港口水工建筑混凝土结构微小裂缝超声波检测方法研究

韩晓亮

(惠州市惠城区水利水电工程质量监督站，广东 惠州 516001)

1 港口水工建筑混凝土结构微小裂缝超声波检测的必要性

1.1 超声波检测的含义

混凝土结构微小裂缝超声波检测，是利用超声波的特性，对混凝土结构进行穿透检测，属于无损伤探测检测技术，利用超声波检测设备的探头向目标构件借助耦合剂的作用发射超声波，让超声波在混凝土的内部进行反射和穿透，其中，结合不同的放射信号传输路径的时间差，来进一步推测混凝土内部构件的缺陷问题，根据超声波检测设备的显示屏中的相关数据进行分析，结合回波信号的高度、位置，可以判断混凝土建筑结构微小裂缝的程度、大小、位置、性质等相关内容。需要说明的是，超声波检测技术对于裂纹、未焊透或者未熔合的混凝土缺陷问题较为敏感，对气孔、夹渣等相关问题不太敏感，另外超声波检测技术的直观性较差，并且存在一定的误判几率，对于表面的缺陷问题检测不够敏感，通常被称为检测盲区。

1.2 超声波检测对于细小裂缝的重要性

通常，微小裂缝属于肉眼无法查看的裂缝，而细小裂缝对于港口水工建筑混凝土结构的影响极为严重，一方面，港口水工建筑常年饱受海水的侵蚀，对于混凝土建筑来说，本身具有一定的腐蚀性，另一方面，当港口水工建筑混凝土结构微小裂缝的产生，为海水的侵蚀作用创造了必要的环境，而大多数微小裂缝属于无法及时察觉的裂缝，利用超声波检测技术，可以实现对目标构件内部裂缝的及时发现，尤其是对混凝土内部钢筋等金属核心构件的检测，微小裂缝的发生，会为海水或者雨天提供进入到建筑内部的空隙，进而造成内部钢筋锈蚀的发生，不仅会影响到建筑的使用寿命，甚至严重时，还会造成更为致命的港口水工建筑的倒塌、塌陷、倾覆等灾难性事故，特别是防波堤与护岸等代表性建筑，常年遭受海水的侵蚀，会加剧建筑构件内部钢筋的腐蚀程度，而微小裂缝的发生，正是造成后续灾难性事故的主要原因。

2 混凝土结构微小裂缝超声波检测方法介绍

2.1 超声波检测方法的发展状况

利用超声波开展对港口水工建筑混凝土结构的检测，是借助超声波与建筑材料相互作用，并且以反射、投射、散射等相关内容开展对应研究，从而对建筑材料的微观组织状态、力学性能、材料缺陷等相关问题进行无损伤式的检测，通常分为穿透法、共振法、脉冲反射法。其中脉冲反射法术属于建筑材料缺陷检测最为常见的方式，对材料缺陷，以振动频率0.5-25Hz的短脉冲波及西宁发射检测，当建筑构件存在不同程度的抗组特性时，尤其是射入声波与反射声波存在不同程度的能量差距时，结合目标材料的密度、声速、体积等相关参数，以及反射信号的幅度高低、可以对检测目标的微小裂缝进行初步的判断，其中测量射入波与反射波的时差，可以确定检测构件反射点与射入点的实际具体。另外由于港口水工建筑混凝土结构的种类较多，不同的类型的时间，不同检测方向、检测位置、不同材料性质对应的检测条件以及检测要求都存在一定的差异性，因此对应的检测波形有纵向波、横波、瑞利波、兰姆波和爬波。大部分的港口水工建筑混凝土结构的微小裂缝是工作人员肉眼无法察觉的问题，务必需要借助超声波检测技术，采用特定的检测方式，结合对应的扫描路径、电子线路，从而得到混凝土构件裂缝缺陷问题的形态曲线以及裂缝位置。另外超声波检测技术，是基于无损特征检测方式的应用技术，裂缝的形态与超声波传递过程中的能量衰减具有极为密切的联系，同时与材料裂缝的微观组织的具体组成也存在一定的关联性。超声波检测还能够对混凝土建筑构件力学性能变化、材质下降等问题进行检测，其灵敏度较高。

随着现代科学技术的发展，对于混凝土结构不同深度的裂缝检测技术创新发展，迎来了新的蜕变，与传统检测方式的不同，新的检测技术可以实现将更深的裂缝有效检测，以相位变化法、横波法和冲击回波法为超声波检测技术的新型裂缝检测方法。文章结合相位变化法、横波法和冲击回波法为主要检测方式开展系统的研究，其中，检测对象为码头设施建筑，采用三种检测方式对码头设施建筑分别开展相应的微小裂缝检测。

