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超聲波檢測技術的基本原理和技術要點

發布時間:2022-05-25 09:46:59 瀏覽次數:27?

  現如今,我國經濟逐步發展,人口呈逐步上升趨勢,在這種背景下,高層建筑以及超高層建筑不斷增加,人們的重視的方面也逐漸轉變為建筑施工的質量與其結構性能。超聲波檢測技術是無損檢測領域中的一種非常重要的方法。本文介紹了超聲波的特點,從混凝土強度檢測、混凝土內部缺陷檢測和混凝土表層損傷檢測三方面探討了超聲波在土木工程無損檢測中的應用,以充分發揮超聲法的優勢,推廣其在土木工程結構無損檢測中的應用。

  超聲波具有定向性好、穿透性強、清潔無污染、能夠穿透被檢測材料的內部的特點,在機械、航天等領域常用作對材料、焊縫等進行探傷和可靠性評定。隨著檢測技術的不斷發展,超聲波作為一種新型的無損檢測手段,其在土木工程中的應用也日益廣泛,不僅可以用于材料強度的檢測,也可對材料的內部缺陷、表面裂縫進行檢測和描述。

  1、混凝土強度的檢測原理

  結構混凝土的抗壓強度與超聲波在混凝土中的傳播速度之間的相關性是超聲法檢測混凝土強度的理論基礎。

  2、檢測步驟

  具體檢測步驟為:檢測系統→測區數量→測區布置→超聲檢測→強度推定。由于混凝土的強度和波速之間的定量關系受到混凝土的原材料性質及配合比的影響,影響因素有骨料的品種、粒徑的大小、水泥的品種、用水量和水灰比、混凝土的齡期、測試時試件的溫度和含水率等。

  3、混凝土內部缺陷檢測

  3.1混凝土裂縫檢測

  對于結構混凝土開裂深度不大于500 mm的裂縫,可采用平測法或斜測法進行檢測。

  1)單面平測法

  當結構或構件只有一個表面可供檢測時,可采用單面平測法進行裂縫深度的檢測。檢測時可在裂縫檢測部位以不同的測距同時按跨縫和不跨縫布置測點,分別測量超聲波從T到R的聲時值。其具體方法如圖1所示。

  2)雙面斜側法

  當結構的裂縫部位具有兩個相互平行的測試表面(梁、板、柱)時,可采用雙面斜測法測量裂縫深度。測量方法如圖2所示。將T,R換能器分別置于對應測點1,2,3?的位置,讀取相應的聲時值ti和波幅值Ai及頻率值fi。當T,R換能器的連線通過裂縫時,超聲波在裂縫的界面上產生很大的衰減,接收信號的波幅和頻率明顯降低。根據波幅和頻率的突變,可以判定裂縫的深度以及是否在平面方向貫通。

超聲波檢測

  3.2混凝土不同密實區和空洞檢測

  超聲檢測混凝土內部的不密實區域或空洞的原理,是根據各測點的聲時(或聲速)、波幅或頻率值的相對變化確定異常測點的坐標位置,從而判定缺陷的范圍。

  3.2.1檢測方法

  1)對側法

  當結構具有兩對互相平行的測試面時可采用對測法。在測區的兩對相互平行的測試面上,分別畫間距為200 mm~300 mm的網格,確定出測點的位置,如圖3所示。

  2)斜側法

  對于只有一對相互平行的測試面可采用斜測法。即在測區的兩個相互平行的測試面上,分別繪出交叉測試的兩組測點位置。

  3)鉆孔法

  當結構測試距離較大時,可在測區的適當部位鉆出平行于結構側面的測試孔,直徑范圍為45 mm~50 mm,其深度視測試需要決定。

  3.2.2數據處理與缺陷判定

  數據處理:采用3σ法則或蕭維納準則等常用數值分析方法剔除異常數據。缺陷判斷:當測區中某些測點出現聲時延長(或聲速降低)、波幅降低、高頻部分明顯衰減的異常情況時,可結合異常點的分布及波形狀態確定混凝土內部存在不密實區域和空洞的范圍。當判斷缺陷是空洞,且只有一對可供測試的表面時,混凝土內部空洞尺寸可按下式進行估算。

  4混凝土表層損傷檢測

  4.1檢測方法

  換能器常選用頻率放低的厚度振動式,采用表面平測法進行檢測。檢測時,換能器布置如圖6所示。發射換能器布置在T點耦合好后不動,接收換能器依次耦合安置在R1,R2,R3?并測讀相應的聲時值t1,t2,t3?及兩個換能器之間的距離L1,L2,L3?換能器每次移動距離不宜大于100mm,每一測區內不得少于5個測點。

  4.2數據處理及判定

  根據各測點的聲時及測距,繪制“時—距”坐標圖,如圖7所示。由于混凝土損傷后使超聲波傳播速度變化,因此在“時—距”坐標圖上出現轉折點。由此可求得超聲波在損傷層混凝土與未損傷混凝土中的傳播速度。

  5結語

  超聲波檢測方法是結構無損檢測的重要手段。超聲波檢測具有測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害,能對缺陷進行定位和定量的優點。隨著檢測技術的不斷發展和檢測設備的不斷進步,超聲法在土木工程結構無損檢測中的應用越來越廣泛。為了充分發揮超聲法的優勢,提高其在土木工程結構無損檢測中的應用前景,應著重研究超聲法在強度檢測中的相關強度方程,制訂相關內部缺陷檢測規范和試驗操作規程,使超聲法在土木工程結構無損檢測中的應用更加規范化。


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