混凝土道路裂紋深度的超聲檢測(cè)

1、混凝土道路裂紋深度的超聲檢測(cè)夏紀(jì)真 張雁* 張建安* 王子文*南昌航空工業(yè)學(xué)院無損檢測(cè)教研室注：本文第一次發(fā)表在第七屆亞洲太平洋地區(qū)無損檢測(cè)會(huì)議（1993年9月，中國(guó)上海）張雁、張建安、王子文為南昌航空工業(yè)學(xué)院無損檢測(cè)本科專業(yè)1992屆畢業(yè)生，本課題為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題摘要本文利用汕頭產(chǎn)CTS-25型非金屬超聲波探傷儀研究混凝土路面裂紋深度檢測(cè)與評(píng)定的方法，比較了“Tc-To”、“BS”以及“T”法測(cè)量裂紋深度的準(zhǔn)確性。認(rèn)為應(yīng)當(dāng)綜合應(yīng)用這些方法測(cè)量裂紋深度，這是因?yàn)榱鸭y深度在開始時(shí)是一個(gè)未知量，最好先采用“T”法，然后采用“Tc-To”和“BS”法進(jìn)行驗(yàn)證。目前，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)件裂紋深度測(cè)量的方法主

2、要有以下三種1，2：1.“Tc-To”法，如圖1所示；2.“BS”法，如圖2所示；3.“T”法，如圖3所示。圖1圖2在第一種方法（圖1）中，需要使探頭到裂縫的距離近似等于裂紋深度時(shí)才有較好的準(zhǔn)確度。在第二種方法（圖2）中，如果探頭到裂縫的距離不合適時(shí)，也會(huì)有較大的誤差。然而，實(shí)際裂縫的深度原先就是未知數(shù)，所以“Tc-To”和“BS”法都難以實(shí)施。在第三種方法（圖3）中，是將發(fā)射探頭至于裂縫一側(cè)的固定位置，然后使接收探頭逐步逼近裂縫，直到越過裂縫（此時(shí)探頭接收的是穿透波），記下每一次探頭相對(duì)距離和對(duì)應(yīng)的聲波傳遞時(shí)間，把這兩組參數(shù)以直角坐標(biāo)關(guān)系繪成曲線，裂縫的深度將表現(xiàn)在曲線上的跳躍突變部分。 二

3、.試驗(yàn)方法采用的儀器是汕頭產(chǎn)CTS-25型非金屬超聲波探傷儀，探頭為100KP40F（100KHz，40mm）和50KP28（50KHz，28mm），耦合劑為水玻璃（硅酸鈉 Na2SiO3水溶液）。試樣是帶有人工裂縫（空氣隙或插入薄鋼板）的混凝土塊，厚度250mm，混凝土的組成為卵石、河沙和525#水泥，按1:1:1的比例加水?dāng)嚢杌旌?，灌注在模型中凝固而成，并?jīng)過28天保養(yǎng)期后再進(jìn)行檢測(cè)。部分試驗(yàn)結(jié)果如下：1.“Tc-To”法：計(jì)算式 h=a(Tc/To)2-11/2        (1)圖3實(shí)際裂縫深度 (mm)a (mm

4、)測(cè)量值 (mm)誤差 (%)Hs=152(插入厚度0.5mm薄鋼板)119144（50KHz）Hs=566961（50KHz）Ha=80(空氣隙)12883（100KHz）Ha=175219169174（50KHz）175（50KHz）-0.60在使用CTS-25型非金屬超聲波探傷儀，應(yīng)用這些方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，關(guān)鍵的問題是要正確識(shí)別首波（首先到達(dá)接收探頭的聲波前沿）和精確讀出首波聲時(shí)（在儀器數(shù)碼管上讀取的首波傳遞時(shí)間以微秒為單位）。在測(cè)量裂縫深度之前，應(yīng)在無裂紋試樣上測(cè)定兩個(gè)探頭間的不同距離2a和相對(duì)應(yīng)的首波聲時(shí)，經(jīng)多次測(cè)量，取To的平均值作為基數(shù)。這里應(yīng)當(dāng)注意測(cè)定To的試樣應(yīng)與被檢測(cè)的混凝土

