超声波检测混凝土密实度的应用

工程科技　・２２７・　

超声波检测混凝土密实度的应用　

蒋继宝黄质宏　

（贵州大学土木工程学院，贵州贵阳５５０００３）　

摘要：超声波法作为混凝土无损检测的一种方法，以其方便、快捷、代价低等优点，在建设工程中的作用日益明显。结合实际工程，　介绍几种常见的超声波检测方法的原理，探讨超声波检测在应用中存在的问题。　

关键词：超声波法；无损检测；混凝土；原理　

近年来随着科技的进步与发展，各种高楼大厦如雨后春笋般屹　立在世界各地，钢筋混凝土是这些高楼大厦最常采用的原材料，也　

就产生了各种大体积的混凝土构件，由于混凝土材料自身的性质，　

会导致混凝土材料内部产生各种缺陷，往往这些缺陷对混凝土构件　

的承载力会有一定的影响，这就需要对混凝土构件的内部情况进行　检测而不破坏混凝土构件本身，于是无损检测这一行业就蓬勃发展　

了起来。　

超声波检测是一种现代物理技术，作为无损检测的一种方法，　

超声波检测具有方便、快捷、费用低，且不受混凝土构件尺寸和形状　

的限制，能够多次进行重复测试等优越性。本文介绍了超声波测试　的几种方法，并结合工程实例探讨超声波检测在应用中存在的问　

题。　

１超声波检测的方法和原理　１．Ｉ试验原理。超声波法是把混凝土当做介质，依据弹性波理　

论，超声波在混凝土中传播的规律与混凝土的密实度间存在一定关　系，在检测的时候通过特定的仪器测定超声波传播的有关参数，与　

规律参数进行对比计算，便可推断混凝土的密实度。其检测原理是：　超声波测试仪有两个声波换能器，一个发射一个接收，其中发射换　

能器是将声波仪发射输出的具有一定功率的电信号转换成声信号　

发射到混凝土中，它的工作原理是利用晶体的逆电压电效应；接收　

换能器是将混凝土中传播的声信号转换成电信号，传输到声波仪接　

收机的输入系统中，其工作原理是利用晶体的压电效应。超声仪发　射换能器发射的声信号传人到混凝土介质中，由接收换能器接收，　

测出超声波在混凝土中的传播时间和距离，从而算出超声波在混凝　土中的传播速度，传播速度的大小与混凝土的密实度有着密切的关　

系。　１．２超声波检测混凝土密实度方法。超声波检测混凝土构件密　

实度有对测法和斜测法两种。１．２．１当混凝土构件具有两对相互平　

行的测试面时，可采用对测法，其测试方法如图１、图２所示。在测　试部位两对相互平行的测试面上分别画出等间距的网格（网格间距　

为１００ｍｍ　３００ｍｍ），并编号确定对应的测点位置。１．２．２当构件只有　

一对相互平行的测试面时，可采用斜测法，即在测区的两个相互平　

行的测试面上，分别画出交叉测试的两组测点位置，如图３所示。　

ｌ－３超声波检测混凝土密实度数据处理及判定。测区采集到的　混凝土波速、波幅、频率测量值的标准值和标准差应按下式计算：　

喜ｘ，（１ｎ　），　＝一２　，　（）　ｉ　、　

（２）　

式中：ｘ．为第ｉ点的波速、波幅、频率的测量值；　

ｎ为一个测区参与统计的测点数。　

测区中的异常数据可按以下方法判定：ａ．将一个测区内各测点　的波速、波幅或频率测量值由大到小按顺序排列，将排在后面明显　

小的数据视为可疑，再将这些数据中最大的一个（假定ｘ　）连同其前　

面的数据按式（１）和（２）计算出Ｉｌｌ　及ｓ。并代人式（３），算出异常情况　

的判断值ｘ　Ｘ　：　＋　Ｉ１．　，　ｎ一，，■～　ｌ　，　ｕ：　／＾、　

式中：　为异常值判定系数，可按照《超声法检测混凝土缺陷　１　ｆ　１　ｒ　｛　ｆ　１　ｆ　１　

ｌ　Ｊ　ｌ　ｆ　ｌ　Ｊ　ｌ　Ｖ　

—≥　《ｒ＿　

∈一　

≤一　

∈一　

图１对测法平面图　图２对测法立面图　

对测法　斜测法　

图３对测法立面图　图４混凝土柱超声波检测方法示意图　技术规程）＞（ＣＥＣＳ２１：２０００）中表６．３．２取值（下式　、入取值也在　

此表中）。　

把）（０值与ｘ　值比较，当Ｘ　Ｘｏ时，则Ｘ　及排列在其后的均　为异常值，当Ｘ　＞Ｘ。时，再将Ｘ　，放进去重新进行统计计算和　

判别，直至不出现异常值为止。　ｂ．当测区中判别出异常测点时，可根据异常测点的分布情况，按　

式（４）进一步判别其相邻测点是否异常：　

Ｘ。＝，　一　或ｘ。＝，　一　（４）　

当测位中某些测点的声学参数被判为异常值时可结合异常测　

点的分布及波形状况确定混凝土内部存在不密实区和空洞的位置　

及范围。　

２检测实例　

２．１工程概况。该工程为一栋住宅楼，在正常使用过程中，开发　

商未经业主同意在该住宅楼底层框架柱上用化学螺栓连接钢梁与　混凝土柱子做了一个钢结构夹层，引起了住户的不安，由此委托检　

测化学螺栓的植入对混凝土柱子是否有影响，该住宅楼柱子混凝土　

强度为Ｃ３０。　

２．２检测方法。为得出植入化学螺栓对该混凝土柱子密实度的　

影响，本次检测的方法：在同一根柱子上分别找两个测区，一个是未　

植入化学螺栓的部位，一个是植入化学螺栓的部位，分别用超声法　

采集两个测区的参数，然后对比分析得到结论。测试示意图如图４。　

２．３检测结果。本次检测共抽取６根混凝土柱，分别对未植入化　学螺栓和植入化学螺栓的部位进行了数据采集，对数据进行分析计　

算，得出如表１、２、３中所示。　（下转９８页）　

作者简介：蒋继宝（１９９１一），男，汉族，河南信阳人，岩土工程硕士研究生。　通信作者：黄质宏（１９６１一），男，教授，主要从事土木工程方面的教学、科研和工程实践。

