超声检测在土木工程中的应用探究.pdf

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 89 超声检测在土木工程中的应用探究 陈 萍 何海灿 广西桂林灵川县建兴城市建设检测中心，广西 桂林 541200 摘要：摘要：超声检测是一种新型的、应用范围很广的无伤检测技术，它的实用性很高，应用范围很广。在土木建筑中，混凝土建筑是一种广泛应用的建筑材料，对其进行严格的检验是保证工程质量的关键，如何将超声技术应用于这一领域，是目前的一个热门问题。文章重点介绍了超声波探伤的优点和应用，并指出了今后应进一步完善的方面，以期对超声波探伤技术的发展起到一定的促进作用。关键词：关键词：超声检测；土木工程；混凝土结构 中图分类号：中图分类号：TU712 超声波是目前应用最多的一种非破坏测试技术，通过实际测试，可以将超声波用于混凝土的测试。与国外相比，我国在混凝土领域中的应用相对滞后，从上个世纪 50 年代就已经应用到现在，仅仅几十年的时间，却已经获得了显著的效果。因为现在混凝结构已经成为了一种广泛应用于工程建设中的结构形式，所以它得到了有关部门的高度关注，并相应地制订了一系列的检测标准和规范，保证对混凝土结构质量的监督。综上所述，混凝土的无损坏检测技术的发展在某种程度上促进了工程施工技术的发展，利用超声波检测可以提高各类施工项目的无损检测效率，所以，它具有很大的发展潜力，开展其应用研究具有重要的现实意义。1 超声检测的基本原理及其优点 超声检测技术手段是全新的信息检测技术，主要是通过借助 10khz250khz 的高频率超生波来进行检测土木工程中混凝土内部结构。通过超声检测技术来检测土木工程中的混凝土内部构成元素，测量在混凝土内部结构中超声脉冲纵波中的首波振幅频率、传播的速度、以及接收信号的频率，并且通过这些频率参数的变化数据作为参考，进一步判断土木工程中混凝土内部结构是否存在问题。超生波的高频率传播在土木工程中的混凝土内部结构中，往往都会受到很多限制性因素，比如：弹模、密度，从而导致超声波的传播频率受到影响。弹模越大，超声波的传播速度就越快。除此之外，还会受到很多介质的影响，例如：粗骨料的大小、水和灰的比例、收缩变化等等。所以，要及时调整好土木工程中混凝土的结构密度，实现超声检测的科学性、严谨性。超声检测在土木工程中混凝土内部结构的优点比较明显，超声检测技术手段比较安全可靠，相关技术人员在操作的过程中比较方便、简捷，很适合在土木工程的施工现场进行使用；除此之外，超声检测研制而成的仪器设备的费用也比较便宜，使用效果非常好，而且使用年限也够久，适合外出携带的人群，而且在土木工程中使用的频率很多。在混凝土结构的检测中，超声波检测具有操作简单、精密度高、适用性强、能够在多种环境下使用等众多优点，广泛地运用在工程建设领域之中。2 超声检测在土木工程中的应用 2.1 检测混凝土强度 超声检测可以检测混凝土结构的强度和变化趋势，众所周知，超声波的传播速度 v 与混凝土强度 R 呈正相关，即 v 随着 R 的增大而增大。两者之间可以列出以下的算式 R=R(V)，而且可以在座标上画出测强曲线，所以可以根据超声在混凝土中的传播速度 v 的数值来获得 R 的数值，再加上混凝土的强度计算公式，可以获得原料的配比等细节，方便了对混凝土的养护和检测。目前用这种方法获取混凝土的方法有两种，一种是校正因子，另一种是校正曲线。对于前者，其主要用于混凝土的条件无法与曲线初始条件相匹配的情况下，以曲线回归公式为依据进行校正，并采用超声-回弹综合方法得到混凝土的具体状态。国内针对“超声波-回弹综合法”制订了相应的规范，从全国范围内确认了超声波探伤技术在实践中的应用。尽管有关部门提出了有关标准强度曲线的合理取值区间，但该取值中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 90 区间仅适用于无外力作用时。但在现实世界中，混凝土会承受很多的外力，所以，对于以上的参照系，我们并不清楚。