的检测管理制度。这在一定程度上能够对结构安全稳定性做到全面有效的掌控，大幅度降低建设成本风险，确保工程各方在投资项目收益上得到有效保障。

1.超声波探伤的相关具体要求

超声波探伤过程主要是实现对混凝土内部是否存在缺陷情况进行检查，从而分析得出空洞、稀疏、裂缝等问题。因此要特别注意选取适合的探伤仪器，关注其探伤性能。

1.1 超声波探伤设备的性能要求

超声波探伤设备的误差和精度选择最为关键，一般要求探伤仪的垂直线性误差范围在3%-6%之间，探伤仪的衰减器精度要求选取相邻的12dB，误差的幅度介于1dB以内，最大的累积误差不超过1dB。探伤仪和探头的组合分辨率要在试块上予以确认，至少超过24dB以上。

1.2 探伤仪的探头选择

按照被探复合混凝土材料厚度的差异，纵波直探头为45°、60° 以及70°横波斜探头。短声程最好选择晶片尺寸为6～13mm的小探头，若声束路径范围＞100 mm（对于普通单晶探头），选择晶片尺寸为13～24mm更合适。对于探头的选择见表1。

表1 探头选用

2.超声波检测技术在混凝土结构中的应用

2.1 超声波检测混凝土体积

采取超声波检测仪应用技术时，检测混凝土构件是否存在缺陷，必须要认真了解混凝土构件外表形状、尺寸、地质等情况。检测的体积被定义为包括混凝土和混凝土两侧至少各10mm范围内或热影响区二者之中面积较大的区域范围内的母体材料。在斜探头扫查区域内的母材，应当用直探头进行检查。扫查区域被定义为1.5×S（全跨距），对母材的扫查是为了发现分层、缺陷、显著的衰减改变或厚度变化，这些可能会影响斜探头检查。

2.2 超声波探头的范围校准

直探头量程范围的校准，应当采用IIW(CSK-IA)校准试块K1 校准试块，或者在待检材料上没有缺陷的区域进行。水平范围的选择应当保证在屏幕上始终至少有两个底面回波（反射）；斜探头的水平范围校准应当采用IIW或V2校准试块进行。选取的水平范围应当至少覆盖1.5×S（全跨距）。

2.3 超声波角度探头的测量

探头入射点的测量，放置探头时，找到半径为100mm（IIW）或50mm（K1）的圆弧面的最高波，并调整至满屏高度的80%，确定探头的入射点。探头的入射点即可在校准试块上的刻度上读出并标记在探头上。

2.4 超声波参考曲线 DAC的建立

对比试块横通孔反射的最高回波，调整增益使回波高度达到满屏高度（FSH）的80%。这时的增益值为主增益，应记录下来。保持主增益不变，探头放置在不同跨距位置上，并且分别在屏幕上标出相应回波的幅度。这些点用平滑的曲线连接起来，曲线长度覆盖所需要扫查区域。选择DAC曲线的第一个点，必须保证从探头入射点至横孔的声程距离，不得少于0.6N（N是指相关探头的近场长度）。

如果差别小于2dB，则不需要修正。如果差别大于2dB却小于12 dB，则应当进行补偿。如果传输损失大于12dB，则应当考虑原因，如适用，对扫查表面进行更进一步的准备处理。如果并没有明显的导致高修正值的原因，则应当在检测工件上的不同位置测定衰减情况。如果衰减的变化非常显著，则必须考虑采取措施加以改善。

2.5 缺陷的评估方法

该方法主要用于评估缺陷的增益为主增益。扫查时，为了增大对方位困难缺陷的检出灵敏度，可以最小6dB的增量进一步提高增益。然后当依据DAC进行缺陷评估时，必须减去提高了的增益量。缺陷的评定由验收水平确定，如DAC-10dB。缺陷长度的评估应通过在缺陷中找到最高回波，然后探头横向扫查至缺陷的边缘，直至回波的幅度降低至评定水平-10dB。探头的中心处则标示为缺陷的边缘。

如果可能，应从板材的一面和焊接接头的两侧检测混凝土。斜探头放置在母材上的方式必须保证波束和连接缝垂直。探头应在1.5×S的扫查范围内前后移动。探头的这种移动应当在水平面内连续转5-10°的角度。对于厚度超过40mm的区域，可能有必要从结构的两面上，连接缝的所有侧边（4侧）进行扫查。

2.6 不符合的缺陷出现处理要求

抽样检测过程中发现不符合的混凝土，应该加大检测范围。除非另有规定，抽样检测发现不符合的混凝土，应该在被检混凝土的两侧增加两个与抽样长度相同的检测区域。如果发现不连续具有重复性、系统性，则应该对于相同条件下相同的参量浇筑的区域都要进行检测。如果不符合的缺陷被发现是有规律的出现，应对出现不符合的原因进行分析调查。在重新浇筑之前应对混凝土浇筑工艺进行重新的评估，采取必要的改进措施，提高浇筑质量以满足质量要求。重新修补的混凝土的两端至少延伸100mm范围使用与之前相同的方法进行检测，真正合格后形成正式的书面超声波检查报告。

3.超声波试验分析

超声波检测得到的信息能够反映混凝土中的缺陷，对于探头的选择要结合灵敏度的校准应当包括整个超声波系统，也就是超声波设备、探头、线缆和耦合剂，为了补偿由于声程增加而导致的衰减和声束扩散，必须建立DAC曲线，该曲线给出了在不同距离上探头自反射体的回波高度，显示缺陷的特点。

研究混凝土出现不同程度脱空时超声波的传递特点。耦合剂应当选用适合的液体或糊状物，用于将超声波从探头传导至检测工件表面。油类、脂类、甘油或浆糊都适于用作耦合剂。校准时使用的耦合剂应当与检测时使用耦合剂相同。复探或验证前应将旧的浆糊痕迹去除，避免增加衰减。标准试块可采用IIW试块，也可选用其他类型的标准试块，其余性能必须在同一标准试块上测定。对比试块根据被检混凝土块厚度要求，其材质应与被检母材相同或声学性能相近似。对比试块经粗加工后应用大于2.5MHz频率以纵波直接接触法超声波探伤,不允许有大于∮1当量的缺陷存在。可根据需要在对比试块上添加参考孔,但布孔位置不应与试块端角和相邻参考孔的反射相干扰。耦合剂应具有良好的透声性能和适当的粘度,并对被检工件和人体无损害,检后容易清理。IIW(CSK-IA) 或 ISO 校准试块（K1–K 2）用于量程的校准和斜探头角度的确定，这些校准试块最好与待检测材料具备同样的声学特性。用于超声波检测的接触表面，应当清洁光滑，即没有污垢、氧化皮、焊接飞溅等，这些可能会影响检测的结果。

合格缺陷的累计长度，焊缝评定区域内单个合格的缺陷在投影面上的累计长度的计算。当混凝土的厚度为t时，验收水平8≤t≤15，DAC-14dB（超过评定水平的指示，长度不应超过2.5t，否则就是不合格）；验收等级，15＜t≤100，DAC-14dB（超过评定水平的指示，长度不应超过2.5t,否则，不合格）。

4.结束语

超声波检测的方式在水利工程混凝土检测中越来越广泛应用，本文结合超声波检测的准备工作及实施工作要求，对混凝土中的建筑材料超声波检测方法进行探讨，对于检测的缺陷进行明确的评判。希望通过研究分析应用，能够对水利工程建筑质量提升有一定促进作用。