浅析混凝土超声波无损检测

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1、浅析混凝土超声波无损检测浅析混凝土超声波无损检测　摘要：本文根据超声波无损检测的发展现状，详细阐述其工作原理，并就当前混凝土工程施工过程中无损检测应注意的问题展开分析。　　关键词：混凝土工程；超声波无损检测；原理分析；波形　　Analysisofultrasonicnondestructivetestingofconcrete　　ZouJianping　　DongtaiCo.,Ltd.Jinmingconstructionqualityinspection　　Abstract:Ultrasonicnondestructivetestingbase

2、doncurrentdevelopment,detailingthEiran、英国的Jones等率先将超声波用于混凝土检测，开辟了混凝土无损检测的一个新领域；60年代，罗马尼亚的Facaoaru用声速、回弹综合法检测混凝土强度；80年代，美国的Sansalone和Carino将冲击回波法用于混凝土无损检测]，冲击回波法是根据接收到的反射P波信息来达到检测的目的，也可属声波反射波法的一种。我国于20世纪50年代引进超声波仪器，并展开了该方面的研究；60年代我国研制成第一台非金属（混凝土）超声仪，此后，进行了较大规模的研究工作，探测距离由1～20m发

3、展到10～200m，从以声速为检测参数发展到以声速、振幅、频率、相位等多参数综合判断检测；80年代末，我国研制成冲击回波法仪器IES系统，并在工程检测中成功应用；1990～2000年，我国相继颁布了《超声波检测混凝土缺陷技术规程》及其修订版本，成为超声波检测混凝土缺陷的重要技术依据；90年代中期以来，我国智能型数字化超声仪相继问世，它不仅可以自动测读声参数，并可进行相应的数据处理，为该项技术的推广应用提供了良好的硬件基础。　　这些研究主要针对超声波检测方法的改进以及骨料含量和含水率等对超声波检测的影响。混凝土是一个集粗骨料、细骨料、粘结料、水和外

4、加剂为一体的复合物，特有的黏塑性、多孔性等特征对超声波无损检测有特殊的影响，随着计算机模拟技术和成像技术的发展，超声波无损检测技术将取得更大进步，并在最大程度上满足工程的需要。　　2超声波探测损伤原理分析　　声波的频率范围为20～20000Hz，高于20kHz的机械波为超声波。金属材料工件超声检测的频率在0.15～20MHz以上，而混凝.L.土等非金属材料的超声检测应选用较低频率的超声波，常用频率为20～500kHz，这主要是因为混凝土为非均匀材料，散射作用使材料对声波的衰减较大，方向性差，频率越高，传播距离越小，绕过颗粒的能力越差。　　混凝土是

5、多组分的集合体，各组分有不同的物理特性，当混凝土中出现损伤时，超声波在各组分界面和损伤处发生杂乱无章的反射、折射、透射、绕射等，使得能量不断损失，导致接收声学参数异常，正是这些异常声学参数为混凝土损伤检测提供了依据。　　2.1波速的判别　　混凝土的超声波速主要决定于其弹性参数。将混凝土视为宏观裂纹、分散微裂区和具有稳定缺陷的基体组成的复合材料，在混凝土承受荷载前后，具有稳定缺陷的基体的变形是线弹性的，其弹性常数保持不变，因而对混凝土的声学特性没有影响；而微裂缝在单轴受荷后的变形（闭合、张开、扩展等）会引起混凝土的弹性常数改变，因而是改变混凝土声学

6、特性的主要因素；宏观裂纹是在承受荷载之后出现的，也是影响混凝土材料超声波速的一个重要因素。混凝土的整体超声波速是三个因素的耦合作用的结果。对于在受载条件下的脆性固体材料，声学特性研究结果表明：若假定其母质具有线弹性，在其内部随机分布了大量微裂纹，其声速随单轴应力呈非线性变化关系。这种关系可以简略的表示为Vp=g(m，σ1)，其中Vp为超声波传播速度；σ1为单轴应力；m=(E0，v，KIC，φ，a0，α，ε)，其中E0，v分别为母体的弹性模量和泊松比，KIC，φ分别为材料的断裂韧度

7、和内摩擦角，a0，α，ε分别为微裂纹半长度、形状比和裂纹密度。　　实验过程中混凝土的超声波速可以仅限于受载前后和自愈合之后，可以不考虑受载时应力对波速的影响。这样，超声波速的变化与材料母体的弹性模量、泊松比、断裂韧度、内摩擦角、微裂纹半长度、形状比和裂纹密度等细观参数有关。混凝土超声波应为超声在基体，微裂区，宏观裂纹三相中传播的组合效应，可以表示为：　　Vc=1/(i1/V1+i2/V2+i3/V3)　　其中，Vc为超声波在混凝土中的传播速度，i1，i2，i3和V1，V2，V3分别为基体、微裂区和宏观裂纹在混凝土中的体

8、积分数以及超声波在三者中的传播速度。其中，V3即为超声波在空气中的速度340m/s；V1=m1(E0，v，KIC，φ)，V2=m