混凝土道路裂紋深度的超聲檢測

1、混凝土道路裂紋深度的超聲檢測夏紀真 張雁* 張建安* 王子文*南昌航空工業(yè)學(xué)院無損檢測教研室注：本文第一次發(fā)表在第七屆亞洲太平洋地區(qū)無損檢測會議（1993年9月，中國上海）張雁、張建安、王子文為南昌航空工業(yè)學(xué)院無損檢測本科專業(yè)1992屆畢業(yè)生，本課題為畢業(yè)設(shè)計課題摘要本文利用汕頭產(chǎn)CTS-25型非金屬超聲波探傷儀研究混凝土路面裂紋深度檢測與評定的方法，比較了“Tc-To”、“BS”以及“T”法測量裂紋深度的準確性。認為應(yīng)當綜合應(yīng)用這些方法測量裂紋深度，這是因為裂紋深度在開始時是一個未知量，最好先采用“T”法，然后采用“Tc-To”和“BS”法進行驗證。目前，對于混凝土結(jié)構(gòu)件裂紋深度測量的方法主

2、要有以下三種1，2：1.“Tc-To”法，如圖1所示；2.“BS”法，如圖2所示；3.“T”法，如圖3所示。圖1圖2在第一種方法（圖1）中，需要使探頭到裂縫的距離近似等于裂紋深度時才有較好的準確度。在第二種方法（圖2）中，如果探頭到裂縫的距離不合適時，也會有較大的誤差。然而，實際裂縫的深度原先就是未知數(shù)，所以“Tc-To”和“BS”法都難以實施。在第三種方法（圖3）中，是將發(fā)射探頭至于裂縫一側(cè)的固定位置，然后使接收探頭逐步逼近裂縫，直到越過裂縫（此時探頭接收的是穿透波），記下每一次探頭相對距離和對應(yīng)的聲波傳遞時間，把這兩組參數(shù)以直角坐標關(guān)系繪成曲線，裂縫的深度將表現(xiàn)在曲線上的跳躍突變部分。 二

3、.試驗方法采用的儀器是汕頭產(chǎn)CTS-25型非金屬超聲波探傷儀，探頭為100KP40F（100KHz，40mm）和50KP28（50KHz，28mm），耦合劑為水玻璃（硅酸鈉 Na2SiO3水溶液）。試樣是帶有人工裂縫（空氣隙或插入薄鋼板）的混凝土塊，厚度250mm，混凝土的組成為卵石、河沙和525#水泥，按1:1:1的比例加水攪拌混合，灌注在模型中凝固而成，并經(jīng)過28天保養(yǎng)期后再進行檢測。部分試驗結(jié)果如下：1.“Tc-To”法：計算式 h=a(Tc/To)2-11/2        (1)圖3實際裂縫深度 (mm)a (mm

4、)測量值 (mm)誤差 (%)Hs=152(插入厚度0.5mm薄鋼板)119144（50KHz）Hs=566961（50KHz）Ha=80(空氣隙)12883（100KHz）Ha=175219169174（50KHz）175（50KHz）-0.60在使用CTS-25型非金屬超聲波探傷儀，應(yīng)用這些方法進行測量時，關(guān)鍵的問題是要正確識別首波（首先到達接收探頭的聲波前沿）和精確讀出首波聲時（在儀器數(shù)碼管上讀取的首波傳遞時間以微秒為單位）。在測量裂縫深度之前，應(yīng)在無裂紋試樣上測定兩個探頭間的不同距離2a和相對應(yīng)的首波聲時，經(jīng)多次測量，取To的平均值作為基數(shù)。這里應(yīng)當注意測定To的試樣應(yīng)與被檢測的混凝土

5、是同批、同配方澆注的，否則誤差會很大（混凝土的批次、配方不同時，其聲速有差異）。根據(jù)上述試驗結(jié)果可見，若是探頭與裂縫間距近似等于裂縫深度時，則能得到比較精確的測量結(jié)果（在“Tc-To”法中，兩個探頭在裂縫兩側(cè)的距離是對稱的）。2.“BS”法把兩個探頭（一發(fā)一收）分別對稱地置于裂縫兩側(cè)，首先使探頭內(nèi)側(cè)（不能以中心計算，否則誤差較大）與裂縫之間的距離為a1（或L1=2a1），測定首波聲時T1，然后使距離變成a2（a2=2a1或者L2=2L1），再測定首波聲時T2，則裂縫深度按下式計算：h=L1(4T12-T22)/(T22-T12)     

6、60;    (2)  (L1為兩個探頭內(nèi)側(cè)間的距離)實際裂縫深度 (mm)距離 L (mm)時間 T (s)結(jié)果 (mm)誤差 (%)Hs=137L1=100L2=200T1=41.4T2139.6(50KHz)Hs=137L1=100L2=200T1=38.7T2123.1(100KHz)Hs=100L1=100L2=200T1=37.9T286.8(50KHz)Ha=120L1=100L2=200T1=74.3T2=107133.9(100KHz)Ha=100L1=100L2=200T1=67.6T285.9(50KHz)Ha=175L1=200L

7、2=400T1=99.6T2149.2(100KHz)從上述結(jié)果可見，如果探頭與裂縫之間的距離選擇不當，則誤差較大，而且與所用頻率未見明顯的關(guān)系。在實際測試中，100KHz時表現(xiàn)出首波較難辨認，容易造成讀數(shù)誤差。作為“Tc-To”和“BS”法，它們要求探頭與裂縫之間的距離有一定的排列放置才有可能獲得準確的結(jié)果。但是，實際裂縫的深度是事先未知的參數(shù)，因而在實際應(yīng)用中難以實施。3.“T”法把發(fā)射探頭置于裂縫一側(cè)并保持一定距離不變，把接收探頭先置于與發(fā)射探頭同一側(cè)，然后朝向裂縫以一定間隔距離移動接收探頭，直至越過裂縫并繼續(xù)延伸一段距離。在這種情況下逐次測量每一距離對應(yīng)的首波聲時，然后以直角坐標系繪出

8、一組“時間-距離”參量曲線。在裂縫處，曲線有一個跳躍段（時間不連續(xù)部分），則可按下式計算裂縫深度：h=T·ctg(T·ctg+2a)/2(T·ctg+a)        (3)式中：-“時間-距離”參量曲線的傾角；T-裂縫處的不連續(xù)時間；a-裂縫與發(fā)射探頭中心之間的距離。在“T”法中的關(guān)鍵是測定接收探頭逼近裂縫兩側(cè)位置上的時間變化“T”，這必須使接收探頭盡可能逼近裂縫側(cè)邊邊緣以減少誤差。盡管“T”法也有較大的誤差，但在實際上容易實施，所以，可先采用“T”法得到比較接近實際裂縫深度的數(shù)值范圍，然后再進一步利用“Tc-To”和“BS”法驗證，將有可能使測量結(jié)果比較準確。以“T”法為基礎(chǔ)，然后進一步利用“