水泥混凝土结构检测中超声波技术的应用研究

水泥混凝土结构检测中超声波技术的应
用研究
摘要：混凝土是桥梁和建筑施工中不可或缺的一种物质，其施工质量的好坏将会对整个建筑的安全产生很大的影响，因此在施工中混凝土的检测就显得尤为关键。

超声检测技术是一种能够对混凝土构件进行无损检验的方法，它已经成为一种成熟的工程技术，并得到了越来越多的应用。

关键词：水泥混凝土；超声波技术；应用研究
引言：在实际工程中，超声技术既可对混凝土进行强度测试，使其达到95%以上的合格率，又可对混凝土的质量和构造问题进行监测，保证其整体性能。

超声技术以声学参数为基础，综合考虑混凝土的受力特性，对其进行综合测试。

通过对超声技术检测方法的检测，可以根据检测到的数据，得到其内部的状态，进而判定其内部的构造，并对其产生的异常进行处理。

1.
超声波技术检测水泥混凝土结构的原理
（一）超声波技术检测水泥混凝土强度的基本原理
通过对超声波在不同的媒质中的传播速率的差异来探测水泥混凝土结构的受力。

在建筑工程中，由于受工程工艺和建筑材质等因素的限制，导致其内部的密实度不均衡，若超出了某一限制，将会对钢筋混凝土的强度产生不利的作用。

超声波技术就是通过在不同的密度媒质中，通过不同的声波传播速率来探测水泥混凝土的强度。

在检验时，对钢筋混凝土整体的强度要求以其最小的检验为准，若采用取样检验，则必须确保检验的合格率大于95%。

在实际工程中，对水泥混凝土结构的强度进行检验，其受多种因素的制约，特别是对建筑材料和施工技术的制约，水胶比、骨料、钢筋、预应力等因素都会
对混凝土的强度产生一定的影响，所以在进行检测时要对各因素进行统计和调节，归纳出两者之间的相关关系，检验后用相关曲线来表达[1]。

（二）超声波检测水泥混凝土缺陷的基本原理
目前，针对水泥混凝土构件的缺陷，一般采用先发出超声波，再根据回波来
判定其存在的缺陷问题。

其关键器件是：发射器、信号接收器、接收器等，其探
测的参数有波幅、波速、频谱等。

根据上述参数，可以判断出水泥混凝土构件的
缺陷部位和性能。

这是因为混凝土的非均匀构造，不同的地方会有不同的超声吸
收性能，所以在检测混凝土的时候，一般都是采用低频率的超声来进行。

若其结
构具有良好的结构性能和结构的对称性，其接收到的超声信号通常是相同的；反之，若结构中有空洞结构、断层现象、杂物等，其反射波速、波幅和波段都会发
生剧烈的变化。

（三）超声波技术对水泥混凝土缺陷的判别依据
超声技术能较好的发现水泥混凝土构件的缺陷，其中最常见的问题为空洞、
裂缝、杂物和不致密等，而对超声辐射波的各种参量进行综合的综合，下文是判
断水泥混凝土结构缺陷的主要方法:
(1)绕射性判定：在水泥混凝土构件有缺陷的情况下，超声经过此位置会出
现绕射，从而会降低超声的传播速率，从而可以对波速和接收时间进行测定来确
定其类型和区域；
(2）散射判别：在水泥混凝土构件中有缺陷时，若有声波通过，将会产生一
种散射，由于受力的影响，声波的振幅会有很大的改变，所得到的参量也会有很
大的改变。

(3）频谱变异判定：对于有缺陷的水泥混凝土构件，若有声波通过，其频谱
会有比较显著的改变，因此能正确地确定其尺寸和位置；
(4）波形的判定：对于混凝土结构有缺陷时，若有声波通过，会产生波形的
改变，而在缺陷处，各种波形会重叠，通过对其进行波形的检测，可以比较精确
的确定其发生的位置和区域[2]。

