陈紫容
国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心
摘要：超声波检测技术是一种应用非常广泛的无损检测技术，在工业无损检测中具有重要地位。超声波混凝土检测技术是根据超声波在混凝土中传播时声时、波幅或主频等声学参量的变化，判断物混凝土内部是否有缺陷存在，并确定缺陷的位置、大小和性质。由于桥梁施工中混凝土接缝间隙小，刚度大、外形美观，已广泛应用于各种桥梁的施工中。尽管混凝土在桥梁施工中具有一定的优势，但也必须认识到在桥梁箱梁的斜角处设置了大量密集的钢筋，同时在施工过程中受施工能力的限制，使混凝土缺陷的案例和事故在桥梁施工中经常发生。其主要原因是由于斜角裸筋和腹板开孔导致混凝土缺陷，导致桥梁承载力降低。因此，有必要对混凝土缺陷的检测方法进行分析。超声波具有很强的穿透能力，在混凝土缺陷检测中得到了广泛的应用。因此，本文重点分析了超声波技术在混凝土缺陷检测中的应用。
关键词：超声波检测；混凝土内部缺陷；应用
前言
混凝土无损检测方法包括雷达法、回弹法、超声波法和冲击回波法，其中一种比较常见的无损检测法为回弹法，然而，回弹法仅仅可以对混凝土表面质量进行测量，却无法获得混凝土内部质量信息；雷达法能够准确定位混凝土缺陷，然而，因为雷达法仪器价格比较昂贵，而且通常会受到钢筋低阻屏蔽的制约与影响，所以在应用过程中会受到很大限制；而冲击回波法能够对混凝土构件厚度与内部缺陷进行检测，然而却无法分辨混凝土纵向缺陷体下界面；而声波、超声波检测存在检测设备简单、穿透能力强、便于操作以及检测成本低等优势，所以当前被广泛应用于工程中，特别是在混凝土大坝、灌注桩以及桥墩等混凝土质量检测中得到广泛应用。声波、超声波成像技术用于混凝土无损检测中使其检测精度得到很大提升，而且也在进一步研究其方向。早在20世纪中期，我国就已经开始研究该技术，并且在工程检测中加以应用。到目前为止，混凝土超声检测已经在水电、建筑、铁道以及交通等工程中得到广泛应用。而且检测应用深度与范围也得到不断增加，逐渐从地上结构检测逐渐向地下结构检测方向发展。到目前为止，混凝土超声检测已在技术规程中被正式编入，逐渐扩大了其检测深度与范围。本研究主要分析与探讨基于超声波法的混凝土内部缺陷检测。
1超声波检测方法
超声波检测方法按照探头数目，可分为单探头扫查方式、双探头扫查方式和阵列探头扫查方式。单探头法检测是用一个探头发射并接收超声波；双探头检测法是用一个探头发射超声波，一个探头接收超声波；多个探头检测法是使用两个以上探头进行检测的方法。在对金属等材质比较均匀的材料进行检测时，一般选用频率比较高的声波，可用单探头进行检测。在对混凝土等材质不均匀的材料进行检测时，超声波的衰减比较大，采用一个探头进行检测时难以接收到底面回波信号，一般选用超声波频率较低的双探头或阵列探头进行检测。超声波检测方法按照原理，可分为脉冲反射法、穿透法和衍射时差法。脉冲反射法是根据放置在工件一个检测面上的单探头接收到的回波信号中底面波或缺陷波的幅值对工件结构进行评价的方法。穿透法是将两个探头（一个发射探头，一个接收探头）分别放置在工件的相对检测面上，依据超声波穿透工件之后能量的变化对工件的内部缺陷的大小进行测量和评价。衍射时差法（TOFD）是利用放置在工件同一个检测面上的两个探头（一个发射探头，一个接收探头）进行检测，主要是根据工件内部缺陷处的衍射波信号对缺陷的深度和大小进行测量和评价。超声波检测方法按照探头数目，可以分为单面扫查和双面扫查方式。单面扫查是将发射探头和接收探头放置在同一个检测平面上进行检测。双面扫查是将发射探头和接收探头放置在两个不同的检测平面上进行检测。
2完好混凝土和缺陷混凝土的区分
一般借助混凝土密实度这一指标完成对完好混凝土和缺陷混凝土的区分。混凝土密实度指标的测定则主要是基于不同密实度的混凝土对超声波的影响不同这一特征。
