混凝土道路裂纹深度的超声检测

1、混凝土道路裂纹深度的超声检测夏纪真 张雁* 张建安* 王子文*南昌航空工业学院无损检测教研室注：本文第一次发表在第七届亚洲太平洋地区无损检测会议（1993年9月，中国上海）张雁、张建安、王子文为南昌航空工业学院无损检测本科专业1992届毕业生，本课题为毕业设计课题摘要本文利用汕头产CTS-25型非金属超声波探伤仪研究混凝土路面裂纹深度检测与评定的方法，比较了“Tc-To”、“BS”以及“T”法测量裂纹深度的准确性。认为应当综合应用这些方法测量裂纹深度，这是因为裂纹深度在开始时是一个未知量，最好先采用“T”法，然后采用“Tc-To”和“BS”法进行验证。目前，对于混凝土结构件裂纹深度测量的方法主

2、要有以下三种1，2：1.“Tc-To”法，如图1所示；2.“BS”法，如图2所示；3.“T”法，如图3所示。图1图2在第一种方法（图1）中，需要使探头到裂缝的距离近似等于裂纹深度时才有较好的准确度。在第二种方法（图2）中，如果探头到裂缝的距离不合适时，也会有较大的误差。然而，实际裂缝的深度原先就是未知数，所以“Tc-To”和“BS”法都难以实施。在第三种方法（图3）中，是将发射探头至于裂缝一侧的固定位置，然后使接收探头逐步逼近裂缝，直到越过裂缝（此时探头接收的是穿透波），记下每一次探头相对距离和对应的声波传递时间，把这两组参数以直角坐标关系绘成曲线，裂缝的深度将表现在曲线上的跳跃突变部分。 二

3、.试验方法采用的仪器是汕头产CTS-25型非金属超声波探伤仪，探头为100KP40F（100KHz，40mm）和50KP28（50KHz，28mm），耦合剂为水玻璃（硅酸钠 Na2SiO3水溶液）。试样是带有人工裂缝（空气隙或插入薄钢板）的混凝土块，厚度250mm，混凝土的组成为卵石、河沙和525#水泥，按1:1:1的比例加水搅拌混合，灌注在模型中凝固而成，并经过28天保养期后再进行检测。部分试验结果如下：1.“Tc-To”法：计算式 h=a(Tc/To)2-11/2        (1)图3实际裂缝深度 (mm)a (mm

4、)测量值 (mm)误差 (%)Hs=152(插入厚度0.5mm薄钢板)119144（50KHz）Hs=566961（50KHz）Ha=80(空气隙)12883（100KHz）Ha=175219169174（50KHz）175（50KHz）-0.60在使用CTS-25型非金属超声波探伤仪，应用这些方法进行测量时，关键的问题是要正确识别首波（首先到达接收探头的声波前沿）和精确读出首波声时（在仪器数码管上读取的首波传递时间以微秒为单位）。在测量裂缝深度之前，应在无裂纹试样上测定两个探头间的不同距离2a和相对应的首波声时，经多次测量，取To的平均值作为基数。这里应当注意测定To的试样应与被检测的混凝土

5、是同批、同配方浇注的，否则误差会很大（混凝土的批次、配方不同时，其声速有差异）。根据上述试验结果可见，若是探头与裂缝间距近似等于裂缝深度时，则能得到比较精确的测量结果（在“Tc-To”法中，两个探头在裂缝两侧的距离是对称的）。2.“BS”法把两个探头（一发一收）分别对称地置于裂缝两侧，首先使探头内侧（不能以中心计算，否则误差较大）与裂缝之间的距离为a1（或L1=2a1），测定首波声时T1，然后使距离变成a2（a2=2a1或者L2=2L1），再测定首波声时T2，则裂缝深度按下式计算：h=L1(4T12-T22)/(T22-T12)     

6、60;    (2)  (L1为两个探头内侧间的距离)实际裂缝深度 (mm)距离 L (mm)时间 T (s)结果 (mm)误差 (%)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)从上述结果可见，如果探头与裂缝之间的距离选择不当，则误差较大，而且与所用频率未见明显的关系。在实际测试中，100KHz时表现出首波较难辨认，容易造成读数误差。作为“Tc-To”和“BS”法，它们要求探头与裂缝之间的距离有一定的排列放置才有可能获得准确的结果。但是，实际裂缝的深度是事先未知的参数，因而在实际应用中难以实施。3.“T”法把发射探头置于裂缝一侧并保持一定距离不变，把接收探头先置于与发射探头同一侧，然后朝向裂缝以一定间隔距离移动接收探头，直至越过裂缝并继续延伸一段距离。在这种情况下逐次测量每一距离对应的首波声时，然后以直角坐标系绘出

8、一组“时间-距离”参量曲线。在裂缝处，曲线有一个跳跃段（时间不连续部分），则可按下式计算裂缝深度：h=T·ctg(T·ctg+2a)/2(T·ctg+a)        (3)式中：-“时间-距离”参量曲线的倾角；T-裂缝处的不连续时间；a-裂缝与发射探头中心之间的距离。在“T”法中的关键是测定接收探头逼近裂缝两侧位置上的时间变化“T”，这必须使接收探头尽可能逼近裂缝侧边边缘以减少误差。尽管“T”法也有较大的误差，但在实际上容易实施，所以，可先采用“T”法得到比较接近实际裂缝深度的数值范围，然后再进一步利用“Tc-To”和“BS”法验证，将有可能使测量结果比较准确。以“T”法为基础，然后进一步利用“