二、水泥混凝土结构检测中的超声波分析
（一）超声回弹综合法
超声波回弹技术是目前最广泛应用的一种测试水泥混凝土强度的新技术。

超
声波回弹技术分为两大类：超声法和回弹法，超声法是用于探测水泥混凝土结构
的内部物质和信息特性，回弹试样的测试方法是对其的外观、弹塑性等进行测试，将二者相结合，能更好地反映出其整体的力学性能。

它的基本流程和测试指标是：先探测出超声在水泥混凝土中的作用，然后求出波速度，测得其回弹，最后，基
于上述残余水分，采用波速度与强度之间的比例，对其进行综合的分析[3]。

（二）超声波检测水泥混凝土缺陷的分析
混凝土构件中的缺陷多集中于构件的内侧，难以直接看出。

其中，空洞、不
密实、开裂是影响其耐用性和性能的重要因素，具有很大的隐蔽和潜在的危险性，因而必须对其进行测试。

（1）不致密和孔隙的探测
利用超声技术可以无损地探测水泥混凝土构件，而且其渗透性能和探测性能
均较好，不易被干扰。

超声波脉冲声速法和超声脉冲回波法是目前常用的超声波
检测法。

第一种方法以超声波波速检测混凝土结构中有无缺陷；后者是将超声射
入水泥中，再由同一方向接收回波，以测定其流速并与外界进行对比。

相比之下，超声波的使用范围要大得多，因为超声波在穿过不致密的地方时，会影响到它的
传播，通过声波的性质，可以比较精确的判断出它的位置。

（2）裂纹探测
裂缝是一种普遍存在的病害，它会给水泥混凝土带来很大的冲击，并且会继
续发展，造成更大的危害。

目前，采用超声波技术来探测水泥混凝土开裂裂纹的
方向和长度，目前已有的方法有：一种是单侧水平测量，另一种是双面倾斜测量，前者在小型裂纹中的应用较为普遍。

在使用单侧平面测量时，应选用科学、合理
的测量点，并应设置有不跨越和不跨越两种类型的测点，并尽量避免与内侧的钢
筋定位，减少对混凝土的影响。

在使用双面斜测试仪时，应考虑选择彼此平行的
测点，并根据波幅、波速、频谱等参数来判裂纹的状况[4]。

三、超声波检测强度影响因素
（一）原料与配比的关系影响
由于超声在原料中的传热速率存在差异，而且在不同的配比下，其波速也会
发生变化，从而使原料和配比的超声测试效果受到很大的影响。

针对水泥混凝土，因其水化时间的差异，其内在成分在一定时期内也会有差异，故采用超声技术进
行早期混凝土的强度测试，必须综合考量其种类影响；同时，由于混凝土的配合
比例的差异，当混凝土中的大粒度集料数量增多时，其在单位容积混凝土中的作
用会随着其所占据的声波而增大。

另外，在不同的配比对下，混凝土中的孔隙比
例也会有差异，并且孔隙的尺寸也会对测试的结果有一定的影响[5]。

（二）外在因素的作用
影响超声探测的外在环境因子有：龄期、养护方法、温度和含水量。

在不同
的试验条件下，超声速率的提高比混凝土的提高慢，从而使超声的测量结果发生
了改变；对于水泥的养护，因为在水中的混凝土水化更充分，所以在水里的水化
产品会充满混凝土的微细孔隙，从而提高了混凝土的孔隙，从而加速了超声的传递，此外，由于环境中的湿度和温度的不同，会使超声的传播速度发生改变，从
而对超声的精确度产生一定的不利作用。

（三）其他条件
如果在水泥中加入了钢筋，则其在不同的媒材中的超声传递速率比在水泥中
要快得多，故采用超声法进行钢筋混凝土的检验，其结果通常较一般情况下较大，应设定相应的校正因子，以对其进行校正。

四、超声波在水泥混凝土结构检测中的应用
（一）平面试验
在钢筋混凝土结构中，由于采用的是方形的梁和混凝土混凝土构件，通常采
用的是平面试验，其主要是通过平面测试法进行检测。

