刘海川

【摘要】在应用混凝土的过程中，需要重点关注混凝土的内部结构变化和质量。因此，对混凝土结构的相关指标评估成为一个非常重要的关注点，而超声检测作为先进的无损检测技术也越来越深入地被应用到混凝土的探测过程中。本文首先分析了超声波在混凝土检测中的应用优势及主要影响因素，然后详细阐述了超声波在混凝土检测中的应用。

【关键词】超声波；混凝土检测；强度；裂缝；不密实

一、超声波在混凝土检测中的应用优势及主要影响因素

（一）应用优势

超声波检测技术鉴于其声学参数的变化总是与物体内部结构参数状态的变化具有良好的相关性，所以作为一种成熟的检测技术被广泛应用于各领域。

从微观上看，作为一个重要的应用课题，混凝土的裂纹定量描述以及扩展机制与原理一直被国内外学术界普遍重视，因为混凝土结构内部裂纹的扩展过程与受力特征密切相关。因此，超声检测技术用在混凝土探测领域成为近年来的研究重点，并且其中尤以测试方法是否可靠为难点。一般情况下，软化曲线方法一直被用来分析混凝土构件内部裂纹扩展和形成的有效手段，并且普遍认为材料只有达到应力极限之后，才会形成裂纹和扩展裂纹。比如已经在业界普遍应用和研究的双线性模型、Sidoroff 模型和 Mazarzs 模型。混凝土的这种力学特性虽然已经被学者进行了深入的研究，但是对混凝土的裂纹定量描述以及扩展机制、原理方面的综合研究并不多见，仍然需要做大量的研究开发工作。

在宏观层面上，混凝土在施工的过程当中会出现各种各样的问题，如夹泥和空洞等缺陷；作为除了混凝土固有施工效果属性的微裂纹和微孔隙之外的重要缺陷，会严重影响整个混凝土施工结构的耐久属性。但可惜的是，一般的超声波检测技术只能粗略的判断这些缺陷的定量指标，而不能足够精确地确定问题的类型和位置，这个问题在超声波 CT 技术的发展和应用之后得到了有效缓解。

（二）主要影响因素

1、水泥品种

水泥品种是影响混凝土强度的重要方式，对于早期的混凝土质量在早期并无规律性可研究。部分水泥早期的强度较高，部分后期强度较高。

2、矿物细掺料

矿物细掺料，现阶段的混凝土主要向着高性能、高前度方向迈进，掺加矿物细料或硅灰，能够大幅度提高混凝土强度。由于硅灰的颗粒比较小，具有高度分散特性，提高了超声的声速值。

3、粗骨料

粗骨料含量，石子对于超声测强的影响不显著，可忽略。但是碎石与卵石的石质相同，对声速的影响也不大。但是，粗糙的碎石能够提高骨料与水泥的粘结，比卵石的强度高很多。

4、砂率

科学合理的砂率，能够有效提升混凝土的密实度，增强其粘聚性能。砂率变化，也会导致粗骨料含量发生变化。砂率对强度影响较小，但是，对声速影响较大。

二、超声波在混凝土检测中的应用

（一）超声回弹综合法检测混凝土强度

混凝土强度是混凝土的一个重要指标，因此对于混凝度强度的精确检测也成为超声波检测的重要应用方面。其中，超声回弹综合法又以其测试精确的特点，成为检测混凝土强度的常用方法。

顾名思义，超声回弹综合法是指将超声法和回弹法综合应用设计的一种检测方法。超声法和回弹法都是以材料的应力、应变行为与强度的关系作为判断依据的。超声法中的超声速度可以反映出被測材质的弹性属性和材质的一些内部结构信息；回弹法也可以反映出材质的弹性属性，并且还可以部分地反映出材质的可塑性属性。遗憾的是，其反映的深度不是非常理想，仅能够反映出材质表层的属性状态。由此可见，结合了二者优点的超声回弹综合法不仅仅能够反映混凝土内部的情况，也可以反映出混凝土表层的情况，二者综合之后，可以完整地反映出混凝土测区的内、外部状况。