2.2 相位变化法

相位变化法是借助，超声波波检测设备投射的检测波可以实现对检测目标物的扩散，进而产生声波位移变化的检测方式，其中当码头设施建筑没有发生微小裂缝时，其声波传递的路线属于标准路径，不会任何的位移变化，当声波遇见微小裂缝时，会产生不同程度的位移变化，位移变化的程度与裂缝的大小、深度、位置、性质等具有极为明显的联系。其中如图1所示，当声波穿过建筑设施时，初始波T发生不同程度的位移变化，当初始波T穿过金码头建筑物时，发生不同方向的折射，其中如(a)中显示，没有发生裂缝缺陷时，初始波T呈现单向波形，而当码头建筑物存在微小裂缝时，初始波T会发生位移变化，初始波T变为减弱波F，其折射方向存在较大的变化。根据波形的变化特征，如(b)所示，与(a)存在较大差距，当初始波T碰到其他板端时，其产生的波形为B1，与其有缺陷的波形存在明显差别。通过对(a)(b)(c)三种波形进行判断，从而进一步分析出码头建筑的缺陷问题。

图1 相位变化法检测码头建筑物不同情况下波形路径及波形波动图

相位变化法，不仅可以检测出建筑物内部是否存在不同程度的裂缝，还能根据相关计算公式探测到细小裂缝的深度。首先需要将检测装置中的能量检测器放置于裂缝两侧，利用换能器以及裂缝的间距α进行分析。当检测波的振幅发生180°的变化时，可以平移换能器，随着α变化，存在一个可以让首波出现位移变化的临界点，在临界点附近波形变化会极为敏感，同时在移动换能器后，首波振幅位移瞬间变化，其中在码头建筑物中的声波的变化角度与建筑的材质存在必然联系，根据反转临界点以及材料特性进行分析，进而可以计算出裂缝深度d。

2.3 冲击回波法

冲击回波法，采用直射探头将声波垂直入射工件待检测面进行检测的方法，通常也被称为纵波法，或者直射声束法，当上部探头对码头建筑进行检测时，码头建筑物没有裂缝缺陷时，那么超声波显示器只会显示初始波T和底波B，如图2中的(a)所示，进而可以发现初始波T和底波B仅仅是能量的损失关系，并且能量损失程度过小，当超声波显示器出初始波T和底波中出现F状的波形，则可以证明出码头建筑物中存在微小裂缝，如图中(b)中所示，当超声波显示器出初始波T和较大的F状波形时，如图中(c)中所示，则表明码头建筑存在较大的裂缝问题，需要对建筑物开展较大规模的维修作业。其中根据基频共振公式h=c/2f得出裂缝距离码头建筑一边的距离。其中h为厚度或者裂缝深度，c为混凝土中声波的传播速度，f为声波频率，单位为KHz，其中结合公式代表的各项系数，可以有效得出裂缝的具体深度[1]。该检测方法的应用，对于裂缝较深的建筑，起到明显的检测成效。

图2 冲击回波法检测码头建筑物不同情况下波形路径及波形波动图

3 对于港口水工建筑混凝土结构微小裂缝声波检测方法的注意事项

3.1 提升检测频率

由于港口水工建筑混凝土结构微小裂缝存在一定的模糊性，声波检测方式的应用，如图3为例，现代声波检测仪并不能实现一次性检测就能够实现对目标检测物完全的检测方式，因此需要在港口水工等相关建筑的检测环境中，增加超声波的检测频率，相关作业人员对检测的目标物进行标记和区分，明确相应的检测任务，对于存在模糊性的建筑物，可以实行多次的检测流程，一方面，超声波检测具有无损的检测优势，对于建筑的结构性能不会产生任何破坏效应，另一个方面，超声波检测技术开展多次检测后，可以实现更为精准的检测结果，从而降低一次性检测工作带来的检测漏洞，另外利用超声波检测工具时，相关的检测次数、检测位置要进行详细的记录，为后续的检测方案提供相应参考依据[2]。

图3 混凝土构件超声波检测仪

3.2 强化检测流程

众所周知，港口水工建筑混凝土结构的检测，相应的检测流程以及检测标准选用按照科学的要求开展相应的检测工作，作为检测人员，应该按照既定的规定开展检测工作，不少工作人员为了应付工作，对于检测流程的相关步骤，采用跨越式检测，尤其是检测结果存在一致性时，会降低对于目标建筑的警惕心理，进而造成检测方法的无效性，浪费了重要的检测机会。任何一项既定的检测流程，都是超声波检测法，根据大量的实验经验得出，因此其中的每一项步骤和检测流程，都是确保检测结果有效性的重要保障，任何改变检测路径的行为，都会直接或者间接影响到检测结果的真实性，从而造成超声波检测方法的形同虚设。

3.3 重视复检的重要性

复检，是基于对于已经查明的港口水工建筑混凝土结构微小裂缝的检测工作，一方面，需要确定裂缝的具体位置和数量，另一方面，需要借助复检的操作流程，提升超声波检测方式的有效性，避免出现“乌龙”检测结果的发生。复检，可以确保检测结果的有效性，从而为后续裂缝补救措施的应用，提供重要的参考依据，为建筑物开展裂缝解决措施的开展提供数据支持和理论支持。

4 结 论

综上所述，对于港口水工建筑混凝土结构微小裂缝超声波检测方式的研究，进行详细的阐述和分析，以较为先进的检测方式为核心，开展相关内容的分析和研究，为超声波检测技术的发展，提供一定的支持和帮助。