超声波在道路测试技术中的应用
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摘要：超声波检测方法具有穿透能力强，检测设备简单，操作方便，检测成本低廉等优点，在工程上已经得到广泛应用。本文针对目前道路无损检测技术的发展，结合道路工程实践，对超声波无损检测技术的工作原理、检测方法作了简要介绍，并对其目前在道路工程中的应用作了概括总结。对增进超声波检测技术的认识、开拓其应用领域的研究具有现实的指导意义。
关键词：超声波技术；混凝土强度；探伤。
前言：利用超声波检测混凝土的施工质量，不仅能换算出混凝土的强度，还能评价其匀质性及判定内部有无缺陷.近年来，国内外诸多学者从事混凝土超声波检测技术的研究，并取得了一定的成果。
1超声波技术应用于检验混凝土强度
利用超声波检测混凝土强度是混凝土无损检测中的一种方法。超声波可以检测混凝土的动弹性模量、强度、厚度及缺陷等，其中超声波检测混凝土缺陷的方法在许多国家已经形成了较为成熟的标准。
1.1 超声测强的理论基础
无限大固体介质中纵波的传播速度和固体介质的性质、密度、弹性模量以及泊松比有关。超声波在不同的物质中的传播速度是不同的，根据声时值t，测距L，由公式v=L/t可以先计算出声速值。再根据经验公式，便可计算出混凝土强度。由于混凝土是多相复合材料，其组成成份复杂，确切地分析出超声波在混凝土内部的传播路径及其影响因素十分困难。因此在计算超声声速值的时候, 一般把混凝土看成匀质的弹塑性材料，通过归纳统计, 建立强度与声速的关系曲线和经验公式, 作为超声测强的依据。
1.2 推定强度的方法
a.声速推断混凝土强度。超声波检测混凝土强度的基本依据就是声速值和混凝土的弹性性质有关，弹性模量越高，声速值越高。根据测得的不同的声速值，便可以推断混凝土的强度。我国采用的声速和强度之间的换算公式为fccu =AvB和fccu =AeBv两种经验公式，A和B为经验系数。
b.振幅推断混凝土强度。通过一个接收器，测量反射波的振幅，Ar表示发射振幅和反射振幅之间的比率，则强度和振幅之间的换算公式为:fc=cedAr(x)，fc为混凝土的抗压强度，c及d是和材料本身性质有关的常数。
1.3 超声波测强影响因素的研究现状
1.3.1原材料及配合比的影响
组成混凝土的原材料对超声波的影响是不可避免的，不同的原材料使得超声声速值有差异；即使同样的原材料，也因配合比的不同，产生各不相同的声速值。
a. 水泥品种影响。在早龄期的混凝土检测中，应该考虑水泥品种的影响， 对较长龄期的混凝土，水泥品种的影响可以忽略。
b. 矿物细掺料对超声速的影响。
c. 粗骨料的品种、粒径和含量的影响。
d. 砂率。
e. 配合比。 配合比不同，超声声速存在显著的差异。
1.3.2外部条件的影响
a. 龄期。在早龄期的混凝土中，声速值的增加大于混凝土强度的增加；随着龄期增加，声速的增长要小于强度的增加。
b. 养护方法。
c. 温度和含水率。
1.3.3其它条件的影响
a. 结构中钢筋的影响与修正。超声波在钢筋中的传播速度比在混凝土中的高1.2～1.9。因此，在检测含有钢筋的混凝土时，所得的超声声速值往往偏大， 应根据情况进行修正。
b. 混凝土中缺陷与损伤对测强的影响。如果混凝土中含有裂缝，就不能用超声波检测混凝土的强度。
2超声波技术应用于探伤
由于超声波像其它形式的波动一样存在着波的干涉，以及在遇到障碍物时发生的绕射、反射和折射等现象，所有这些传播规律都决定了其在混凝土等一类组分复杂的非匀质材料中的特有的传播特性。由于超声波在混凝土中传播时的衰减非常大，频率越高，衰减越快，因此在混凝土结构检测中一般选用低频超声波。对于用来检测混凝土内部缺陷，频率在 50～200kHz范围内比较合适。
在沥青混凝土材料损伤检测中引入声波测试技术， 一般采用RSM2SY5非金属声波测试仪，试样均为圆柱形(直径100mm ，高度不等)，平面换能器的布置为垂直穿透法(发射和接受探头分别位于试样上下底面)。
试验结果表明:沥青混凝土损伤与超声波速降低之间具有较好的相关性。
1) 沥青混凝土疲劳强度试验过程中声速变化能很好地反映出其损伤过程。
2) 用空隙比变化来表征沥青混凝土的损伤。在工程实际中用声速的变化来评价沥青混凝土在受载情况下产生的损伤程度简便无损又便于原地试验，所以在工程中应用超声波速的降低来估测损伤具有较大的实际意义。
3) 采用超声波技术检测沥青混凝土裂缝深度, 结果可靠. 可尝试应用于沥青混凝土路面裂缝的检测, 为定量评价路面早期损坏程度提供依据。
3建议与展望
(1)目前的混凝土超声波检测多为缺陷与强度检测，宜大力开展混凝土耐久性预测及已建混凝土结构损伤程度检测等新的检测内容。
(2)混凝土无损检测具有检测面积大、处理数据多等特点，一般的逐点检测难于满足工程要求，透射波扫描技术可大大提高检测速度，应积极开展这方面的研究工作，并将重点放在仪器的研究方面。
(3)超声波层析成像技术的应用大大提高了混凝土检测精度，目前的超声波成像多为二维走时成像，这与实际情况不符，工程中混凝土内部的缺陷体多为三维形体，超声波在其内部传播的射线路径也为三维空间弯曲射线，用二维形体代替三维形体其正演计算会带来较大的误差，应进行三维成像才能更准确确定缺陷体的空间形态，也才更符合工程实际；目前的混凝土超声波检测仪器多为一发一收或一发双收，满足不了成像观测的要求，宜尽快开发出一发多收的超声波检测仪器；试验表明：超声波穿过混凝土内部酥松区等某些缺陷体时，其振幅的变化比走时的变化更为明显，故应开展衰减(吸收)成像方面的研究，用衰减(吸收)系数与走时双参数进行成像，进一步提高其检测的可靠性。
(4) 将超声波检测方法与其他检测方法结合，互相取长补短，用综合检测的方法可得到较好的效果。
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