第七节 超声法检测混凝土结构内部缺陷与表层损伤

检测内容主要包括：混凝土内部空洞和不密实区的位置与范围、裂缝深度、表层损伤厚度，以及不同时间浇筑的混凝土结合面的质量和钢管混凝土中的缺陷等。

一、超声法检测混凝土缺陷的基本依据与方法

1.基本依据

(1)根据超声波在混凝土中传播时遇到缺陷的绕射现象，按声时和声程的变化来判别和计算缺陷的大小。

(2)依据超声波在缺陷界面上的反射，及抵达接收探头时能量显著衰减的现象，来判别缺陷的存在和大小。

(3)依据超声波脉冲各频率成分在遇到缺陷时不同程度地衰减，从而造成接收频率明显降低，或接收波频谱与反射波频谱产生差异，来判别内部缺陷。

(4)根据超声波在缺陷处波形转换和叠加，造成波形畸变的现象来判别缺陷。

2.方法

用超声法检测混凝土缺陷时，发射和接收换能器与测试面之间应具备良好的耦合状态，发射和接收换能器的连线必须离开钢筋一定距离或与钢筋轴线形成一定夹角，并力求混凝土处于自然干燥状态。

超声法检测混凝土内部缺陷与表层损伤的方法总体上可分为两类：第一类为用厚度振动式换能器进行平面测试；第二类为采用径向振动式换能器进行钻孔测试。

1)第一类平面测试方法

(1)对测法：一对发射和接收换能器分别置于被测结构相互平行的两个表面，且两个换能器的轴线位于同一直线上。

(2)斜测法：一对发射和接收换能器分别置于被测结构的两个表面，但两个换能器的轴线不在同一直线上。

(3)单面平测法：一对发射和接收换能器置于被测结构物的同一表面上进行测试。

2)第二类钻孔测试方法

(1)孔中对测：一对换能器分别置于两个对应的钻孔中，位于同一高度进行测试。

(2)孔中斜测：一对换能器分别置于两个对应的钻孔中，但不在同一高度，而是在保持一定高程差的条件下进行测试。

(3)孔中平测：一对换能器置于同一钻孔中，以一定高程差同步移动进行测试。

二、声学参数测量

1.一般规定

(2)测位混凝土表面应清洁、平整，必要时可用砂轮磨平或用高强度

的快凝砂浆抹平，抹平砂浆必须与混凝土黏结良好。

(3)在满足首波幅度测读精度的条件下，应选用较高频率的换能器。换能器应通过耦合剂与混凝土测试表面保持紧密结合，耦合层不得夹杂泥沙或空气。

(4)检测时应避免超声传播路径与附近钢筋轴线平行，如无法避免，应使两个换能器连线与该钢筋的最短距离不小于超声测距的1/6。

2．声学参数测量

或

由仪器、换能器及其高频电缆所产生的声时初读数。

4)超声传播距离（简称测距）的测量

当采用厚度振动式换能器对测时，宜用钢卷尺测量T、R换能器辐射面之间的距离；

当采用厚度振动式换能器平测时，宜用钢卷尺测量T、R换能器内边缘之间的距离；

当采用径向振动式换能器在钻孔或预埋管中检测时，宜用钢卷尺测量放置T、R换能器的钻孔或预埋管内边缘之间的距离；

【2019助理多选】超声波检测混凝土缺陷的主要内容包括（    ）。

A.裂缝深度 B.不密实度区

C.新老混凝土结合质量 D.裂缝宽度

【答案】ABC

【2021多选】下列选项中，可采用超声波方法检测的项目是（    ）。

A.混凝土强度 B.裂缝深度 C.钢筋锈蚀电位 D.基桩完整性

【答案】BD

【解析】超声波还可以检测混凝土内部缺陷、钢结构探伤、锚杆锚固质量、基桩成孔质量、围岩状态测试等等。

【2022综合】超声法检测混凝土缺陷一般方式有（    ）。

A.钻孔测试，一般采用厚度振动式换能器  B.平面测试，一般采用径向振动式换能器

C.钻孔测试，一般采用径向振动式换能器  D.平面测试，一般采用厚度振动式换能器

【答案】CD

【2022综合】采用超声法检测，当出现（    ）时，可作为混凝土内部存在缺陷的判据。

A.声速降低 B.接收首波衰减    C.接收频率降低 D.接收波形畸变

【答案】ABCD

【2023综合】超声法检测裂缝深度时，换能器应通过（    ）与混凝土测试表面保持紧密结合。

A.胶粘剂 B.耦合剂 C.防腐剂 D.干燥剂

【答案】B

【2019/2019助理单选】超声波在混凝土中传播距离越远，则选用换能器的主频率应越低，因为信号频率越低，衰减越（    ）。

A.小 B.大 C.强 D.快

【答案】A

【2019多选】混凝土超声检测的换能器频率选择主要与哪些因素有关（    ）。

A.混凝土强度等级 B.混凝土测试断面尺寸

C.混凝土探测距离 D.混凝土含水率

【答案】BC

三、混凝土不密实区和空洞的检测

(1)当结构被测部位具有两对平行表面时，可采用一对换能器，分别在两对互相平行的表面上进行对测。先在测区的两对平行表面上分别画出间距为200~300mm的网格，并逐点编号，定出对应测点的位置。

