原心紅 王剛

作者簡(jiǎn)介：原心紅（1983.04-），女，滿族，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生，副教授，研究方向：職業(yè)教育。

摘 要：混凝土作為現(xiàn)代工程建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛的一類施工材料，其強(qiáng)度是影響工程結(jié)構(gòu)性能的重要參數(shù)。傳統(tǒng)的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法通常存在耗時(shí)多、破壞性強(qiáng)及費(fèi)用昂貴等諸多缺點(diǎn)，為了克服這些限制，發(fā)展了非破壞性測(cè)試方法，超聲波測(cè)試方法應(yīng)運(yùn)而生。本文首先對(duì)超聲平測(cè)法進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，然后結(jié)合某工程實(shí)例進(jìn)行了超聲波檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)研究，在獲取混凝土超聲聲速試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立起了混凝土測(cè)強(qiáng)回歸曲線，并作了比較分析，最終得到了可應(yīng)用于工程檢測(cè)的實(shí)用結(jié)論。

關(guān)鍵詞：超聲平測(cè)法；混凝土；強(qiáng)度；檢測(cè)；應(yīng)用

1 前言

混凝土強(qiáng)度是衡量其質(zhì)量好壞的關(guān)鍵指標(biāo)，因此尋找一種高效且準(zhǔn)確的檢測(cè)方法變得至關(guān)重要。超聲平測(cè)法正是基于這一需求而誕生的，其主要是利用超聲波在混凝土中的傳播速度與強(qiáng)度之間的相關(guān)性，通過(guò)測(cè)量超聲波在混凝土中的傳播速度，進(jìn)而推算出混凝土的強(qiáng)度。這種方法不僅操作簡(jiǎn)便、成本低廉，而且能夠在不破壞混凝土結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土強(qiáng)度的有效評(píng)估，為工程質(zhì)量的控制和安全保障提供了有力支持。

2超聲波平測(cè)法概述

超聲波平測(cè)法是一種利用超聲波檢測(cè)物體內(nèi)部缺陷或特性的方法。在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中，平測(cè)法通過(guò)設(shè)置兩個(gè)換能器A和B，當(dāng)換能器A發(fā)射的超聲波在混凝土中傳播時(shí)，部分超聲波會(huì)因?yàn)橛龅搅芽p或其它缺陷而反射，部分超聲波則會(huì)繞過(guò)缺陷繼續(xù)傳播，根據(jù)測(cè)量超聲波的傳播時(shí)間，可以推算出混凝土的強(qiáng)度。如果超聲波的傳播時(shí)間比預(yù)期長(zhǎng)，這可能意味著混凝土中存在裂縫或其他缺陷，從而降低了其強(qiáng)度。這種方法可以非破壞性地評(píng)估混凝土的強(qiáng)度，為工程質(zhì)量的控制和安全保障提供了重要依據(jù)。強(qiáng)度計(jì)算公式為：

強(qiáng)度 = a * Deq + b

其中，a 和 b 是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，Deq 是材料的等效直徑

3超聲平測(cè)法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

超聲平測(cè)法作為一種非破壞性檢測(cè)方法，在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

首先，超聲平測(cè)法可以通過(guò)測(cè)量聲波在混凝土中傳播的速度來(lái)推斷混凝土的密實(shí)度和質(zhì)量，從而間接評(píng)估混凝土的強(qiáng)度。其次，超聲平測(cè)法能夠快速、準(zhǔn)確地獲取大量數(shù)據(jù)，并且無(wú)需損壞被測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)，避免了二次損傷的可能性。再次，與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比，超聲平測(cè)法無(wú)需取樣送檢，操作簡(jiǎn)便，且能夠在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土的強(qiáng)度變化，為工程質(zhì)量控制提供了重要依據(jù)。因此超聲平測(cè)法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，為工程建設(shè)的安全和質(zhì)量保駕護(hù)航[1]。