超声回弹综合法的结果是建立测强曲线。即在统计超声声速值、表面回弹值和抗压强度这些参数的基础之上，用非破损检测的参数与抗压强度二者之间建立起测强曲线。其测试的一般过程为：

1、使用超声仪测定声波在混凝土中的传输时延，记为 t；

2、得出声波在混凝土当中的声速，记为 v；

3、测定混凝土表层硬度，记为 r （回弹值）；

4、根据 r （回弹值）和 v（声速值）计算得出混凝土强度 f。

以上为计算混凝土强度的一般过程，在工程实践中，先选定测试的混凝土测区，测量回弹值和声速之后，就可以通过 f-v-r 的运算关系，得到该区混凝土的强度值。

由于超声回弹综合法不是使用单一的测试手段，测试过程中有多项参数，并且多项参数之间会产生相互对比，进而削弱单一指标对测试强度值的影响，这使得超声回弹综合法拥有更加精确地测试结果。因此，此方法被广泛地应用在混凝土强度的检测中。

（二）超声波检测混凝土结构的内部缺陷或损伤

混凝土结构的内部缺陷常见的是混凝土的裂缝、不密实、空洞等。裂缝往往是由于施工工艺的干扰造成层状不连续，导致结构内部或外观上出现裂缝文理。不密实和空洞是一种隐蔽性的缺陷，形成此类缺陷的原因往往是混凝土水灰比过小或者配筋较密的情况。

1、裂缝的检测

由于各种因素的干扰，混凝土结构构件常常会产生裂缝，裂缝的存在不但会影响结构的使用性能，甚至会影响结构的安全与寿命。为了能准确的测量裂缝的深度及走向，超声脉冲法成为了检测的常用手法。

混凝土结构的开裂深度小于 500mm 时，推荐采用单面平测法或双面斜测法。在进行单面平测时，要以不同的测距布置测点进行测量，要保证测点有跨缝和不跨缝两种状况，切测点的位置应尽量避开钢筋，减小钢筋的干扰。裂缝深度的确定方法有：

（1）跨缝测量中，当出现首波反相时，通过该测点的数据及相邻测距的亮点的测量数据按照一定的方法计算 hci，最后取三个测点的深度平均值作为裂缝深度。

（2）如果在测量中没发现首波反相，需要计算第 i 点的计算深度及平均值，通过个测点的测距和平均深度的比较，如果测距小于裂缝深度平均值或者测距大于三倍的平均值，剔除改组数据，然后去剩下的个测点数据取平均值即可。

2、不密实与空洞的检测

超声检测手段具有无损伤性，相对射线方法，超声波检测方法的穿透能力强，操作简单，仪器受干扰小等特点在不密实检测中取得了广泛的应用。

现在主流的检测混凝土结构缺陷的超声波检测法有超声脉冲声速法（Ultrasonic Pulse-velocityMethod，简称 PUV）和超声脉冲回波法（Ultrasonic Pulse-echo Method，简称PUE）两种。PUV 法的工作原理是发射脉冲信号，通过测量信号穿越混凝土结构的实践来确定声速。测点应布置在混凝土结构构件的表面并按网状排布。通过超声波的相关参数和结构构件的力学性能或集合特性的联系，能够有效地测定构件的震荡不实空洞区域。PUE 法的工作原理是在混凝土结构构件的一侧发射信号，通过测量波的传播速度及时间，可以准确的测量缺陷的位置及性质。

结语

综上，随着超声波检测技术在混凝土检测中应用的不断深入和发展，为建

筑施工中重要的建筑构件———混凝土各方面性能的检测和提升提供了良好的手段和措施。通过使用超声波检测混凝土的强度、损伤和内部缺陷，可以极大地提高工程技术人员和质量监督人员的工作效率和生产速度。

参考文献

[1]陆培勇.回弹法在混凝土检测中的应用研究[J]. 黑龙江科技信息. 2011（17）

[2]孔庆伍.回弹法在混凝土检测中的应用分析[J]. 中小企业管理与科技（下旬刊）. 2011（06）

[3]金凌云. 混凝土超声波检测仪工作原理及应用研究[J]. 科技资讯. 2010（11）