超声波在沥青路面中传播衰减原因的分析

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1、第6期(总第204期)华东公路No．6【TotalNo．204)2013年12月20日EASTCHINAHIGHWAYDecember2013文章编号：1001—7291(2013)06—0072—04文献标识码：B》超声波在沥青路面中传播衰减原因的分析j一潘晓军，康敬东，谢明武、

2、。(长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安710064)摘要：针对超声波无损检测基本原理，系统分析超声波波速在沥青混凝土路面传播过程中的衰减因素。分析超声波在路面传播过程中衰减的两种主要形式和声速变化的影响因素；将超声波声学参数与沥青混凝土路面密实度、含水率和损伤建立一定的联系，并提出

3、了超声波检测沥青路面时须考虑的修正因素。关键词：超声波；波速；沥青混凝土路面；孔隙率超声波检测是一种无损检测的方法，具有激发容提供一定的参考和依据。易、检测简单、操作方便、价格便宜等优点，在土木2超声波声波在沥青路面中传播衰减原因分析工程领域中得到了广泛的应用，积累了比较丰富的经2．1吸收衰减验及成熟的检测方法，但是在道路工程中的应用尚处超声波在固体介质中传播时，由于沥青混合料的于研究探索阶段。国内的超声波无损检测研究大部分粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而导致一部分针对于水泥混凝土路面，对沥青混凝土路面的超声波声能转换为热能；同时，由于介质的热传导，沥青混检测还没有形成标准体

4、系，尤其是含水率和孔隙率等合料的稠密和稀疏部分之间会进行热交换，从而导致因素对波速影响的理论研究较少。声能的损耗，这便是介质的吸收衰减现象，以吸收衰1超声波检测基本原理减系数。来表征。吸收衰减系数。与声波频率的一超声波是一种频率高于20KHz、由机械振动源次方成正比。路面检测使用的超声波的频率一般为在弹性介质中激发的一种机械振动波。利用超声波在24kHz～500kHz，其吸收衰减系数会较大，从而使物体内部传播过程中所发生的反射、衰减、谐振以及得超声波的声压降低，声速降低。声速等的变化，可以测知路面表面与内部缺陷、组织2．2散射衰减变化等。超声波在介质中传播的速度服从波的传播定当

5、介质中存在颗粒状结构(如固体介质中的颗理，即=A厂，其中A为波长，／为波的频率。研究粒状结构、缺陷、掺杂物等)而导致的声波的衰减表明，超声波在材料中传播的速度与材料的强度有密称为散射衰减，以散射衰减系数来表征。在沥青切关系。材料的强度愈高，穿过它的波速就越大；材混凝土路面中，一方面是因为其中大的颗粒(粗骨料的强度愈低，则穿过它的波速越低。因此超声波传料)构成许多声学界面，使得超声波在这些界面上播波速的变化可以用来表征沥青路面压实度、孔隙率产生多次的反射、折射和波形转换，另一方面是微小等内部情况。本文通过理论分析与实验数据研究，分颗粒对超声波的散射。同时，这些微小颗粒在相应频析了

6、超声波波速在沥青混凝土路面传播过程中产生衰率的超声波作用下产生共振线角，其本身成为新的振减的原因，为超声波技术无损检测沥青路面施工质量源，向其四周发射出新的声波，使声波能量的扩散达收稿日期：2013-．09-252013年第6期潘晓军，康敬东等：超声波在沥青路面中传播衰减原因的分析一73一到最大。超声波的散射衰减与粗细骨料的形状、尺寸波的散射作用；b的衰减主要是由于粗骨料较多，会数量和性质有关。构成许多声学界面，使得超声波在这些声学界面上产当超声波波长与材料大小相近时，可以被路面中生折射反射现象。的材料散射而衰减。当超波长大于材料直径三倍时，图1为沥青混合料的典型结构。其近似关

7、系是：s—广s(1)式中一c为平均材料直径(m)；产__为发射频率；．⑦④o——为声速；a)悬浮密实结构b)骨架孔隙结构c)骨架密实结构

8、s——为散射因数。文献二中的实验结果表明：使用超声波检测混图1沥青混合料的典型结构凝土时，除增大发射功率外，还必须采用频率较低的超声波。这是由于当超声波的波长大于混凝土中骨料同一级配条件下，油石比也会对超声波速度产生粒径或孔隙时，它能绕过颗粒或孔隙前进，减少因散一定的影响。在一定的范围内，超声波速度随着油石射的能量衰减。比的增加而增大。当级配沥青混合料在最佳油石比3超声波波速变动因素分析时，波速达到最大。油石比继续增大，波速反而下经过理论分析

9、研究，并结合工程实际中使用超声降。波仪器检测得到的反馈结果，可以发现超声波传播速目前来说，沥青混凝土的原材料、配合比、油石度受许多因素的干扰影响。因此必须研究这些因素对比与波速变化之问的关系是否具有回归方程、集料颗波速影响的程度，并在使用超声波测量时进行合理修粒的排列方式对波速是否有影响还有待进一步研究。正，从而能够提高测定精度，更为有效地改善超声波3．2孔隙率与含水率对波速的影响无损检测沥青路面的效果。这些因素可以归结为以下3．2．1超声波检测孔隙率原理四点：沥青路面中存在大量的空隙，且许