在實(shí)際應(yīng)用中，超聲平測(cè)法還可以結(jié)合聲波透射率、頻譜分析等技術(shù)手段，更加全面地評(píng)估混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能。例如，利用聲波透射率可判斷混凝土內(nèi)部是否存在空洞、裂縫等缺陷，從而提前預(yù)警潛在安全隱患。同時(shí)通過(guò)頻譜分析可以對(duì)混凝土的材料特性進(jìn)行深入探究，進(jìn)一步提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

總之，超聲平測(cè)法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在非破壞性、快速準(zhǔn)確、全面評(píng)估等方面，為混凝土結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)和評(píng)估提供了有效手段。

4超聲平測(cè)法國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

超聲平測(cè)法在國(guó)內(nèi)外都受到了廣泛的關(guān)注和研究，其技術(shù)水平和應(yīng)用效果不斷提升，超聲平測(cè)法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。

在國(guó)內(nèi)，超聲平測(cè)法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)領(lǐng)域的研究

已經(jīng)取得了顯著成果。國(guó)內(nèi)的研究重點(diǎn)在于提高超聲平測(cè)法的檢測(cè)精度和可靠性，以及擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。例如，通過(guò)優(yōu)化超聲波發(fā)射和接收裝置，提高信號(hào)的穩(wěn)定性和清晰度；結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土強(qiáng)度更準(zhǔn)確地評(píng)估。

國(guó)外在建筑工程領(lǐng)域的科技發(fā)展水平較高，因此超聲平測(cè)法的技術(shù)研究和應(yīng)用實(shí)踐也相對(duì)成熟。國(guó)外的研究主要集中在超聲平測(cè)法的先進(jìn)技術(shù)和創(chuàng)新應(yīng)用上。例如，利用先進(jìn)的材料科學(xué)和傳感器技術(shù)，研發(fā)出更高性能的超聲波換能器；結(jié)合人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土強(qiáng)度的智能檢測(cè)和評(píng)估。

5超聲平測(cè)法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方面的應(yīng)用

5.1工程概況

某橋梁工程總建設(shè)長(zhǎng)度185m，寬度9m，跨徑70m，上部結(jié)構(gòu)為懸鏈線箱型梁，橋梁兩岸的引橋采用13m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁，如表1所示為預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁的設(shè)計(jì)參數(shù)。為了保障工程施工質(zhì)量，需對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，以為施工作業(yè)提供可靠的依據(jù)。

5.2超聲平測(cè)法測(cè)強(qiáng)試驗(yàn)

從工程實(shí)體結(jié)構(gòu)中選擇具有較強(qiáng)代表性的試件，包括流動(dòng)性混凝土、普通塑性混凝土及大流動(dòng)性混凝土等，對(duì)各等級(jí)混凝土同條件混凝土試件進(jìn)行同條件超聲聲速試驗(yàn)，分別在澆注側(cè)面、底面分別進(jìn)行平測(cè)、對(duì)測(cè)。對(duì)每個(gè)試件選取10個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，同時(shí)保證試件檢測(cè)面足夠平整、清潔、干燥，取各項(xiàng)超聲測(cè)試結(jié)果的平均值作為試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，其中異常數(shù)據(jù)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T4883-2008《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》進(jìn)行舍棄。

5.2.1平測(cè)測(cè)距選擇

混凝土強(qiáng)度超聲平測(cè)法檢測(cè)過(guò)程中，平測(cè)測(cè)距的選擇是一個(gè)關(guān)鍵步驟。測(cè)距的選擇應(yīng)基于被檢測(cè)混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸以及預(yù)期的缺陷類型，理論上測(cè)距越長(zhǎng)，能夠檢測(cè)到的缺陷深度也越大，但同時(shí)長(zhǎng)距離的傳播也會(huì)使超聲波受到更多的干擾，導(dǎo)致信號(hào)衰減和誤差增大。如果測(cè)距過(guò)短，雖然信號(hào)質(zhì)量可能較高，但可能無(wú)法檢測(cè)到較深層的缺陷，因此在選擇平測(cè)測(cè)距時(shí)，需要綜合考慮這些因素，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行權(quán)衡[2]。

