淺析混凝土超聲波無損檢測

1、淺析混凝土超聲波無損檢測淺析混凝土超聲波無損檢測摘要：本文根據(jù)超聲波無損檢測的開展現(xiàn)狀，詳細(xì)闡述其工作原理，并就當(dāng)前混凝土工程施工過程中無損檢測應(yīng)注意的問題展開分析。關(guān)鍵詞：混凝土工程；超聲波無損檢測；原理分析；波形AnalysisfultrasninndestrutivetestingfnreteZuJianpingDngtai.,Ltd.JiningnstrutinqualityinspetinAbstrat:Ultrasninndestrutivetestingbasednurrentdevelpent,detailingthEirrksandnretenstrutinntheurren

2、tnn-destrutivetestingpressshuldpayattentintissuesanalysis.Keyrds:nretenstrutin;ultrasninn-destrutivetesting;theryanalysis1超聲波無損檢測概述早在20世紀(jì)30年代，人們就開場研究混凝土無損檢測技術(shù)。20世紀(jì)40年代末50年代初，加拿大的Leslie和heesan、英國的Jnes等率先將超聲波用于混凝土檢測，開拓了混凝土無損檢測的一個新領(lǐng)域；60年代，羅馬尼亞的Faaaru用聲速、回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度；80年代，美國的Sansalne和arin將沖擊回波法用于混凝土無損檢測

3、，沖擊回波法是根據(jù)接收到的反射P波信息來到達(dá)檢測的目的，也可屬聲波反射波法的一種。我國于20世紀(jì)50年代引進(jìn)超聲波儀器，并展開了該方面的研究；60年代我國研制成第一臺非金屬混凝土超聲儀，此后，進(jìn)展了較大規(guī)模的研究工作，探測間隔 由120開展到10200，從以聲速為檢測參數(shù)開展到以聲速、振幅、頻率、相位等多參數(shù)綜合判斷檢測；80年代末，我國研制成沖擊回波法儀器IES系統(tǒng)，并在工程檢測中成功應(yīng)用；19902000年，我國相繼公布了?超聲波檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程?及其修訂版本，成為超聲波檢測混凝土缺陷的重要技術(shù)根據(jù)；90年代中期以來，我國智能型數(shù)字化超聲儀相繼問世，它不僅可以自動測讀聲參數(shù)，并可進(jìn)展

4、相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，為該項技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了良好的硬件基矗這些研究主要針對超聲波檢測方法的改良以及骨料含量和含水率等對超聲波檢測的影響?；炷潦且粋€集粗骨料、細(xì)骨料、粘結(jié)料、水和外加劑為一體的復(fù)合物，特有的黏塑性、多孔性等特征對超聲波無損檢測有特殊的影響，隨著計算機(jī)模擬技術(shù)和成像技術(shù)的開展，超聲波無損檢測技術(shù)將獲得更大進(jìn)步，并在最大程度上滿足工程的需要。2超聲波探測損傷原理分析聲波的頻率范圍為2020000Hz，高于20kHz的機(jī)械波為超聲波。金屬材料工件超聲檢測的頻率在0.1520Hz以上，而混凝論文聯(lián)盟.Ll.土等非金屬材料的超聲檢測應(yīng)選用較低頻率的超聲波，常用頻率為20500kHz，這主要

5、是因?yàn)榛炷翞榉蔷鶆虿牧希⑸渥饔檬共牧蠈β暡ǖ乃p較大，方向性差，頻率越高，傳播間隔 越小，繞過顆粒的才能越差?；炷潦嵌嘟M分的集合體，各組分有不同的物理特性，當(dāng)混凝土中出現(xiàn)損傷時，超聲波在各組分界面和損傷處發(fā)生雜亂無章的反射、折射、透射、繞射等，使得能量不斷損失，導(dǎo)致接收聲學(xué)參數(shù)異常，正是這些異常聲學(xué)參數(shù)為混凝土損傷檢測提供了根據(jù)。2.1波速的判別混凝土的超聲波速主要決定于其彈性參數(shù)。將混凝土視為宏觀裂紋、分散微裂區(qū)和具有穩(wěn)定缺陷的基體組成的復(fù)合材料，在混凝土承受荷載前后，具有穩(wěn)定缺陷的基體的變形是線彈性的，其彈性常數(shù)保持不變，因此對混凝土的聲學(xué)特性沒有影響；而微裂縫在單軸受荷后的變形閉合