根据测验的种类和方位，
可以将测验方法分成三种：对测法、斜测法和平测法[6]。

（1）对测法:对测法是目前常用且最简便的一种，它是在构造规律的两条平
行平面上进行的。

检查时，利用水平计将两个平面同时进行测量，形成一个长方
形的栅栏，再将耦合剂涂到栅格处。

在进行探测时，将超声产生和接收端放置在
两个不同的平面上，再进行探测。

这种方法能很好地判断出裂纹的具体部位，但
在尺寸上不能很好地识别出细小的裂纹。

（2）斜测法:斜测法和对测法在某种程度上是相似的，它是在构造规律的双
平面上进行的。

检查时，利用水平计将两个平面同时进行测量，形成一个长方形
的栅栏，再将耦合剂涂到栅格处。

与对测法相比，在进行探测时，采用斜测量方法，将超声产生和接收端放置在两个相交的网格上，再进行探测。

与传统的对测
法比较，斜测法能够准确地判断出水泥混凝土中的缺陷部位及尺寸，而且不容易
漏掉微小的裂缝[7]。

（3）平测法:平测法是一种用来探测单一可测表面的混凝土建筑的方法，它
以超声反射波的测定为主导，采用反射法进行钢筋混凝土构件的回声测试，可以
很好地判定钢筋混凝土构件的强度，而在实际工程中，其缺陷部位的识别效率不高。

（二）钻孔测试
钻探技术要求在水泥混凝土构件中进行定性分析，并采用径向换能器改造超
声波检测装置，其基本工作原理和测量方法与水平测量法基本一致，是一种用于
大体积水泥混凝土的测试技术，人工在水泥混凝土建筑中凿出一块表面进行探测，故可将其划分为孔中对测和孔中斜测。

前者是把辐射传感器的发射机和接收机放
在一个平面上进行探测，而后者则是在辐射传感器的发射机和接收机之间维持一
个较大的高度差值[8]。

五、混凝土超声波检测异常的评价方式
（一）数理统计概率法
混凝土的构造有一个可变的范围，如果它的特性指数超过该范围，就说明它
的内部构造有问题。

超声技术是目前混凝土构件的主要探测手段，它与数理统计
的概率方法相结合，可以对其进行研究。

在对混凝土的内部构造进行取样检验后，利用数理统计的概率统计法将实测资料综合起来，通过求取平均，确定出问题部
位[9]。

（二）非正常评估
在混凝土超声波的检测中，随机方法要严格遵守有关规定，其中最重要的是
要达到20个以上，以保证数据的统计几率超过95%。

利用数理统计的可能性方法
获取资料，对混凝土的大体状况进行分析，确定其内部的缺陷部位，并绘出特定
测量点的位置，并在不正常的地方勾勒出相应的轮廓，并将这些资料综合起来，
进行混凝土的品质评价[10]。

结语
随着时代的发展、技术的进步，水泥混凝土结构的地位越来越重要，随处可
见的建筑都与它的贡献离不开，它也在当今土木工程中得到了普遍的运用，它的
施工技术水平与工程建设的总体水平有着密切的联系，特别是在水利工程、桥梁
等重大工程项目中，对工程质量的要求尤为突出。

而超声波技术是现阶段检测超
声技术是检测混凝土结构质量的一种非常有用的手段，其应用范围很广，但在技
术上还有待提高。

超声技术是混凝土质量监测中必不可少的一项技术，它可以探
测到混凝土的内部损伤和抗压强度，进而改善其性能和质量。

随着工艺的改进，
超声技术的精确度大大提高，大大促进了整个工程的发展，同时也使整个工程的
工作性能得到了明显的提高，同时也改善了施工的条件。

参考文献：
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[10] 李盛斌，杨红霞。

超声波技术在混凝土检测中的应用[J]. 电子测试，2013,
07 : 252-253。