摘 要：根據(jù)超聲波檢測(cè)混凝土裂縫深度的原理，推導(dǎo)出換能器跨縫不對(duì)稱布置測(cè)量時(shí)裂縫深度的計(jì)算公式。
關(guān)鍵詞：超聲波 裂縫深度混凝土
0 引言
混凝土結(jié)構(gòu)由于各種原因普遍存在裂縫。為了確定裂縫的危害性及制定相應(yīng)的補(bǔ)救措施。很關(guān)鍵的一點(diǎn)就是要測(cè)定裂縫的深度。應(yīng)用超聲波檢測(cè)混凝土裂縫深度是重要的方法之一，利用超聲波檢測(cè)裂縫深度的方法有：?jiǎn)蚊嫫綔y(cè)法、雙面斜測(cè)法、鉆空對(duì)測(cè)法，沖擊回波法，負(fù)波及首波相位反轉(zhuǎn)法和正波法。在實(shí)際工程中更常用的是單面平測(cè)法，但在使用單_向平測(cè)法檢測(cè)過(guò)程中常常受現(xiàn)場(chǎng)條件限制換能器不能跨縫正對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題本文采用跨縫不對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)可以彌補(bǔ)測(cè)試面的不足。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)平測(cè)法跨縫對(duì)稱布置、跨縫斜對(duì)稱布置、跨縫不對(duì)稱布置三種不同的測(cè)點(diǎn)布置方法進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的對(duì)比分析，對(duì)實(shí)際裂縫采用平測(cè)法各不同測(cè)點(diǎn)布置與首波反轉(zhuǎn)法測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明跨縫不對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)足一種靈活、可行的測(cè)點(diǎn)布置方法。
1 超聲波單面平測(cè)法檢測(cè)原理
1．1 不跨縫的聲時(shí)測(cè)量
將T和R換能器置于裂縫附近同一側(cè)。以兩個(gè)換能器內(nèi)邊緣不同問(wèn)距ľ 分別讀取聲時(shí)值t0f，以 ľ為縱軸繪、tof為橫軸繪制“時(shí)一距”坐標(biāo) （圖1）或用回歸分析的方法求出聲時(shí)與測(cè)距之間的回歸直線方程；
每測(cè)點(diǎn)超聲波實(shí)際傳播距離1 為：
式中 
－第i點(diǎn)的超聲波實(shí)際傳播距離（mm）
－第i點(diǎn)的超聲波實(shí)際傳播距離（mm）
－第i點(diǎn)的R、T換能器內(nèi)邊緣間距（mm） a－“時(shí)一距”圖中
軸的截距或回歸直線方程的常數(shù)項(xiàng)（mm）
軸的截距或回歸直線方程的常數(shù)項(xiàng)（mm）1．2 跨縫的聲時(shí)測(cè)量
如圖2，將T和R換能器分別置于以裂縫為對(duì)稱軸的兩側(cè)，以兩個(gè)換能器內(nèi)邊緣不同間距 
分別讀取聲時(shí)值 
，同時(shí)注意觀察首波相他的變化，裂縫深度按下式計(jì)算：
分別讀取聲時(shí)值 ，同時(shí)注意觀察首波相他的變化，裂縫深度按下式計(jì)算：
式中： 
—裂縫深度
—裂縫深度
—不跨縫平測(cè)時(shí)第點(diǎn)超聲波實(shí)際傳播的距離
—脈沖波繞過(guò)裂縫傳播的時(shí)間（跨縫）
—無(wú)缺陷混凝土的聲時(shí)（ 跨縫） 根據(jù)上述超聲波傳播原理，將T和R換能器置于裂縫兩側(cè)，換能器T固定。換能器R移動(dòng)的不對(duì)稱布置如圖3。由三角關(guān)系有：
令A(yù)D=a，BD=
，CD=b得到跨縫小對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)時(shí)裂縫深度的計(jì)算公式：
，CD=b得到跨縫小對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)時(shí)裂縫深度的計(jì)算公式：
2 試驗(yàn)方法
2．1單面平測(cè)法檢測(cè)裂縫深度
?。?）先測(cè)定完好的無(wú)裂縫混凝土表面不同測(cè)距的聲時(shí)值，根據(jù)公式（1）計(jì)算出修正值a。
?。?）按照以下方法布置跨縫測(cè)點(diǎn)：
?。╝）正交對(duì)稱布置：將T和R換能器置于以裂縫為軸線的對(duì)稱兩側(cè)，兩換能器中心連線垂直于裂縫走向。按照公式（3）進(jìn)行計(jì)算裂縫深度d ，
?。╞）正交不對(duì)稱布置：將T和R換能器置于以裂縫為軸線的對(duì)稱兩側(cè)。兩換能器中心連線斜交于裂縫走向，按照公式（3）進(jìn)行計(jì)算裂縫深度d ；
?。╟）斜交對(duì)稱布置：將T和R換能器置于裂縫兩側(cè)，換能器T固定，換能器R移動(dòng)的不對(duì)稱布置（見圖3）。兩換能器中心連線垂直于裂縫走向，按照公式（4）進(jìn)行計(jì)算裂縫深度d 。
2．2 首波相位反轉(zhuǎn)法
對(duì)實(shí)驗(yàn)試件裂縫深度已知，根據(jù)裂縫深度和首波相位反轉(zhuǎn)法判定裂縫深度的原理在相應(yīng)位置正交對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)找出首波反相點(diǎn)，計(jì)算裂縫深度；對(duì)實(shí)際裂縫以平測(cè)法計(jì)算的裂縫深度確定測(cè)點(diǎn)位置找出首波反相點(diǎn)，計(jì)算裂縫深度。