由于混凝土的形态的变化和受力是非线性的，弹性模量会随着受力的增大而降低，所以，对于超声波检测混凝土强度来说，v 和弹性模量之间的关系是非常重要的，根据有关的研究发现，v 基本不受混凝土所承受的力用力的影响，所以，不需要进行任何的调节，就可以将波速-强度参考曲线应用到现实当中。而后者则是将试验室内的试件 R、V 等参数进行相关分析，得出相应的计算公式，从而得到真实的混凝土结构状态。不过这种方法的应用必须以保证其强度为基础。当土木工程中混凝土内部结构的裂缝深度低于500mm 的过程中，除了使用用超声波首波相位反转法之外，还有两种技术检测方法，一种是单面评测法，另外一种是双面斜测法，这两种检测方法都能够很好的检测土木工程中混凝土的内部结构的裂缝，接下来简单分析一下单面评测法以及双面斜测法的工作原理。2.1.1 双面斜测法 如果混凝土内部结构中的裂缝位置出现互相平行的状况的时候，就可以通过双面斜测法来检测土木工程中混凝土内部结构的裂缝深度。双面斜测法是通过在每一个对称的测量点的位置分别放置一个超声检测的换能器，以便测量的对应超声波振动幅度，当超声检测的换能器的线路再经过混凝土内部结构中裂缝的过程中，混凝土内部结构中裂缝位置的超声波就会开始迅速缩小，接收信号的频率和波动幅度逐渐变小。根据超声波振动幅度的变化，就能够检测出混凝土内部结构中的裂缝深度。2.1.2 单面评测法 在土木建筑中，如果混凝土只有一层表层，那么可以用一层表层的方法，来测试混凝土内的裂纹深度。在这段时间内，若在不同的间隔内，对混凝土内部构造的裂纹部位进行了超声检测，从 T 至 R 进行了超声检测。首先，将接收到的超声探头与发出的超声探头以对称方式放置于土中的裂隙处，并同步测定两个探头之间的间距，得到超声的声速；其次，将探头与水泥基体等间距放置于相应的混凝土基体上，测定相应的声时 t1。2.2 检测混凝土的裂缝 在混凝土结构中，往往会产生大量的裂纹，这将给其工作特性带来很大的影响，甚至影响到整个工程的质量。采用超声波脉冲方法可以准确、有效地探测裂纹的厚度。针对深度在 50mm 以内的混凝土的检测方法，以超声首波相位反转法为主，这是一种最近提出的一种被广泛应用的新方法，它是通过在混凝土中通入低频超声波，再经过首波振幅反向法获得混凝土的实际裂缝深度，这种方法省去了一些不必要的计算公式，因此操作起来相对简单，具有很好的实用性。2.3 探测混凝土内部缺陷的部位及其大致范围 目前，在市面上被广泛应用的混凝土检验方法有以下三种：一是数值判据法，它主要是根据经过反复的试验并经过数学论证得出一定的临界值来判断混凝土的缺陷。所以想要做到这一点，就需要更多的理论基础和数据支持。二是阴影区叠加方法，即从四面八方对混凝土进行探测，得到阴影区，并根据阴影区的重合度来确定裂缝的确切位置。这种方法相对容易理解，但在具体的操作过程中，需要对操作手段进行严格的规定，要尽量的精细，而且要进行多次的测量，效率不是很高，通常使用在第一种方法进行缺陷的测量之后的检定工作。三是信息处理方法，它利用计算机技术，对超声波通过混凝土结构后的情况进行了分析，从而获得了更加准确的测试结果。另外，通过这样的方法，还能得到一个大致的图像，即所谓的“成像”。目前这种方法还处于摸索阶段，想要推广开来，还需要一定的时间。2.4 检测混凝土的厚度 当前，对缺陷进行分析和判定的主要方式有三种：一种是以试验数据为基础，通过对试验数据进行一定的数学处理，得出一个有可能出现的缺陷的阈值，并以此来判定。因此，为了找到合适的标准，就需要对已知的声学参量与可能出现的缺陷进行合理的数理建模。该方法可以对大规模试验结果做出清晰、量化的评价。作为一项新兴的超声波检测技术，数值准则是最近才出现的一项新课题，实现了混凝土缺陷检测从经验型到量化的转变，这是混凝土缺陷检测技术的一个重要进步。目前主要给出了四类数字准则：基于概率的单因子准则；时间差值和坡度的乘积法（或称 PSD 法）；多因子概率法准则（NFB 准则）；基于多因子的模糊评价方法。