實(shí)際操作中可以通過(guò)試驗(yàn)或模擬來(lái)確定最佳的測(cè)距。例如，可以在不同的測(cè)距下對(duì)同一混凝土樣本進(jìn)行檢測(cè)，然后分析得到的數(shù)據(jù)，選擇出最能夠準(zhǔn)確反映混凝土強(qiáng)度且信號(hào)質(zhì)量較好的測(cè)距。此外，為了提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，還可以采取一些措施來(lái)優(yōu)化測(cè)距的選擇，如使用頻率較高的超聲波、增加換能器的數(shù)量或采用其他輔助設(shè)備等。

試驗(yàn)結(jié)果表明，平測(cè)混凝土澆筑側(cè)面不同測(cè)距（200m～500mm）時(shí)的測(cè)強(qiáng)曲線，如圖1所示（其中pc-200表示平測(cè)側(cè)面且測(cè)距為200mm，其余類推）。

5.2.2側(cè)面與底面平測(cè)對(duì)比

混凝土強(qiáng)度超聲平測(cè)法檢測(cè)過(guò)程中，側(cè)面平測(cè)與底面平測(cè)是兩種不同的檢測(cè)方法，它們各自具有不同的優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景。

側(cè)面平測(cè)通常是在混凝土的側(cè)面進(jìn)行超聲波的發(fā)射和接收，這種方法適用于檢測(cè)混凝土側(cè)面或表面附近的缺陷。由于側(cè)面平測(cè)可以直接接觸到混凝土的側(cè)面，因此超聲波的傳播路徑相對(duì)較短，信號(hào)衰減較小，可以更準(zhǔn)確地檢測(cè)到近表面的缺陷，側(cè)面平測(cè)還可以更容易地檢測(cè)到與側(cè)面平行的裂縫或缺陷[3]。

底面平測(cè)則是在混凝土的底面進(jìn)行超聲波的發(fā)射和接收，適用于檢測(cè)混凝土底面及其附近的缺陷，底面平測(cè)可以通過(guò)在混凝土底面放置換能器，利用超聲波在混凝土內(nèi)部傳播的特性來(lái)檢測(cè)缺陷。底面平測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是可以檢測(cè)到混凝土底面及其附近的缺陷，特別是對(duì)于較厚的混凝土構(gòu)件，底面平測(cè)可以更加全面地評(píng)估混凝土的強(qiáng)度和質(zhì)量。

在實(shí)際應(yīng)用中，側(cè)面平測(cè)和底面平測(cè)可以相互補(bǔ)充，以更全面地評(píng)估混凝土的強(qiáng)度和質(zhì)量。例如，在檢測(cè)較厚的混凝土構(gòu)件時(shí)，可以先進(jìn)行底面平測(cè)，了解底面及其附近的缺陷情況，然后再進(jìn)行側(cè)面平測(cè)，以檢測(cè)側(cè)面和表面附近的缺陷。

本工程對(duì)同一混凝土試件的澆注側(cè)面、底面分別進(jìn)

行400mm測(cè)距的超聲聲速平測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，其中pd表示平測(cè)底面，pc表示平測(cè)側(cè)面。

由圖2可以看出，混凝土澆筑側(cè)面與超聲聲速平測(cè)數(shù)據(jù)的回歸測(cè)強(qiáng)曲線的乘冪更大，更有利于不同等級(jí)混凝土強(qiáng)度的判定。

5.2.3側(cè)面平測(cè)與側(cè)面對(duì)測(cè)對(duì)比

如前所述，側(cè)面平測(cè)通常是在混凝土的側(cè)面進(jìn)行超聲波的發(fā)射和接收，適用于檢測(cè)混凝土側(cè)面或表面附近的缺陷，這種方法簡(jiǎn)單易行，可以直接在混凝土的側(cè)面進(jìn)行操作，對(duì)于近表面的缺陷檢測(cè)效果較好。然而側(cè)面平測(cè)可能受到混凝土表面不平整、換能器與混凝土表面耦合不良等因素的影響，導(dǎo)致信號(hào)衰減或誤差增大。

