超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷1 1 混凝土缺陷的特征波形混凝土缺陷的特征波形v声时、幅度、频率等，都是表征混凝土质量的超声参数声时、幅度、频率等，都是表征混凝土质量的超声参数v检测时主要测试参数是声时，原因如下：检测时主要测试参数是声时，原因如下：v相对幅度、频率而言，混凝土的声速不易受换能器性质、相对幅度、频率而言，混凝土的声速不易受换能器性质、耦合状态等因素的干扰耦合状态等因素的干扰v超声幅度除了与超声波在混凝土中的衰减有关外，还与超声幅度除了与超声波在混凝土中的衰减有关外，还与换能器与混凝土测试面之间的耦合状况有关另外测试换能器与混凝土测试面之间的耦合状况有关另外测试时耦合作用力的细微变化都足以造成首波幅度的大大波时耦合作用力的细微变化都足以造成首波幅度的大大波动，而测试人员按压换能器的压力大小在测试过程难以动，而测试人员按压换能器的压力大小在测试过程难以保证统一保证统一v频率则与换能器频率相关，同时存在检测较繁琐等原因，频率则与换能器频率相关，同时存在检测较繁琐等原因，因此一般不单独将频率作为主要参数因此一般不单独将频率作为主要参数v但是，首波幅度、频率与声时综合起来，则称为超声波但是，首波幅度、频率与声时综合起来，则称为超声波的波形，又是判断混凝土质量的主要依据。
的波形，又是判断混凝土质量的主要依据混凝土波形特征混凝土波形特征v正常混凝土的特征波形图中正常混凝土的特征波形图中t1、t2、t3、t4、t5分别是接收波第分别是接收波第一个周期的声时，一个周期的声时，t1为为首波声首波声时时，t2为为1/4周期声周期声时时，t3为为半周期半周期声声时时，t4为为3/4周期声周期声时时，t5为为一周期一周期声时，通过测量这些声时差，声时，通过测量这些声时差，可以初步估算接收信号的频率可以初步估算接收信号的频率(精确计算需要进行频谱分析精确计算需要进行频谱分析)正常混凝土特征波形的大致特点为：常混凝土特征波形的大致特点为：首波前沿较陡；首波前沿较陡；首波幅首波幅度较高；度较高；波形比较饱满，接近于正弦波，随着绕射波的到达，波形比较饱满，接近于正弦波，随着绕射波的到达，后续波的幅度越来越大；后续波的幅度越来越大；频率较高，接近于发射波频率频率较高，接近于发射波频率(一般一般为换能器频率，混凝土检测采用的超声波频率一般在为换能器频率，混凝土检测采用的超声波频率一般在50300kHz)；通过声时计算得到的声速一般在通过声时计算得到的声速一般在40005000m/s。
混凝土波形特征混凝土波形特征v正常混凝土的特征波形正常混凝土的特征波形v异常混凝土波形出现畸变，特征：异常混凝土波形出现畸变，特征：首波前沿平缓；首波前沿平缓；首波幅度较低，首波幅度较低，有的甚至淹没在背景噪声中；有的甚至淹没在背景噪声中；波形波形不饱满，有时不能呈正弦波特征；不饱满，有时不能呈正弦波特征；频率很低，大大低于发射波频率；频率很低，大大低于发射波频率；通过声时计算得到的声速通常大大低通过声时计算得到的声速通常大大低于于4000m/s5000m/s有的甚至低有的甚至低于于1000m/s混凝土波形实测图混凝土波形实测图v正常混凝正常混凝土波形土波形v异常混凝异常混凝土波形土波形v上图的异常混凝土波形常见于混凝土中夹杂上图的异常混凝土波形常见于混凝土中夹杂(如夹泥如夹泥)、孔洞、疏松、裂缝、分层、孔洞、疏松、裂缝、分层(界面结合不良界面结合不良)等质量等质量缺陷中但当换能器与混凝土之间耦合不良时缺陷中但当换能器与混凝土之间耦合不良时(如混如混凝土表面不平整、混凝土与混凝土接触面存在泥沙、凝土表面不平整、混凝土与混凝土接触面存在泥沙、耦合剂不正常等情况耦合剂不正常等情况)，也会出现类似的波形，需要，也会出现类似的波形，需要根据经验判断，及时排除耦合不良造成的干扰。
