超聲平測法在混凝土強度檢測方面的研究

原心紅 王剛

作者簡介：原心紅（1983.04-），女，滿族，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生，副教授，研究方向：職業(yè)教育。

摘 要：混凝土作為現(xiàn)代工程建設中應用最為廣泛的一類施工材料，其強度是影響工程結構性能的重要參數(shù)。傳統(tǒng)的混凝土強度檢測方法通常存在耗時多、破壞性強及費用昂貴等諸多缺點，為了克服這些限制，發(fā)展了非破壞性測試方法，超聲波測試方法應運而生。本文首先對超聲平測法進行了簡要概述，然后結合某工程實例進行了超聲波檢測混凝土強度的試驗研究，在獲取混凝土超聲聲速試驗數(shù)據(jù)的基礎上，建立起了混凝土測強回歸曲線，并作了比較分析，最終得到了可應用于工程檢測的實用結論。

關鍵詞：超聲平測法；混凝土；強度；檢測；應用

1 前言

混凝土強度是衡量其質量好壞的關鍵指標，因此尋找一種高效且準確的檢測方法變得至關重要。超聲平測法正是基于這一需求而誕生的，其主要是利用超聲波在混凝土中的傳播速度與強度之間的相關性，通過測量超聲波在混凝土中的傳播速度，進而推算出混凝土的強度。這種方法不僅操作簡便、成本低廉，而且能夠在不破壞混凝土結構的前提下，實現(xiàn)對混凝土強度的有效評估，為工程質量的控制和安全保障提供了有力支持。

2超聲波平測法概述

超聲波平測法是一種利用超聲波檢測物體內(nèi)部缺陷或特性的方法。在混凝土強度檢測中，平測法通過設置兩個換能器A和B，當換能器A發(fā)射的超聲波在混凝土中傳播時，部分超聲波會因為遇到裂縫或其它缺陷而反射，部分超聲波則會繞過缺陷繼續(xù)傳播，根據(jù)測量超聲波的傳播時間，可以推算出混凝土的強度。如果超聲波的傳播時間比預期長，這可能意味著混凝土中存在裂縫或其他缺陷，從而降低了其強度。這種方法可以非破壞性地評估混凝土的強度，為工程質量的控制和安全保障提供了重要依據(jù)。強度計算公式為：

強度 = a * Deq + b

其中，a 和 b 是經(jīng)驗系數(shù)，Deq 是材料的等效直徑

3超聲平測法在混凝土強度檢測方面的應用優(yōu)勢

超聲平測法作為一種非破壞性檢測方法，在混凝土強度檢測領域具有獨特的優(yōu)勢。

首先，超聲平測法可以通過測量聲波在混凝土中傳播的速度來推斷混凝土的密實度和質量，從而間接評估混凝土的強度。其次，超聲平測法能夠快速、準確地獲取大量數(shù)據(jù)，并且無需損壞被測混凝土結構，避免了二次損傷的可能性。再次，與傳統(tǒng)的檢測方法相比，超聲平測法無需取樣送檢，操作簡便，且能夠在施工現(xiàn)場實時監(jiān)測混凝土的強度變化，為工程質量控制提供了重要依據(jù)。因此超聲平測法在混凝土強度檢測領域具有廣闊的應用前景，為工程建設的安全和質量保駕護航[1]。

在實際應用中，超聲平測法還可以結合聲波透射率、頻譜分析等技術手段，更加全面地評估混凝土的內(nèi)部結構和性能。例如，利用聲波透射率可判斷混凝土內(nèi)部是否存在空洞、裂縫等缺陷，從而提前預警潛在安全隱患。同時通過頻譜分析可以對混凝土的材料特性進行深入探究，進一步提高檢測結果的準確性和可靠性。

總之，超聲平測法在混凝土強度檢測方面的應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在非破壞性、快速準確、全面評估等方面，為混凝土結構的健康監(jiān)測和評估提供了有效手段。

4超聲平測法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

超聲平測法在國內(nèi)外都受到了廣泛的關注和研究，其技術水平和應用效果不斷提升，超聲平測法在混凝土強度檢測領域的應用前景將更加廣闊。

在國內(nèi)，超聲平測法在混凝土強度檢測領域的研究

已經(jīng)取得了顯著成果。國內(nèi)的研究重點在于提高超聲平測法的檢測精度和可靠性，以及擴大其應用范圍。例如，通過優(yōu)化超聲波發(fā)射和接收裝置，提高信號的穩(wěn)定性和清晰度；結合計算機技術和數(shù)據(jù)分析方法，實現(xiàn)對混凝土強度更準確地評估。