5、是同批、同配方澆注的，否則誤差會(huì)很大（混凝土的批次、配方不同時(shí)，其聲速有差異）。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果可見，若是探頭與裂縫間距近似等于裂縫深度時(shí)，則能得到比較精確的測(cè)量結(jié)果（在“Tc-To”法中，兩個(gè)探頭在裂縫兩側(cè)的距離是對(duì)稱的）。2.“BS”法把兩個(gè)探頭（一發(fā)一收）分別對(duì)稱地置于裂縫兩側(cè)，首先使探頭內(nèi)側(cè)（不能以中心計(jì)算，否則誤差較大）與裂縫之間的距離為a1（或L1=2a1），測(cè)定首波聲時(shí)T1，然后使距離變成a2（a2=2a1或者L2=2L1），再測(cè)定首波聲時(shí)T2，則裂縫深度按下式計(jì)算：h=L1(4T12-T22)/(T22-T12)     

6、60;    (2)  (L1為兩個(gè)探頭內(nèi)側(cè)間的距離)實(shí)際裂縫深度 (mm)距離 L (mm)時(shí)間 T (s)結(jié)果 (mm)誤差 (%)Hs=137L1=100L2=200T1=41.4T2139.6(50KHz)Hs=137L1=100L2=200T1=38.7T2123.1(100KHz)Hs=100L1=100L2=200T1=37.9T286.8(50KHz)Ha=120L1=100L2=200T1=74.3T2=107133.9(100KHz)Ha=100L1=100L2=200T1=67.6T285.9(50KHz)Ha=175L1=200L

7、2=400T1=99.6T2149.2(100KHz)從上述結(jié)果可見，如果探頭與裂縫之間的距離選擇不當(dāng)，則誤差較大，而且與所用頻率未見明顯的關(guān)系。在實(shí)際測(cè)試中，100KHz時(shí)表現(xiàn)出首波較難辨認(rèn)，容易造成讀數(shù)誤差。作為“Tc-To”和“BS”法，它們要求探頭與裂縫之間的距離有一定的排列放置才有可能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。但是，實(shí)際裂縫的深度是事先未知的參數(shù)，因而在實(shí)際應(yīng)用中難以實(shí)施。3.“T”法把發(fā)射探頭置于裂縫一側(cè)并保持一定距離不變，把接收探頭先置于與發(fā)射探頭同一側(cè)，然后朝向裂縫以一定間隔距離移動(dòng)接收探頭，直至越過裂縫并繼續(xù)延伸一段距離。在這種情況下逐次測(cè)量每一距離對(duì)應(yīng)的首波聲時(shí)，然后以直角坐標(biāo)系繪出

8、一組“時(shí)間-距離”參量曲線。在裂縫處，曲線有一個(gè)跳躍段（時(shí)間不連續(xù)部分），則可按下式計(jì)算裂縫深度：h=T·ctg(T·ctg+2a)/2(T·ctg+a)        (3)式中：-“時(shí)間-距離”參量曲線的傾角；T-裂縫處的不連續(xù)時(shí)間；a-裂縫與發(fā)射探頭中心之間的距離。在“T”法中的關(guān)鍵是測(cè)定接收探頭逼近裂縫兩側(cè)位置上的時(shí)間變化“T”，這必須使接收探頭盡可能逼近裂縫側(cè)邊邊緣以減少誤差。盡管“T”法也有較大的誤差，但在實(shí)際上容易實(shí)施，所以，可先采用“T”法得到比較接近實(shí)際裂縫深度的數(shù)值范圍，然后再進(jìn)一步利用“Tc-To”和“BS”法驗(yàn)證，將有可能使測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確。以“T”法為基礎(chǔ)，然后進(jìn)一步利用“