超声波检测混凝土缺陷的机理与应用

超声波检测混凝土缺陷的机理与应用

1透辐射法的应用目前，混凝土缺陷损失检测技术可分为两类：一类是机械波法，包括超声脉冲波、影响脉冲波和声发射；另一种是包括z梁、y梁和中子流等的透射辐射法。由于射线的穿透能力有限,尤其对于非匀质的混凝土,其穿透深度受到很大限制,而且产生射线的设备相当复杂,又需要严格的防护措施,现场应用很不方便。超声脉冲波的穿透能力较强,尤其是用于检测混凝土,这一特点更为突出,而且超声检测设备较简单,操作较方便,所以被广泛应用于混凝土结构缺陷检测。2超声波材料的特性(1)超声波的指向性比较好,其频率越高,指向性越好。(2)超声波传播能量大,对各种材料的穿透力较强。超声波的声速、衰减、阻抗和散射等特性,为超声波的应用提供了丰富的信息。(3)超声检测具有适应性强、检测灵敏度高、对人体无害、设备轻巧、成本低廉,可即时得到探伤结果,适合在实验室及野外等各种环境下工作,并能对正在运行的装置和设备实行在线检查。3发射与接收探针布置将发射与接收两个探头,分别放在构件两个平行界面,且对应测试位置上(如通过在预应力孔道位置的两个平行界面),分别布置发射与接收探头,获取超声波不同物理量(声时、幅值、频率)的方法。4波将产生绕射,射线检测,确定正确的波场时间,保证混凝土中孔道的声参量超声波在混凝土中传播过程,碰到介质变化或混凝土质量缺陷时,其超声波的物理参数将发生变化。如超声波传播过程中遇到孔道,超声波将产生绕射,折射,反射一般反映出其对测声时延长、波幅下降、主频降低、波形畸变。由于超声波测量混凝土缺陷是通过测量其声参量的变化,因此想通过测量己知混凝土不同孔道病害变化,获得对应其超声波参量变化,从中找出规律后,指导今后混凝土中孔道的病害检测,是一种对比性间接测量方法。由于混凝土介质非均匀性,应用超声波测量预应力孔道是半定性方法,因此还需要用其它方法综合评判。5预应力孔道/截面的检测实际钢筋混凝土结构物中,其混凝土标号、水灰比、密实度不同,病害可能不同,要使此成果,具有普遍指导意义,需采用一个相对指标,消除混凝土本身性质对测试结果的影响,即提出对测声时系数概念。对测声时系数定义:被检测预应力孔道水平截面的对测声时与其邻近无孔道水平截面的对测声时之比。一般可认为,空孔道对测声时系数大于正常密实水泥浆和钢束的对测声时系数。6模型梁结构尺寸本次制作了10片模型梁,集体结构尺寸如图1,模拟了预应力孔道内存在的几种情况。7对测声时系数模型梁对测声时cosα1=rl1cosα2=rl2cosα1=rl1cosα2=rl2绕行声程:S1=l21−r2−−−−−√+(π2−α1)×r+l22−r2−−−−−√+(π2−α2)×rS1=l12-r2+(π2-α1)×r+l22-r2+(π2-α2)×r对测声程S2=l1+l2对测声时系数η=t1t2=S1×V2S2×V1η=t1t2=S1×V2S2×V1式中:t1—为孔道处对测声时S1—为孔道处声程V1—为孔道处声速t2—为无孔道处对测声时S2—为无孔道处声程V2—为无孔道处声速η—对测声时系数若忽略混凝土的不均匀性V1=V2则对测声时系数:η=t1t2=S1×V2S2×V1=S1S2η=t1t2=S1×V2S2×V1=S1S2当l1=l2,且S1S2=l21−r2√+(π2−α1)×r+l22−r2√+(π2−α2)×rl1+l2l1+l2=l则S1S2=l12-r2+(π2-α1)×r+l22-r2+(π2-α2)×rl1+l2l1+l2=l则η=2×(12)2−r2√+2×(π2−α1)×rlη=2×(12)2-r2+2×(π2-α1)×rl式中α=cos−1rl1lα=cos-1rl1l—截面宽度8测试结果分析9声时系数5.(1)空孔道声时以绕行为主、绕行声时比直行声时长,因此其声时系数大于1.0。(2)钢筋声时以穿透为主,由于在钢筋中声速大于在混凝土中声速,因此其穿透声时系数小于1.0。(3)穿透声时系数随距界面距加大而加大,而绕行声时系数随距界面距加大而减小。(4)计算与实测声时系数基本接近,由于混凝土为非匀质材料,不同层面用相同混凝土的声速对比造成一定差异。