國外在建筑工程領域的科技發(fā)展水平較高，因此超聲平測法的技術研究和應用實踐也相對成熟。國外的研究主要集中在超聲平測法的先進技術和創(chuàng)新應用上。例如，利用先進的材料科學和傳感器技術，研發(fā)出更高性能的超聲波換能器；結合人工智能和機器學習算法，實現(xiàn)對混凝土強度的智能檢測和評估。

5超聲平測法在混凝土強度檢測方面的應用

5.1工程概況

某橋梁工程總建設長度185m，寬度9m，跨徑70m，上部結構為懸鏈線箱型梁，橋梁兩岸的引橋采用13m預應力混凝土簡支空心板梁，如表1所示為預應力混凝土簡支空心板梁的設計參數(shù)。為了保障工程施工質量，需對混凝土結構強度進行試驗檢測，以為施工作業(yè)提供可靠的依據(jù)。

5.2超聲平測法測強試驗

從工程實體結構中選擇具有較強代表性的試件，包括流動性混凝土、普通塑性混凝土及大流動性混凝土等，對各等級混凝土同條件混凝土試件進行同條件超聲聲速試驗，分別在澆注側面、底面分別進行平測、對測。對每個試件選取10個檢測點，同時保證試件檢測面足夠平整、清潔、干燥，取各項超聲測試結果的平均值作為試驗分析數(shù)據(jù)，其中異常數(shù)據(jù)依據(jù)標準GB/T4883-2008《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》進行舍棄。

5.2.1平測測距選擇

混凝土強度超聲平測法檢測過程中，平測測距的選擇是一個關鍵步驟。測距的選擇應基于被檢測混凝土的結構特點、尺寸以及預期的缺陷類型，理論上測距越長，能夠檢測到的缺陷深度也越大，但同時長距離的傳播也會使超聲波受到更多的干擾，導致信號衰減和誤差增大。如果測距過短，雖然信號質量可能較高，但可能無法檢測到較深層的缺陷，因此在選擇平測測距時，需要綜合考慮這些因素，并根據(jù)實際情況進行權衡[2]。

實際操作中可以通過試驗或模擬來確定最佳的測距。例如，可以在不同的測距下對同一混凝土樣本進行檢測，然后分析得到的數(shù)據(jù)，選擇出最能夠準確反映混凝土強度且信號質量較好的測距。此外，為了提高檢測的準確性和可靠性，還可以采取一些措施來優(yōu)化測距的選擇，如使用頻率較高的超聲波、增加換能器的數(shù)量或采用其他輔助設備等。

試驗結果表明，平測混凝土澆筑側面不同測距（200m～500mm）時的測強曲線，如圖1所示（其中pc-200表示平測側面且測距為200mm，其余類推）。

5.2.2側面與底面平測對比

混凝土強度超聲平測法檢測過程中，側面平測與底面平測是兩種不同的檢測方法，它們各自具有不同的優(yōu)勢和適用場景。

側面平測通常是在混凝土的側面進行超聲波的發(fā)射和接收，這種方法適用于檢測混凝土側面或表面附近的缺陷。由于側面平測可以直接接觸到混凝土的側面，因此超聲波的傳播路徑相對較短，信號衰減較小，可以更準確地檢測到近表面的缺陷，側面平測還可以更容易地檢測到與側面平行的裂縫或缺陷[3]。

底面平測則是在混凝土的底面進行超聲波的發(fā)射和接收，適用于檢測混凝土底面及其附近的缺陷，底面平測可以通過在混凝土底面放置換能器，利用超聲波在混凝土內(nèi)部傳播的特性來檢測缺陷。底面平測的優(yōu)點是可以檢測到混凝土底面及其附近的缺陷，特別是對于較厚的混凝土構件，底面平測可以更加全面地評估混凝土的強度和質量。

