超声波检测混凝土缺陷总结

▲   混凝土缺陷

图源：自拍工程照  

 

01

混凝土缺陷

《建筑结构检测技术标准》GB/T 50344-2019

《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2015

《验收规范》正文提及外观质量缺陷内容，对内部质量缺陷几乎未提及。

《超声法检测混凝土缺陷技术规程》CECS 21：2000

超声波能检测的混凝土缺陷主要为：

混凝土 内部空洞和不密实区 ， 裂缝深度 ， 表面损伤层厚度 ，不同时间浇筑的 混凝土结合面质量 （施工缝、叠合层、加固层等），混凝土 灌注桩缺陷 （夹渣、断桩等）， 钢管混凝土缺陷 （脱空、不密实等）

02

超声波检测混凝土缺陷原理

当被测混凝土的基本条件一定时(即砼的组成材料工艺条件、内部质量情况及超声测试距离等基本相同)各测点的声速、波幅和主频率等声学参数相对稳定，一般不会产生显著差异。

超声波在遇到蜂窝、空洞、裂缝等缺陷时，大部分脉冲波会在缺陷界面被散射和反射，到达接收换能器的声波能量（波幅）显著减小。

超声波在遇到尺寸比其波长小的缺陷时会产生绕射，从而使声程增大、传播时间延长，即名义波速变小。

超声波通过缺陷时，各种频率成份的脉冲波在缺陷界面衰减程度不同，其中频率越高的脉冲波衰减越大。

超声波通过缺陷时，部分脉冲波因绕射或多次反射而产生路径和相位变化，不同路径或不同相位的超声波叠加后，造成接收波形畸变。

通过超声波对与同条件正常混凝土相比，发现某处测位声时明显偏长（或声速减小)，波幅显著减小，和接收到的信号主要频率明显降低，波形也会产生严重畸变，可以判断该测位存在缺陷。

03

测缺主要影响因素

（1）混凝土本身是   非均匀材料   。各个测位处的混凝土不均匀性存在差异，有无数不规则的石子与砂浆界面组成，超声波在这些界面上传播会发生反射和折射现象，只能大致上看作是沿直线传播。造成即使是同样是密实混凝土，采集的超声波中各个声学参数存在不同程度的差异，且采集到的超声波信号十分复杂。

(2)    波长大，超声波容易绕过缺陷   。   混凝土结构构件尺寸一般都有几百毫米到几米，为了使超声波传播距离满足要求，一般采用低频的超声波20kHz~250kHz，常用的25kHz~50kHz，混凝土中的超声波速约为4500m/s，超声波波速v＝频率f ×波长λ，波长约为90mm~180mm 。

来源：王雪平等, 混凝土超声波速与抗压强度之间关系的试验研究. 混凝土, 2015(12): 第34-37页.

当缺陷的直径＞1/2波长时，发生的是反射和透射。

当缺陷的直径＜1/2波长时，发生的是反射、透射、散射和衍射（绕射）。

超声波探伤能测到的最小缺陷尺寸约为其波长的二分之一,即超声波能发现大于45mm（90mm）以上的缺陷 。

▲  超声波测混凝土缺陷的工程验证

图源：袁海军总的PPT

(3)超声波会   沿钢筋传播   。超声波在钢铁中的传播速度约为5900m/s，因为有钢筋的存在，会抵消可能的缺陷混凝土声速的变长。

(4)混凝土表面   耦合状态的差异   会影响，超声波传播声时和 声波能量。   如果测试面凹凸不平、粘附泥砂或耦合剂的粘性不好，均会造成波幅的不稳定，从而掩盖了真实的波幅值，无法分清波幅的降低是因为耦合状态不良，还是因为混凝土内部存在真正的缺陷，从而造成缺陷判断困难。

(5)   温度、水分的影响   。缺陷处是否被水充满，混凝土含水对超声波传播声时会产生较大的影响。温度不同也会在一定程度上影响声速值。

(6)混凝土 缺陷处的   局部接触现象   （短接现象），造成采集数据的突变，也易造成误判。

参见：李乃平, 姚选社与郭栋, 短接现象对平测法检测砼裂缝深度的影响. 陕西建筑, 2010(3): 第59-61页.

04

发展方向

（1）阵列超声仪（ 超声CT)利用同测位多探头，多组数据的互相验证，是一种消除误差的方式。 该方向编者看好，只是目前阵列超声仪太贵。

（2）超声波综合因子判定法。利用给不同的采集的超声波声学参数的权重，算出综合因子来判定 缺陷 。

该方向编者不看好。

05

参考文献

[1]《建筑结构检测技术标准》GB/T 50344-2019    

[2]《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2015    

[3]《超声法检测混凝土缺陷技术规程》CECS 21：2000    

[4]《混凝土结构现场检测技术标准》GB/T 50784-2013    

[5]《既有建筑评定与改造技术规程》T/CECS 497-2017    

[6].黄湘平与史承明,超声波检测混凝土不密实区和空洞.陕西工学院学报,2005(02):第59-61+65页.    

[7].董清华,混凝土超声波、声波检测的某些进展.混凝土,2005(11).    

[8].张永乐,杨建超与唐德高,混凝土中超声波波速特征检验研究.河海大学学报(自然科学版),2008(03):第371-374页.    

[9].方海东,戴鹏飞与吉同元,应用超声波声学参数综合判别法检测基桩质量.港工技术,2009.46(S1):第120-122页.    

[10].刘永福,刘源与崔征,浅谈超声波检测混凝土缺陷的基本原理及主要影响因素.价值工程,2010.29(35):第57-57页.    

[11].王腾,超声波检测混凝土内部缺陷数据处理的模糊综合评价分析,2014,兰州理工大学.    

[12].王雪平等,混凝土超声波速与抗压强度之间关系的试验研究.混凝土,2015(12):第34-37页.    

[13].常志红,桩身完整性综合因子判定方法应用研究.建筑结构,2019.49(8):第119-122,135页.    

[14].李乃平,姚选社与郭栋,短接现象对平测法检测砼裂缝深度的影响.陕西建筑,2010(3):第59-61页.    

[15].黄政宇与吴慧敏,砼缺陷超声波检测中缺陷判定的聚类方法.施工技术,1993(04):第21-22+28页.    

[16].王五平等,用超声波CT探测混凝土内部缺陷.水利水运工程学报,2003(2):第56-60页.    

[17].童寿兴与王征,用平测法修正声速检测砼强度技术的研究,第八届全国建设工程无损检测技术学术会议2004:中国桂林.第48-55页.    

[18].张治泰,超声波角、平测及声速计算方法.施工技术,2005(12):第81-83页.