側(cè)面對(duì)測(cè)則是在混凝土的兩個(gè)相對(duì)側(cè)面分別放置發(fā)射和接收換能器，通過(guò)測(cè)量超聲波在兩個(gè)側(cè)面之間的傳播時(shí)間來(lái)推算混凝土的強(qiáng)度。側(cè)面對(duì)測(cè)能夠檢測(cè)混凝土內(nèi)部的缺陷，尤其是對(duì)于較大的缺陷或裂縫，其檢測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確。此外，側(cè)面對(duì)測(cè)還可以減少表面不平整等因素對(duì)信號(hào)的影響，因?yàn)槌暡ㄔ诨炷羶?nèi)部傳播時(shí)受到的干擾較小。

總之，側(cè)面平測(cè)和側(cè)面對(duì)測(cè)在混凝土強(qiáng)度超聲平測(cè)法檢測(cè)過(guò)程中各有優(yōu)缺點(diǎn)。側(cè)面平測(cè)適用于近表面缺陷的檢測(cè)，操作簡(jiǎn)便但可能受表面條件影響；而側(cè)面對(duì)測(cè)則更適用于檢測(cè)混凝土內(nèi)部的缺陷，結(jié)果更為準(zhǔn)確但操作相對(duì)復(fù)雜。因此在選擇檢測(cè)方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體需求和場(chǎng)景進(jìn)行綜合考慮。

本次試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，其中pc表示平測(cè)側(cè)面，dc表示對(duì)測(cè)側(cè)面。由圖3可以看出，400mm平測(cè)與250mm對(duì)測(cè)的回歸測(cè)強(qiáng)曲線的乘冪相差不大，且平測(cè)略大于對(duì)測(cè)。

6超聲平測(cè)法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方面的發(fā)展趨勢(shì)

超聲平測(cè)法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)是向著多參數(shù)綜合評(píng)價(jià)、數(shù)據(jù)智能化處理和傳感器技術(shù)創(chuàng)新方向前進(jìn)的，這些趨勢(shì)的實(shí)現(xiàn)將有助于提高混凝土結(jié)構(gòu)評(píng)估的準(zhǔn)確性和效率，推動(dòng)該領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程實(shí)踐取得新的突破。

6.1多參數(shù)綜合評(píng)價(jià)

隨著混凝土工程的復(fù)雜化和多樣化，單一參數(shù)已不能完全反映混凝土結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將更加注重多參數(shù)綜合評(píng)價(jià)，結(jié)合超聲平測(cè)法與其他非破壞檢測(cè)技術(shù)，如電阻率法、聲發(fā)射技術(shù)等，來(lái)全面評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

6.2數(shù)據(jù)采集與處理智能化

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)超聲平測(cè)法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中將更加智能化。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)一步提升檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度。

6.3超聲波傳感器技術(shù)創(chuàng)新

超聲波傳感器作為超聲平測(cè)法的核心設(shè)備，其性能直接影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。未來(lái)的發(fā)展將聚焦于超聲波傳感器技術(shù)的創(chuàng)新，如微型化、高精度化和多功能化，以適應(yīng)不同混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)需求。

7結(jié)論

總而言之，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和優(yōu)化，超聲平測(cè)法的檢測(cè)精度和可靠性不斷提高，同時(shí)也在檢測(cè)深度和分辨率方面取得了顯著進(jìn)步。未來(lái)隨著智能化、自動(dòng)化技術(shù)的融合，超聲平測(cè)法有望在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1]陳玉環(huán).混凝土強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)施工檢測(cè)技術(shù)研究[J].居舍，2022（12）：58-60.

[2]王大勇.回彈超聲角測(cè)綜合法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（21）：106-110.

[3]王浩.建筑工程中的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的分析[J].四川水泥，2021（11）：37-38.