6、、張開、擴(kuò)展等會引起混凝土的彈性常數(shù)改變，因此是改變混凝土聲學(xué)特性的主要因素；宏觀裂紋是在承受荷載之后出現(xiàn)的，也是影響混凝土材料超聲波速的一個重要因素?；炷恋恼w超聲波速是三個因素的耦合作用的結(jié)果。對于在受載條件下的脆性固體材料，聲學(xué)特性研究結(jié)果說明：假設(shè)假定其母質(zhì)具有線彈性，在其內(nèi)部隨機(jī)分布了大量微裂紋，其聲速隨單軸應(yīng)力呈非線性變化關(guān)系。這種關(guān)系可以簡單的表示為Vp=g(，1)，其中Vp為超聲波傳播速度；1為單軸應(yīng)力；=(E0，v，KI，a0，)，其中E0，v分別為母體的彈性模量和泊松比，KI，分別為材料的斷裂韌度和內(nèi)摩擦角，a0，分別為微裂紋半長度、形狀比和裂紋密度。實(shí)驗(yàn)過程中混凝土的超

7、聲波速可以僅限于受載前后和自愈合之后，可以不考慮受載時應(yīng)力對波速的影響。這樣，超聲波速的變化與材料母體的彈性模量、泊松比、斷裂韌度、內(nèi)摩擦角、微裂紋半長度、形狀比和裂紋密度等細(xì)觀參數(shù)有關(guān)?；炷脸暡☉?yīng)為超聲在基體，微裂區(qū)，宏觀裂紋三相中傳播的組合效應(yīng)，可以表示為：V=1/(i1/V1+i2/V2+i3/V3)其中，V為超聲波在混凝土中的傳播速度，i1，i2，i3和V1，V2，V3分別為基體、微裂區(qū)和宏觀裂紋在混凝土中的體積分?jǐn)?shù)以及超聲波在三者中的傳播速度。其中，V3即為超聲波在空氣中的速度340/s；V1=1(E0，v，KI，)，V2=2(a0，)，其中E0、KI的增大將導(dǎo)致V1的增大，a0

8、，的增大那么導(dǎo)致V2的減校在混凝土加載之前，超聲波在混凝土中的傳播速度主要取決于V1，基體的彈性參數(shù)影響超聲波在混凝土中的傳播速度，混凝土的強(qiáng)度越高，其彈性模量較大，超聲波速也越大。但是聲速還與V2有關(guān)完好混凝土試件i3=0，并非完全隨強(qiáng)度線性變化。當(dāng)混凝土受載損傷后，內(nèi)部的一些初始微裂紋開展成宏觀裂紋，完好基體所占比例i1急劇減少，i2，i3那么相應(yīng)增加；同時微裂區(qū)內(nèi)的a0，和增大，導(dǎo)致超聲波在微裂區(qū)傳播素的減小，受損后材料的超聲波速急劇下降。超聲波波速比擬穩(wěn)定，可重復(fù)性比擬好，是評價混凝土質(zhì)量的重要指標(biāo)。2.2波幅的判別當(dāng)超聲波穿過非均勻的混凝土，遇到空洞、裂紋等損傷時會發(fā)生繞射、透射、反

9、射等現(xiàn)象，導(dǎo)致波速下降，波時延長，超聲波能量損失，從而導(dǎo)致超聲波波幅大大減弱，因此可以根據(jù)波幅的變化來判斷混凝土的損傷情況。在工程應(yīng)用中主要是根據(jù)首波波幅的變化情況來判斷混凝土損傷情況，因?yàn)槭撞梢哉媲蟹错懟炷翐p傷，而后續(xù)波與折射、反射后的波疊加，而不能反響混凝土損傷的真實(shí)情況。2.3主頻的判別對接收信號的頻譜分析證明，不同質(zhì)量的混凝土對超聲脈沖波中的高頻分量的吸收、衰減不同。因此，當(dāng)超聲波通過不同質(zhì)量的混論文聯(lián)盟.Ll.凝土后，接收波的頻譜即各頻率分量的幅度也不盡一樣，質(zhì)量差或有缺陷的混凝土，其接收波中高頻分量相對減少，而低頻分量相對增大，所以接收波的主頻率下降。和波幅一樣，頻率測值也沒有

