摘 要】目前超声波技术被广泛应用于各种工程的质量检测上。超声波检测是混凝土非破损检测技术中的一个重要方面，特别是在检测混凝土内部缺陷与匀质性等方面非常有效。阐述超声波检测混凝土裂缝的原理与意义，介绍该方法涉及的主要声学参数和常用方法，并讨论超声波检测技术的发展趋势。
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【关键词】超声波检测；混凝土结构；裂缝；工程质量
混凝土结构由于各种原因普遍存在裂缝。裂缝的出现会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，同时也会引起钢筋的锈蚀和混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。因此，要对裂缝制定合理的检测方案，判定裂缝的性质，确定裂缝的危害性及制定相应的补救措施。
应用超声波检测混凝土裂缝是重要的混凝土结构无损检测方法之一。超声波检测是20 世纪60 年代发展起来的一种非破损性检测，其利用超声波传播速度及回弹值同混凝土抗压强度之间的相互联系来反映混凝土的抗压强度，并且可以利用超声波在混凝土中传播的时间（声时）和波幅值、频率值的变化来计算裂缝深度、确定内部裂缝的位置。该方法具有操作简单、快捷准确、费用低廉等优点，在混凝土工程中得到广泛的应用。
1 超声波单面平测法检测原理和方法
1.1 超声波单面平测法检测基本原理
将电—声换能器接触在混凝土表面，由发射换能器发射的超声波被接收换能器接收，超声波在混凝土中遇到裂缝时将产生绕射、反射和衰减。根据声时、波幅等参数变化，通过回归分析，由此判别和计算裂缝深度大小。
1.2 超声波单面平测检测方法
当结构的裂缝部位有一个可测表面估计裂缝深度又不大于500 mm 时，可采用单面平测法。平测时应在裂缝的被测部位以不同的测距按跨缝和不跨缝布置测点，布置测点时应用钢筋混凝土雷达定位仪确定裂缝检测区域的钢筋位置，避开钢筋的影响进行检测，其检测步骤如下：
1）将T，R 换能器置于裂缝附近同一侧，分别测量两个换能器内边缘间距li '= 100 mm， 150 mm， 200 mm， 250 mm……的声时值ti。由于超声波的实际传输距离要大于两个换能器内边缘间距，并且很难直接确定，为了求取的超声波传播声速值误差最小，应采用最小二乘方法来做线性回归，以便确定较为精确的超声波实际传输li距离以及不跨缝时混凝土中的超声波传播声速值，见图1。线性回归方程如下：
li = vti + a （1）
其中，v 为回归系数，即为不跨缝时混凝土中的声速值，km/s； a为回归常数。
2）将T，R 换能器置于以裂缝为轴线的对称两侧（ 见图2） 。两换能器中心连线垂直于裂缝走向，以li ' = 100 mm，150 mm，200 mm， 250 mm， 300 mm 分别读取声时值，同时观察首波相位的变化。
3）各测点裂缝深度计算值按式（2）计算。
（2）
测试部位裂缝深度的平均值按式（ 3） 计算。
其中，hci为裂缝深度； l 为超声测距； ti为不跨缝测量的混凝土声时； 为跨缝测量的混凝土声时； v 为不跨缝测量的混凝土声速。
1.3 裂缝深度的确定方法
1）三点平均值法： 在跨缝测试发现首波反相时，用该测距与其两个相邻测距的声时测量值分别计算hci，取三点hci的平均值作为该裂缝的深度hc。
2）平均值加剔除法：当跨缝测量难以发现首波反相时，可先求出各测距计算深度（hci）的平均值（mhc）。再将各测距li '与mhc相比较，若测距li '＜mhc和li '＞3mhc，则剔除hci，取余下hci的平均值作为该裂缝深度hc。
2 超声波检测的主要声学参数
超声波在混凝土中的传播速度不仅与混凝土的弹性性质有关， 还与其内部结构和组成成分关系密切。混凝土超声检测目前主要是采用“穿透法”，即用一发射换能器重复发射超声脉冲波，让超声波在所检测的混凝土中传播，然后由接收换能器接收，被接收到的超声波转化为电信号后经过超声仪放大显示于屏幕上，用超声仪测量接收到的超声波信号的声学参数。目前，在混凝土检测中常用的声学参数有声速（波速）、振幅、频率以及波形。
3 超声波检测混凝土裂缝的常用方法
对混凝土浅裂缝深度50 cm 以下的超声波检测主要有tc—t0法和英国标准BS-4408 法（如图3 所示）。BS-4408 法是以二换能器的边到边计算，tc－t0法是以二换能器的中到中计算。
4 结语
在制作混凝土时，由于振捣不均匀会大大降低混凝土的强度，从而引起工程的隐患。初步的研究结果表明，用超声波对混凝土材料进行无损检测是一种非常有潜力的检测手段，有良好的发展空间。可以利用超声波法来检测混凝土试块在振捣后是否均匀，这样便保证了混凝土的质量， 弥补了制作过程中的漏洞，加强了结构工程的可靠性，避免出现质量缺陷。由于混凝土的组成成分非常复杂，在成型过程中受到多种因素的影响，所以对超声波在混凝土中的传播理论还需深入研究，以使超声波检测混凝土缺陷的技术得到完善。
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