在實際應用中，側面平測和底面平測可以相互補充，以更全面地評估混凝土的強度和質量。例如，在檢測較厚的混凝土構件時，可以先進行底面平測，了解底面及其附近的缺陷情況，然后再進行側面平測，以檢測側面和表面附近的缺陷。

本工程對同一混凝土試件的澆注側面、底面分別進

行400mm測距的超聲聲速平測，試驗結果如圖2所示，其中pd表示平測底面，pc表示平測側面。

由圖2可以看出，混凝土澆筑側面與超聲聲速平測數(shù)據(jù)的回歸測強曲線的乘冪更大，更有利于不同等級混凝土強度的判定。

5.2.3側面平測與側面對測對比

如前所述，側面平測通常是在混凝土的側面進行超聲波的發(fā)射和接收，適用于檢測混凝土側面或表面附近的缺陷，這種方法簡單易行，可以直接在混凝土的側面進行操作，對于近表面的缺陷檢測效果較好。然而側面平測可能受到混凝土表面不平整、換能器與混凝土表面耦合不良等因素的影響，導致信號衰減或誤差增大。

側面對測則是在混凝土的兩個相對側面分別放置發(fā)射和接收換能器，通過測量超聲波在兩個側面之間的傳播時間來推算混凝土的強度。側面對測能夠檢測混凝土內(nèi)部的缺陷，尤其是對于較大的缺陷或裂縫，其檢測結果更為準確。此外，側面對測還可以減少表面不平整等因素對信號的影響，因為超聲波在混凝土內(nèi)部傳播時受到的干擾較小。

總之，側面平測和側面對測在混凝土強度超聲平測法檢測過程中各有優(yōu)缺點。側面平測適用于近表面缺陷的檢測，操作簡便但可能受表面條件影響；而側面對測則更適用于檢測混凝土內(nèi)部的缺陷，結果更為準確但操作相對復雜。因此在選擇檢測方法時，應根據(jù)具體需求和場景進行綜合考慮。

本次試驗結果如圖3所示，其中pc表示平測側面，dc表示對測側面。由圖3可以看出，400mm平測與250mm對測的回歸測強曲線的乘冪相差不大，且平測略大于對測。

6超聲平測法在混凝土強度檢測方面的發(fā)展趨勢

超聲平測法在混凝土強度檢測領域的發(fā)展趨勢是向著多參數(shù)綜合評價、數(shù)據(jù)智能化處理和傳感器技術創(chuàng)新方向前進的，這些趨勢的實現(xiàn)將有助于提高混凝土結構評估的準確性和效率，推動該領域的科學研究和工程實踐取得新的突破。

6.1多參數(shù)綜合評價

隨著混凝土工程的復雜化和多樣化，單一參數(shù)已不能完全反映混凝土結構的真實情況。未來的發(fā)展趨勢將更加注重多參數(shù)綜合評價，結合超聲平測法與其他非破壞檢測技術，如電阻率法、聲發(fā)射技術等，來全面評估混凝土結構的強度。

6.2數(shù)據(jù)采集與處理智能化

隨著人工智能技術的快速發(fā)展，未來超聲平測法在混凝土強度檢測中將更加智能化。通過機器學習算法對大量數(shù)據(jù)進行分析和處理，提高數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，進一步提升檢測結果的精準度。

6.3超聲波傳感器技術創(chuàng)新

超聲波傳感器作為超聲平測法的核心設備，其性能直接影響檢測的準確性和穩(wěn)定性。未來的發(fā)展將聚焦于超聲波傳感器技術的創(chuàng)新，如微型化、高精度化和多功能化，以適應不同混凝土結構的檢測需求。

7結論

總而言之，隨著技術的不斷發(fā)展和優(yōu)化，超聲平測法的檢測精度和可靠性不斷提高，同時也在檢測深度和分辨率方面取得了顯著進步。未來隨著智能化、自動化技術的融合，超聲平測法有望在混凝土強度檢測領域發(fā)揮更加重要的作用，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

參考文獻

[1]陳玉環(huán).混凝土強度現(xiàn)場施工檢測技術研究[J].居舍，2022（12）：58-60.

[2]王大勇.回彈超聲角測綜合法檢測混凝土抗壓強度研究[J].建筑結構，2021，51（21）：106-110.

[3]王浩.建筑工程中的混凝土強度檢測的分析[J].四川水泥，2021（11）：37-38.