当混凝土具有较为良好的密实度时，超声波通过后所反映的波速值以及波幅值较高。相反，如果混凝土密实度较低，则波速和波幅值也将较小。
3超声波技术在混凝土缺陷检测中的应用
通过上述讨论可以看出包括桥梁、房屋等建筑，其对混凝土的需求总量是相当大的。同时，桥梁、房屋等建筑对安全的要求水平也较高。近年来频频出现的建筑事故有相当一部分就是因为混凝土存在缺陷而导致建筑垮塌。这主要是由于在最初的施工过程中未对混凝土进行捣实作业且后续施工过程中由于温度的变化以及湿度的变化而导致混凝土自身出现变形的情况，进而导致自身承重能力下降并出现裂缝、空洞。同时也需要认识到，现代的房屋、桥梁等建筑所使用的混凝土大多为结构复杂、非均匀且多孔的复合性材料。这就决定着一般的机械类方法难以有效的探测混凝土的却小。而超声波技术则可以有效避免这一问题。因此，有必要对超声波技术检测混凝土存在的缺陷进行讨论。一般而言，超声波技术主要应用于混凝土裂缝深度检测、不密实区以及空洞检测。
3.1超声波技术在检测混凝土裂缝深度中的应用
当混凝土在施工之初未捣实且后续承载过高时容易出现因受力损伤而导致的混凝土裂缝现象。利用超声波技术进行混凝土裂缝深度的检测主要包括双面检测和单面检测法。其中双面检测法主要应用于构件截面较小且构件两侧均能够放置超声波发射和接受探头的条件下。双面检测法是对混凝土出现裂缝深度进行直接检测的一种方法。通过将超声波探头分别设置在混凝土出现裂缝的跨缝点，然后在发射探头和接收探头进行位置的相对移动时，通过测定在不同位置所需的传播时间t以及测量声路的长度b，进而通过分析t-b曲线的突然转折的节点，进而计算出所需探测混凝土裂缝的宽度。虽然这种双面检测法在具体的测量时程序较为简单、测量精度也较高，但由于实际测量裂缝的宽度往往难以满足放置超声波发射、接收探头的要求。因此在实际的工作中很少使用这一方法。第二种对混凝土裂缝深度进行探测的方法为单面检测。所谓单面检测是指只有开裂处才能安置超声波探头时所使用的方法。这也是在进行公路、桥梁的混凝土裂缝检测时常用的方法。首先在裂缝附近混凝土较为完好的表面选择一定长度的校准距离并将长度计为2a。然后在这一段距离的两侧分别设置探头并测算超声波通过这一段距离时所需要的时间，计为t1.再将超声波发射和接收探头放置在裂缝处并进行探测以计算超声波所需的时间，计为t2.通过对比t1、2a以及t2的具体数值以计算出混凝土裂缝的实际深度。同时，为了进一步促进单面检测混凝土裂缝深度的准确性，往往需要分别选取多个较为完好的校准距离并求得滑动平均值。另外，还需要在测量时通过保证混凝土表面的光洁度以提高使用超声波探测时读数的稳定性。
3.2超声波技术在检测混凝土空洞中的应用
使用超声波对混凝土内部的空洞以及不密实区进行检测的原理是借助超声波在探测到空洞后会因为出现反射而导致超声波自身能量的衰减。从而通过读取分析超声波探测相同距离的完好混凝土的实际接收包括超声波的振幅以及波形等参数的变化，进而通过对比得出探测混凝土内部的空洞情况和不密实区的情况。在进行内部空洞的探测检测时，首先要通过使用回弹仪器等设备进行回弹以测定混凝土内部是否存在空洞。在确定混凝土中存在空洞后，需要通过在附近设置大量的检测点，通过平行检测面和交叉检测面相配合的方式完成对混凝土空洞的检测。
结束语
超声波检测技术是一种应用非常广泛的无损检测技术，在工业无损检测中具有重要地位。超声波混凝土检测技术是根据超声波在混凝土中传播时声时、波幅或主频等声学参量的变化，判断物混凝土内部是否有缺陷存在，并确定缺陷的位置、大小和性质。
参考文献：
[1]韩林，孙超，王寓.超声波技术在检测混凝土缺陷中的应用[J].城市道桥与防洪，2020.
[2]姚新红.超声回弹综合法检测高强混凝土强度技术研究[J].2020.