在这些方法中，模糊综合评中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 91 判法采用了模糊数学的原则，因此，它在判断时，不会受到许多随机因素的干扰，它的应用范围很广泛，因此可以增加标准的可信度，但这种方法还没有被纳入到标准当中。第二种是阴影区交迭方法，通过测量由两个角度的裂纹后表面上产生的声阴影区，由两个角度的声音影子交迭区域就是裂纹的位置。这种方式直观、清晰，但是需要进行精细的测量，而且其计算效率很差，一般采用基于数字标准的精确判定，这样可以在对裂纹进行大致判定的基础上，对裂纹的位置、尺寸和性质进行精细的测定。第三种方法是基于相关分析、区域变换、滤波、频谱分析等多项信息处理技术，对探测得到的信号进行分析和识别，以得到更多有效的数据，为计算准则提供更多更精确的参量，提高计算精度。此外，也有人提出，通过对这些数据进行分析，可以得到这些数据的一个大概的轮廓，也就是人们常说的“成像”。但目前该方法在非破坏试验中的应用尚属起步，尚需深入研究。2.5 检测混凝土的空洞和不密实区域 在土木工程中的混凝土内部的空洞和不密实区域实施超声检测，主要是运用超声波的传播速度、振动幅度、以及频率的高低等等，继而确定土木工程中的混凝土内部检测点的异常位置，进一步判断空洞和不密实区域的范围。检测混凝土中的空洞以及不密实区域的技术方法有三种：第一是対测法，第二是测法，第三是钻孔法。如果土木工程中混凝土的内部结构相互平行，就用对测法。如果土木工程中混凝土的内部结构只有一个测试面，就要用斜测法。如果混凝土内部结构的距离过大，就可以用钻孔法。经过超声检测的有关参数以及内部结构构件之间的力学性能的联系，就能够测量出混凝土中空洞和不密实区域。3 应用发展趋势及有待解决的问题 伴随着计算机科技的进步与发展，超声波的探测逐渐向着精密、智能化方向发展，而影像技术也逐渐被应用。利用数字滤波技术可以对检测技术的稳定性和准确性进行有效的提高，所以，信号处理技术已经完全颠覆了原本的辅助位置，发展成了超声检测的关键技术。目前，混凝土超声检测设备已经逐渐朝着自动化的方向发展，可以将特定的测量信息直接显示在屏幕上，虽然已经取得了显著的效果，但仍有许多亟待解决的问题：一是智能化的仪器已经可以不再使用传统的方法，可以实现自动输出，但所得到的数据与缺陷之间的关系尚不清楚，还需要进行深入的研究与探讨。二是将电子信息技术与建筑工程信息技术相结合，对建筑工程进行全方位的监测与监测。三是对超声在水泥基材料中的传播特性进行了深入研究。四是应对测试设备进行更新换代与完善，采用先进的超声波测试设备对砼进行测试，以提高测试准确率。五是目前使用的超声波探伤装置，只能探伤一个地方，所以需要建立一套完整的探伤系统，才能提高探伤的效果。六是通过超声波探伤得到的资料，可以对建筑物的寿命和所要进行的维修进行具体和详尽的依据。七是目前国内有关超声波测试的规范建设尚不完备，缺少实验资料支持。八是充分地借鉴发达国家的先进经验和技术，在我国实际的基础上发展健全的超声检测机制。4 结束语 总的来说，随着我们国家互联网信息技术的全面发达，超声检测在土木工程中的应用已经成为顺应时代发展的产物。由于土木工程中的混凝土内部结构很容易出现一些问题，传统的检测手法已经不满足于土木工程的实际需求，此外，由于传统检测手法操作不当引起的土木工程中的一系列问题，严重损害了混凝土的质量，所以，必须要要使用超声检测技术手段才能达到更加精准的检测效果，进一步提高土木工程的整体质量。参考文献 1杨庆,叶子明,张健.超声检测在土木工程中的应用探究J.产业与科技论坛,2020,19(8):65-66.2周鹏.土木工程结构检测技术分析J.建材与装饰,2017(36):47-48.3吴彪.超声无损检测缺陷定位与稀疏信号重构方法D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2017.4于世海,陈国良,杨绪普.超声检测在土木工程中的应用研究J.西部探矿工程,2005(8):1-3.5张丽梅,田迎春,杜守军.无损检测技术在土木工程中 的 新 发 展 J.河 北 农 业 大 学 学报,2002(1):296-298.