　・９８・　科技论坛　

关于岩矿分析和测试技术的实践与前景探究　

于红玲　

（黑龙江省地质矿产测试应用研究所）　

摘要：本文对岩矿分析和测试技术的发展现状进行简要分析，阐述了在当前形势下，掌握岩矿分析和测试技术的重要性，针对目前　分析以及测试技术工作中存在的问题进行研究。　

关键词：岩矿分析；测试技术；实践；前景　

１岩矿分析和测试技术主要环节　１．１样本加工。样本加工，主要是对采集的样本进行加工处理，以降　

低眼眶分析难度。加工顺序为：首先，对岩矿进行破碎；其次，进行过筛、　

搅拌均匀；最后，对其进行缩分等工序。加工时需注意，整个过程需根据　相关规定对其进行，若加工操作不规范，将会为后面的工作造成不少麻　

烦，使得各类岩矿分析结果收到影响。１２岩矿定性与半定量的分析。定　性主要是对采取的样本岩矿进行分析，如岩相性质和主要构成元素等；　

半定量，将定性分析作为基础，对岩矿样本中各类元素含量进行了解。　

当利用这两种法将岩矿的性质、元素及其含量等进行分析后，可根据相　关规定与规范等，以确定使用何种方式对等测元素进行测定，并对干扰　

因素进行排除。１．３测定方式。测定方式将岩矿定性与半定量的分析法　作为基础，对样本内含有的元素以及工程元素含量进行选择，通常，会　

利用滴定法与重量法对高含量元素进行测定；而低含量元素主要是利　

用光谱法对其进行测定。ＩＡ鉴定与分析。完成了以上三个环节后，鉴定　

与分析这一环节的进行，需要相关人员具备专业的水平与先进的理论　基础。在具体的实施中主要存在以下几个问题：由于分析法中，测定与　

分离这两种方法之间存有相互作用，因此，在运用时需注意两种方法间　

的配合；将样本进行分解、查找存在的干扰元素等，需在每种鉴定方法　实施时，选取正确的分析法。Ｉ＿５结果的获取。完成上述分析环节后，可　

得到结果。该结果可供相关人员提供参考依据，帮助其找出岩矿中存在　的问题，提高岩矿分析的精准度。　

２岩矿分析和测试技术法　

目前，我国对矿产资源需求量愈来愈大，促进了岩矿勘探技术的发　

展，从原先的陆地勘探转移为深海勘探，深海勘探需要较高的岩矿分析　与测试技术。现阶段我国岩矿分析和测试技术法被应用于各个领域。由　

于科技不断进步，其技术中应用了不少先进的检测仪器，如电子和离子　

探针法和分光光度技法等。就该技术目前的发展Ｊ睛况而言，对于岩矿分　析应用最为广泛的为Ｘ射线，其应用效果显著。原有的分析法，主要使　

用原子吸收光谱法对岩矿进行分析，该方法便于操作，并且不会对其中　元素造成较大干扰，但是此方法在实际应用中存在一些问题，因此，多　

数专业人员在此基础上进行改进。　

３岩矿分析和测试技术法发展前景　

目前，我国的岩矿分析和测试技术发展迅速，现阶段岩矿研究方向　

已经伸展为宏观研究、微观研究与古代研究三种。如今所发现的岩矿内　

部构造中，已经能够被精准确认的参数有晶胞、晶系以及矿物中化学成　分含量，也可通过扫描，对矿物表层的元素形成、形态等进行精细测量。　