根据经验判断，及时排除耦合不良造成的干扰v不同的缺陷有的波形也有一些差别，需要在实践中不同的缺陷有的波形也有一些差别，需要在实践中积累经验，不断总结积累经验，不断总结v还有一种异常情况即波形很正常，其基本特征与正常还有一种异常情况即波形很正常，其基本特征与正常混凝土波形类似，唯一的问题是声速偏低，如在混凝土波形类似，唯一的问题是声速偏低，如在3000m/s3500m/s左右，而波形甚至比混凝土中还左右，而波形甚至比混凝土中还饱满，首波幅度很高这种情况一般是超声波在缺少饱满，首波幅度很高这种情况一般是超声波在缺少石子的砂浆中传播造成的，由于砂浆相当于混凝土而石子的砂浆中传播造成的，由于砂浆相当于混凝土而言，缺少石子，因此对超声波的散射衰减大大降低言，缺少石子，因此对超声波的散射衰减大大降低但砂浆的声速一般只有但砂浆的声速一般只有3500m/s左右，而砂浆的强度左右，而砂浆的强度偏低，无法满足承载能力要求，因此检测中也应注意偏低，无法满足承载能力要求，因此检测中也应注意v总的来说，超声检测混凝土缺陷目前基本上停留在半总的来说，超声检测混凝土缺陷目前基本上停留在半定性的阶段，尚不能很好地区分缺陷类型，需要结合定性的阶段，尚不能很好地区分缺陷类型，需要结合工程实际来判断。
工程实际来判断2 2 超声法检测混凝土缺陷超声法检测混凝土缺陷v1 1）基本原理基本原理v超声法检测混凝土缺陷的基本原理就是，通过超声波在混凝土超声法检测混凝土缺陷的基本原理就是，通过超声波在混凝土中传播后发生的波形变化、利用声时、频率、波幅等参数的特中传播后发生的波形变化、利用声时、频率、波幅等参数的特征，来综合分析判断其内部状况征，来综合分析判断其内部状况v超声波在混凝土中由于受到石子、气孔、微裂缝、钢筋等影响，超声波在混凝土中由于受到石子、气孔、微裂缝、钢筋等影响，会产生散射、绕射等过程，致使其传播方向改变会产生散射、绕射等过程，致使其传播方向改变(非直线传播非直线传播)，但由于测量时主要取首波，因此基本上还是认为在正常混凝，但由于测量时主要取首波，因此基本上还是认为在正常混凝土中，超声波沿近似直线的路径传播当遇到缺陷时则绕射是土中，超声波沿近似直线的路径传播当遇到缺陷时则绕射是主要的，因此导致了声速及波幅、频率均下降，波形产生畸变主要的，因此导致了声速及波幅、频率均下降，波形产生畸变在对缺陷进行定位时，也是以超声在混凝土中的直线传播为假在对缺陷进行定位时，也是以超声在混凝土中的直线传播为假设前提的。
设前提的2 2）检测依据检测依据v超声波在混凝土缺陷检测中的应用，主要依据是超声波在混凝土缺陷检测中的应用，主要依据是超超声法检测混凝土缺陷技术规程声法检测混凝土缺陷技术规程(CECS 21:2000)，主，主要应用在：孔洞、疏松等内部缺陷检测、新旧混凝土要应用在：孔洞、疏松等内部缺陷检测、新旧混凝土结合面质量检测、裂缝深度检测、表面损伤层深度检结合面质量检测、裂缝深度检测、表面损伤层深度检测、钢管混凝土质量检测、声波透射法检测混凝土灌测、钢管混凝土质量检测、声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性等注桩桩身完整性等3 3）基本原则基本原则超声波优先选择最短路径超声波优先选择最短路径v即在超声传播路径周围，当存在不同介质时，根据不同介质的即在超声传播路径周围，当存在不同介质时，根据不同介质的声速差异，超声波总是优先选择最快到达的那一条路径，由于声速差异，超声波总是优先选择最快到达的那一条路径，由于钢筋中的纵波声速大大高于混凝土钢筋中的纵波声速大大高于混凝土(5900m/s)，因此，当超声，因此，当超声传播路径周围存在钢筋时，则超声波往往会从钢筋传播路径周围存在钢筋时，则超声波往往会从钢筋“短路短路”。
