超声法检测水闸闸墩裂缝问题论文

超声法检测水闸闸墩裂缝问题研究【摘要】在水闸闸墩混凝土结构的施工过程中，由于施工管理不善或受使用环境和自然灾害的影响，其内部可能存在不密实或空洞，其表面形成蜂窝、麻面、裂缝等表面缺陷。这些混凝土内部和表面缺陷的存在将会不同程度的影响结构的承载力和耐久性。如何采用超声法进行有效的检测水闸闸墩混凝土缺陷，以便进行技术处理，乃是水利工程界普遍关心的问题。

【关键词】超声法；水闸；裂缝

混凝土为当今水闸闸墩中应用最为广泛、使用量最大的一种材料。随着现代水利工程发展的需要及施工技术的推进，大体积混凝土应用越来越广泛，然而，大体积混凝土结构在施工和使用过程中，都有可能出现这样或那样的质量问题。一旦有了问题，人们总希望通过科学手段，对混凝土进行质量检测，查清混凝土的实际质量情况。通过检测如有质量问题，应进一步弄清楚混凝土的强度是多少，裂缝或不密实等缺陷的具体情况，以便进行合理地处理。对于混凝土结构的质量检测，主要分为无损检测和破损性检测。超声法是应用比较广泛的无损检测方法，而破损性检测方法的主要代表就是钻芯法。超声法检测混凝土内部缺陷，具有探测距离大、不破坏结构性能、探伤灵敏度较高、周期短、成本低、操作简单、效率高等优点；缺点就是对工作表面要求平滑、要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、对缺陷没有直观性。钻芯法检测缺陷的优点是直观、可靠、精度高并可做为其他非破损检测方法的校验依据；但是却有

着检测成本高，对结构混凝土造成局部损伤等缺点。

1.基本原理

（1）超声波在混凝土中传播时，遇到尺寸比波长小的缺陷会产生绕射，从而使声程增大、声时延长。在检测混凝土内部缺陷时，可根据声时或声速的变化情况，判别和计算缺陷的大小。

（2）超声波在混凝土中传播时，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，到达接收器的声波能量（波幅）显著减小。在检测混凝土内部缺陷时,可根据波幅的变化情况，判别缺陷的性质和大小。当混凝土的检测条件（即组成材料、工艺条件、内部质量和超声测试距离）相同时，各测点的声速、波幅等声学参数无显著差异。当混凝土的局部位置的混凝土内部存在空洞、不密实区域时，通过该处的超声波与同条件正常混凝土相比较，声时明显变大（声速明显减小），波幅和频率降低，波形也会产生畸变。在检测时，可根据这些参量的变化情况来判断混凝土内部缺陷的情况。

2.影响因素

超声法检测混凝土内部缺陷时，会受到一些因素的影响。在工程检测中，应该采取一定的措施，尽量避免或减小该因素的影响，以保证检测结果的准确性。该影响因素主要有以下几项：

2.1耦合状态的影响

当超声法检测混凝土内部缺陷时，如果测试面凹凸不平或黏附泥沙，便保证不了换能器辐射面与混凝土测试面的平面接触，发射

和接受换能器与混凝土测试面之间只能通过局部接触点传递超声波,使得大部分声波能量耗损，造成波幅降低。另外，当耦合层中垫有砂砾或作用在换能器上的压力不均衡或检测者的人为因素，使其耦合层半边厚半边薄，耦合状态不一致等，这些因素都会造成波幅不稳定，使波幅测值失去可比性。因此，采用超声法检测混凝土缺陷时，必须保证换能器辐射面与混凝土测试表面有一个良好的耦合状态。

2.2钢筋的影响

由于超声波在钢筋中传播的速度比在混凝土中传播得快，检测时，如果在检测位置或其附近存在钢筋，超声仪接收到的首波信号，大部分路径是通过钢筋传播过来的，测得的声速值必然偏大。钢筋对混凝土声速的影响程度，除了超声测试方向与钢筋所处的位置有关外，还与测点附近钢筋的数量和直径有关。

2.3水分的影响

由于水的声速和特性阻抗比空气的大许多倍,如果混凝土缺陷中的空气被水取代，则大部分超声波在缺陷界面不再反射或绕射，而是通过水耦合层穿过缺陷直接传播至接收换能器，使得有无缺陷的混凝土声速、波幅和主频率等声学参数无明显差值，给缺陷测试和判断带来困难。因此，当超声法检测混凝土内部缺陷时，应尽量使混凝土处于自然干燥状态。

3.基本方法

当超声法检测混凝土内部缺陷时，应该根据构件或结构的几何

形状、所处环境、尺寸大小以及所能提供的测试表面等条件,选用不同的测试方法。以下主要介绍一下采用厚度振动式换能器的平面检测方法：

3.1对测法

当混凝土被测部位能提供两对或一对相互平行的测试表面时，可采用对测法检测。检测时，将一对发射（t）、接收（r）换能器分别耦合于被测构件相互平行的两个表面，两个换能器的轴线始终位于同一直线上，依次逐点测读其声时、波幅和主频率等声学参数。例如检测一般混凝土柱、梁等构件或钢管混凝土的内部密实情况混凝土的匀质性时，应该采用对测法。

3.2斜测法

当混凝土被测部位能提供两个相对或相邻测试表面时，可采用斜测法检测。检测时，将一对发射（t）、接收（r）换能器分别耦合于被测构件的两个表面,两个换能器的轴线不在同一直线上。t、r 换能器可以分别布置在两个相邻表面进行丁角斜测，也可以分别布置在两个相对表面，沿垂直或水平方向斜线检测。例如检测混凝土梁、柱的施工接槎、新旧混凝土的结合面质量和检测混凝土构件裂缝深度时多采用这种方法。

3.3平测法

当混凝土被测部位只能提供一个测试表面时，可采用平测法检测。检测时，将一对发射（t）、接收（r）换能器分别耦合于被测构件的同一个表面，可以用相同测距或逐点递增测距的方法进行检

测。例如检测混凝土构件裂缝深度和混凝土表面损伤层厚度时多采用这种方法。

4.注意事项

4.1在固定波幅下进行声时测读

在检测时，应将仪器首波幅度调整到一定高度再进行声时测读。因为有无缺陷的混凝土波幅差异较大，且在同一测试条件下声时测读值随着首波幅度降低而增大, 所以为了使声时测值具有可比性，各测点都应将首波波幅调整到一定高度再进行声时测读。

4.2在保持最佳耦合状态下进行声时测读

在检测时，应反复移动换能器至首波幅度达到最高再进行读数。当出现移动换能器，波幅降低的情况时，应检查测点表面是否平整或耦合层中是否垫有砂砾等脏物，待排除干扰后再进行波幅测读。因为检测时换能器的耦合状态是否良好对波幅测量值影响很大，所以检测时，应尽量保证换能器的耦合状态良好。

4.3在保持首波不畸变及前三个波不截幅的条件下测量主频率

模拟式混凝土超声仪是通过测量首波周期或半周期来计算频率值,如果首波发生畸变，测试结果误差较大。智能式混凝土超声仪一般是采用前三个波进行频率值判读，如果这些波被截幅，频率值判读结果将会产生较大误差。所以检测时，应在保持首波不畸变及前三个波不截幅的条件下测量主频率，以确保检测的准确性。

5.结论

超声法检测水闸闸墩裂缝的测试中，在部分测距增大到4m的过