随这信息化技术的不断发展，推进了三维图像技术的进步。从该技术的　

发展前景来看，将不损坏样本作为基础条件，尽量多的对岩矿进行定量　分析，以获取较多的分析结果。在分析常量元素时，需尽可能多的对岩　

矿进行超痕量与痕量定量分析。在使用宏观研究对岩矿进行分析时，样　

本的采集中需加大对宇宙天体的采集量，并对其进行遥测或是采样分　析，并加大对无法进行采样的深层岩矿组织遥测研究；在微观研究中，　

需对研究所使用的分析方法与仪器进行革新，使仪器的清晰程度与灵　活度得到有效提高；提高分析法的速度与精准程度，并对自动分析法进　

行研究，确保测试结果的质量与水平。　

结束语　

综上所述，现阶段岩矿分析和测试技术已被广泛使用，且有较好的　发展前景。研究方向已经伸展为宏观研究、微观研究与古代研究等。尤　

于我国对矿产资源需求较大，岩矿勘探已转移到笔者希望更多海洋深　岩层，但需注意的时，在对岩矿进行分析、测试时，不可对当地环境造成　

损坏。笔者希望更多的专业人士能投入到该课题研究中，针对文中存在　

的不足，提出指正建议，为提高岩矿分析和测试技术做出重要的贡献。　

参考文献　

［１１鲁鲲．岩矿分析和测试技术的应用与发展切．技术与市场２０１４（４）．　

［２１杨嘉琴．岩矿分析与测试技术在当前阶段的应用与发展　．科技与企　

Ｊｋ，２０１４（１５）．　【３］王燕．探讨岩矿测试技术状况分析及解决办法【ＪＪ．中华民居（下旬刊　

２０１３（１）．　

（上接２２７页）　表１未植入化学螺栓部位　

混凝土柱超声波测试值　

波速平　标准差　毒差系　均值　数　（删ｓ）　４３５６　１３０　０　０３０　捡栅点　异常　数　皂　ｔ个）　个教　２０　无　

表３两个部位波速比较　表２植入化学螺栓部位　

混凝土柱超声波测试值　

２．４检测结论。经过对该住　

宅楼混凝土柱子进行超声波检　

测和分析得知，化学螺栓的植　入对该建筑的混凝土柱子并无　

太大影响，检测中均未发现异　

常点，但分析检测结果发现，植　

入化学螺栓的部位比未植入化　学螺栓部位的超声波波速呈偏　

高趋势，波速偏高值介于　

１７７ｍ／ｓ～２６３ｍ／ｓ之间，综合分　析波速偏高的原因，主要是由于植入的化学螺栓及结构胶　

波速比普通混凝土波速较高，属正常现象。化学螺栓的植　

入并未对该建筑混凝土柱的密实度造成影响。　结束语　

超声波法作为无损探伤领域里一种重要的手段，以其　方便快捷而广泛使用。笔者认为超声波法现场采集虽方　

便，但最重要的还是如何对采集的数据进行分析，以一种　最为科学合理的分析方法，使分析的结论最切合实际。　

我们应结合实际工程采用合理的方法来达到目的，有　时候单一的采用超声波法得出的结论未必使人信服，那我　

们就应该结合超声波法与其他方法相结合，这既是对超声　

波法的检验与校核，也是对科学进步与发展的促进。　

参考文献　

【ｌ】超声法检测混凝土缺损技术规程．（ＣＥＣＳ２１—２０００）．　【２］廖红建，赵树德等．岩土工程测试【Ｍ】．北京：机械工业出版社：２２１—