为避免钢筋的影响，一般应使传播路径不与钢筋轴线平行或离为避免钢筋的影响，一般应使传播路径不与钢筋轴线平行或离开钢筋约开钢筋约l/5l/6同时，超声波的这种特性也是用来检测混凝同时，超声波的这种特性也是用来检测混凝土表层损伤深度、裂缝深度等的一个依据当混凝土是均质的土表层损伤深度、裂缝深度等的一个依据当混凝土是均质的时候，一般认为超声波在混凝土中是直线传播的因此，当检时候，一般认为超声波在混凝土中是直线传播的因此，当检测混凝土结合质量时，就必须让超声波穿过结合面，为此常常测混凝土结合质量时，就必须让超声波穿过结合面，为此常常必须采用斜测法等必须采用斜测法等正常混凝土的超声参数基本上符合正态分布：正常混凝土的超声参数基本上符合正态分布：v这是判断混凝土中是否存在异常测点的主要依据这种方法也这是判断混凝土中是否存在异常测点的主要依据这种方法也叫叫“概率法概率法”，是混凝土缺陷检测中最常用的判据，即混凝土，是混凝土缺陷检测中最常用的判据，即混凝土的超声声速等各参数基本在其平均值附近，当出现偏离平均值的超声声速等各参数基本在其平均值附近，当出现偏离平均值较大的值时，则可判断其为异常值异常值判定值的大小与测较大的值时，则可判断其为异常值。
异常值判定值的大小与测点数有关，也与被测混凝土本身的质量波动点数有关，也与被测混凝土本身的质量波动(标准差标准差)有关必须指出的是，仅当测距可以准确测量的前提下这一假设才能成须指出的是，仅当测距可以准确测量的前提下这一假设才能成立，这就意味着对于预埋声测管进行声波透射法检测的灌注桩，立，这就意味着对于预埋声测管进行声波透射法检测的灌注桩，由于测距实际上是变化的由于测距实际上是变化的(因为声测管总是难免在埋设后产生因为声测管总是难免在埋设后产生扭曲扭曲)，因此一般不采用这种数理统计的方法判断异常部位，因此一般不采用这种数理统计的方法判断异常部位，其判据另外介绍同时，进行数理统计的超声参量一般是声时其判据另外介绍同时，进行数理统计的超声参量一般是声时或声速，较少采用频率、波幅等参数或声速，较少采用频率、波幅等参数4）基本方法基本方法v根据构件的几何外形、大小以及现场条件根据构件的几何外形、大小以及现场条件(所能布置所能布置的检测面的检测面)、测试面状况、缺陷类型等，选择不同的、测试面状况、缺陷类型等，选择不同的测试方法常用的有：测试方法常用的有：v采用平面换能器测试时采用平面换能器测试时(厚度振动换能器厚度振动换能器)v优先采用对测法：当被测部位具有相互平行的相优先采用对测法：当被测部位具有相互平行的相对的测试面时，应优先选择对测法。
此时收发换能对的测试面时，应优先选择对测法此时收发换能器位于两个相对测试面，超声测线垂直于测试面，器位于两个相对测试面，超声测线垂直于测试面，接收波的波前正对接收探头，接收信号强度是所有接收波的波前正对接收探头，接收信号强度是所有方法中最大的，因此最容易进行结果判断方法中最大的，因此最容易进行结果判断v其次选择斜测法：斜测法有两种，一种是指两个检测面相其次选择斜测法：斜测法有两种，一种是指两个检测面相交交(检测面相邻检测面相邻)，两个探头在丁角进行测试；一种是指两个，两个探头在丁角进行测试；一种是指两个相对的测试面，但两个探头轴线与被测面形成不等于相对的测试面，但两个探头轴线与被测面形成不等于90的的角度，如果测试面是垂直于地面的角度，如果测试面是垂直于地面的(这种情况是常见的这种情况是常见的)，那，那么探头轴线则非水平，常用于新旧混凝土接合面质量检测，么探头轴线则非水平，常用于新旧混凝土接合面质量检测，目的是使得超声波能穿过接缝目的是使得超声波能穿过接缝v平测法：当被测部位仅有一个测试面时，采用此方法，即平测法：当被测部位仅有一个测试面时，采用此方法，即发射、接收探头位于同一个测试面，此时一般必须将两个探发射、接收探头位于同一个测试面，此时一般必须将两个探头的间距进行等距离变化测得一组数据，根据测点间距与声头的间距进行等距离变化测得一组数据，根据测点间距与声时的线性关系变化来进行判断。
一般用于混凝土表面损伤深时的线性关系变化来进行判断一般用于混凝土表面损伤深度测试、裂缝深度测试等度测试、裂缝深度测试等v钻孔、预埋管检测钻孔、预埋管检测(采用径向。