3 結(jié)果分析
本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)試塊： 配合比為水泥396kg、水186kg、砂1013kg、石800kg，水灰比為0．47。材料用蘭州五泉山牌早強(qiáng)型32．5號(hào)水泥，蘭州的砂，砂含泥量 3．6%，細(xì)度模數(shù)為2．6。臨洮的石子，石子最大粒徑31．5mm，連續(xù)級(jí)配。在試塊上預(yù)設(shè)2條垂直裂縫。試驗(yàn)時(shí)用DIGI200nd數(shù)顯回彈儀檢測(cè)試塊強(qiáng)度為22．8MPa。采用NM一3C非金屬超聲檢測(cè)分析儀檢測(cè)裂縫深度。測(cè)定不同測(cè)距無(wú)裂縫處的各聲時(shí)值及并計(jì)算出修正值a（見表1），跨縫不同測(cè)點(diǎn)布置各測(cè)量聲時(shí)值及計(jì)算結(jié)果（見表2）。
由表2的計(jì)算結(jié)果我們可以看出采用跨縫不對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果和跨縫正文對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)及斜交對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果基本一致，而且跨縫不對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果相對(duì)實(shí)際裂縫深度的誤差也是比較小。
4 實(shí)例
用上述平測(cè)法中三種不同的測(cè)點(diǎn)布置方法與首波相位反轉(zhuǎn)法對(duì)實(shí)際裂縫進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)：在一塊長(zhǎng)1.4米，寬0．8米，厚0．5米的混凝土塊上發(fā)現(xiàn)2條裂縫．采用Scanlog混凝土保護(hù)層厚度測(cè)試儀進(jìn)行鋼筋位置測(cè)試，通過(guò)檢測(cè)此混凝土塊為索混凝土。測(cè)定不同測(cè)距無(wú)裂縫時(shí)的各聲時(shí)值及計(jì)算山修正值a（見表3），跨縫不同測(cè)點(diǎn)布置方法各測(cè)距的測(cè)量聲時(shí)值及測(cè)量結(jié)果（見表4）。注意觀察首波相位的變化，找出首波反相臨界點(diǎn)，根據(jù)首波相位反向點(diǎn)計(jì)算裂縫深度，深度值（見表4）。把不同的測(cè)點(diǎn)布置方法計(jì)算的測(cè)試深度與首波相位反向點(diǎn)計(jì)算裂縫深度進(jìn)行比較。
從表4的測(cè)試結(jié)果來(lái)看對(duì)實(shí)際裂縫三種跨縫不同測(cè)點(diǎn)布置的測(cè)試結(jié)果之間也是很接近的，同首波相位反相點(diǎn)測(cè)試結(jié)果的誤差也小，說(shuō)明應(yīng)用跨縫不對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)對(duì)實(shí)際裂縫深度的測(cè)試結(jié)果足有效可行的。
5 結(jié)論
應(yīng)用超聲波平測(cè)法檢測(cè)混凝土裂縫深度時(shí)采用跨縫不對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)不但可以達(dá)到檢測(cè)裂縫深度的目的，還可以克服現(xiàn)場(chǎng)條件的限制。采用不對(duì)稱法布置測(cè)點(diǎn)更靈活；而采用斜交布置測(cè)點(diǎn)可以讓換能器布置不與鋼筋平行， 這樣更好地減少鋼筋對(duì)超聲波的影響。在實(shí)際工程中應(yīng)推廣采用便捷的跨縫不對(duì)稱布置測(cè)點(diǎn)方法。
選取測(cè)點(diǎn)位置時(shí)．應(yīng)選擇測(cè)距范圍內(nèi)混凝土表面平整，無(wú)表面龜裂處，有必要時(shí)需要對(duì)測(cè)試面進(jìn)行打磨，使測(cè)試面平整， 這樣換能器表面與混凝土表面之間才能保持良好的耦合以提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外應(yīng)用超聲波檢測(cè)裂縫深度時(shí)測(cè)試結(jié)果都有誤差， 為了減小測(cè)量的誤差可以采用多種方法進(jìn)行測(cè)試，取各方法測(cè)試結(jié)果的平均值作為裂縫的深度，不但可以相互自檢還可以提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
使刷超聲波檢測(cè)時(shí)要注意選擇適宜的波型比例，過(guò)大或過(guò)小都劉起波位置的判別帶來(lái)較大的誤差， 在計(jì)算縫深平均值時(shí)耍結(jié)合規(guī)程根據(jù)測(cè)試情況舍棄可能造成大誤差的測(cè)毋值，糾正測(cè)點(diǎn)越多其平均值越準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。