(2)当结构物的被测部位只有一对平行表面可供测试，或被测部位处于结构的特殊位置时，可采用对测和斜测相结合的方法，换能器在对测的基础上进行交叉斜测。

(3)对于大体积混凝土结构，由于其断面尺寸较大，如直接进行平面对测，接收到的脉冲信号微弱，甚至无法识别首波的起始位置，不利于声学参数的读取和分析。为了缩短测试距离，提高检测灵敏度，可采用钻孔或预埋管测法。

(7)当测位混凝土中某些测点的声学参数被判为异常值时，可结合异常测点的分布及波形状况，确定混凝土内部不密实区和空洞的位置和范围。

四、混凝土结合面质量的检测

可采用对测法与斜测法进行检测。

1.测点布置

(2)各对换能器连线的倾斜角测距应相等。

(3)测点间距应根据被测结构尺寸和结合面的外观质量情况确定，一般为100~300mm，间距过大易造成缺陷漏检。

3.数据处理及判定

(3)当通过结合面的某些测点的数据被列为异常，并查明无其他因素影响时，可判定混凝土结合面在该部位结合不良。

①所钻测试孔应满足下列技术要求：

a.孔径应比所用换能器的直径大5~10mm；

c.对应的两个测孔应始终位于裂缝两侧，且其轴线保持平行；

③测试前首先向测孔内注满清水，并检查是否有漏水现象，如果漏水较快，说明该测孔与裂缝相交，此孔不能用于测试。

⑤裂缝深度及末端位置判定。

a.裂缝深度判定。主要以波幅测值作为依据。随着换能器位置的下移，波幅逐渐增大，当换能器下移至某一位置后，波幅达到最大并基本保持稳定，该位置对应的深度，便是该裂缝的深度。

b.两测点的交点便是裂缝末端的位置。

七、混凝土匀质性检验

结构混凝土的均匀性一般宜采用平面式换能器进行穿透对测法检测。

要求被测结构应具备一对相互平行的测试表面，并保持平整、干净。先在两个测试面上分别画出等间距的网格，并编上对应的测点序号，网格的间距大小取决于结构的各类和测试要求，一般为200~300mm。

【2021单选】用超声法进行不密实区、空洞或混凝土结合面质量检测时，测点间距不宜为（    ）。

A.100mm B.200mm C.300mm D.500mm

【答案】D

【2023判断】结构混凝土的均匀性一般采用平面式换能器进行穿透对测法检测。

【答案】正确

【2017判断】当采用超声法检测混凝土浅裂缝时，最好在裂缝处灌入清水。（    ）

【答案】错误

【2022综合】当裂缝预估深度为600mm时，关于裂缝的深度检测，下列表述正确的有（    ）。

A.应采用平测法 B.裂缝中不能有积水和泥浆

C.应采用钻孔对测法                     D.当有钢筋穿过裂缝并与两换能器的连线平行时，两换能器的连线应与该钢筋相距50mm以上                        【答案】BC

【2023综合】某在建高速公路桥梁台身中部有两道竖向裂缝，预计深度小于350mm，裂缝宽度0.2mm。超声法检测该桥台裂缝深度时，关于换能器的表述正确的有（    ）。

A.采用径向振动式换能器 B.采用平面振动式换能器

C.测试时换能器跨缝布置 D.测试时换能器沿裂缝一侧布置

【答案】BCD

【2023综合】测试过程中应密切关注波形图像，关于首波反相的表述正确的有（  AD  ）。

A.可以利用首波反相现象快速计算裂缝深度

B.出现首波反相现象时，裂缝深度与换能器间距相等

C.难以发现首波反相现象时表明裂缝深度超出测量范围

D.难以发现首波反相现象时可增加测试间距计算出裂缝深度

【2022综合】对预估深度为200mm的裂缝深度进行了检测。先在完好混凝土区域测试超声波的声速为4000m/s。之后将两换能器分别置于以裂缝为对称轴的两侧，当换能器间的水平间距为200mm时，扣除零声时后的声时值为80μS，则在此测距计算的裂缝深度约为（ B  ）。

A.100mm B.125mm C.150mm D.200mm