10、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能在同一剖面內(nèi)測點(diǎn)間進(jìn)展相比照擬，測試值沒有波速值穩(wěn)定，目前只用于輔助判別。2.4波形的判別當(dāng)混凝土有質(zhì)量缺陷時，超聲波在傳播過程中能量損失，使得接收波波形發(fā)生變化，當(dāng)混凝土損傷嚴(yán)重時，波形會發(fā)生畸變，a正常波形b缺陷波形嚴(yán)重缺陷波形圖1超聲波波形如圖1所示，(a)為正常波形，是超聲波傳播比擬理想的情況，混凝土中沒有損傷或損傷很少；(b)為混凝土存在少量缺陷時的波形，在實(shí)際工程中，混凝土都是存在一定量缺陷的，我們測得的波形也大體與此波形相似；()超聲波在存在嚴(yán)重?fù)p傷的混凝土中傳播，損傷破環(huán)了混凝土的連續(xù)性，使傳播過程復(fù)雜化，經(jīng)過混凝土的直達(dá)波、繞射波、投射波等相疊加使接收波形發(fā)生

11、畸變，這也使得波形的判別一般限于第1、2個周波范圍。超聲波波形的敏感性和穩(wěn)定性都很高，是檢測混凝土質(zhì)量的重要參數(shù)。3考前須知分析3.1建立基于混凝土強(qiáng)度的超聲波檢測技術(shù)規(guī)程雖然超聲波無損檢測技術(shù)應(yīng)用于混凝土工程仍存在爭議，但這并不代表超聲波不能應(yīng)用于混凝土的無損檢測，超聲波層析成像技術(shù)在三峽工程質(zhì)量檢測中獲得良好的成果。但目前只有超聲波結(jié)合回彈儀檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程，沒有獨(dú)立的基于混凝土強(qiáng)度的超聲波無損檢測技術(shù)規(guī)程。3.2建立單獨(dú)基于混凝土缺陷的超聲波檢測判別體系超聲波無損檢測主要應(yīng)用于混凝土損傷檢測，根據(jù)波速、波時、波幅、頻率和波形等判別混凝土損傷情況，但以上判別方式?jīng)]有詳細(xì)的判別指標(biāo)，對

12、于不同的混凝土損傷判別也因人而異，建立獨(dú)立基于混凝土缺陷的超聲波檢測判別體系，使檢測標(biāo)準(zhǔn)化，使混凝土工程更便于監(jiān)理。3.3超聲法檢測混凝土強(qiáng)度與混凝土缺陷結(jié)合目前超聲法檢測已應(yīng)用于混凝土工程的各個方面，主要有混凝土測強(qiáng)、混凝土裂縫深度檢測、不密實(shí)區(qū)空洞檢測、混凝土結(jié)合面質(zhì)量檢測、外表損傷層檢測、灌注樁混凝土缺陷檢測、鋼管混凝土缺陷檢測。檢測中對混凝土測強(qiáng)與測缺陷是各自獨(dú)立，分開進(jìn)展的，這樣不僅給檢測工作增加了工作量，而且阻礙了超聲法檢測技術(shù)在混凝土工程中的廣泛應(yīng)用。超聲法測強(qiáng)與超聲法測缺陷二者嚴(yán)密結(jié)合起來，將成為超聲法檢測技術(shù)在混凝土工程中應(yīng)用的一個熱點(diǎn)問題。4結(jié)語超聲波無損檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用于混凝土工程無損檢測，建立完善的超聲波無損檢測技術(shù)規(guī)程，不斷充實(shí)基于混凝土缺陷的超聲波無損檢測判別體系，超聲波檢測混凝土強(qiáng)度與檢測缺陷合理結(jié)合，使混凝土質(zhì)量狀況完好明晰地呈如今我們面前。就論文聯(lián)盟.Ll.如超聲波層析成像技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)等的開展，混凝土缺陷明晰的呈如今我們面前，并時時檢測混凝土的質(zhì)量，對混凝土出現(xiàn)的損傷施行及時的補(bǔ)救，以延長混凝土工程的使用壽命。當(dāng)代計算機(jī)模擬技術(shù)和