摘 要：根據(jù)超聲波檢測混凝土裂縫深度的原理，推導(dǎo)出換能器跨縫不對稱布置測量時裂縫深度的計(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)就是要測定裂縫的深度。應(yīng)用超聲波檢測混凝土裂縫深度是重要的方法之一，利用超聲波檢測裂縫深度的方法有：單面平測法、雙面斜測法、鉆空對測法，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法，但在使用單_向平測法檢測過程中常常受現(xiàn)場條件限制換能器不能跨縫正對稱布置測點(diǎn)。針對這個問題本文采用跨縫不對稱布置測點(diǎn)可以彌補(bǔ)測試面的不足。通過試驗(yàn)對平測法跨縫對稱布置、跨縫斜對稱布置、跨縫不對稱布置三種不同的測點(diǎn)布置方法進(jìn)行測量結(jié)果的對比分析，對實(shí)際裂縫采用平測法各不同測點(diǎn)布置與首波反轉(zhuǎn)法測量結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明跨縫不對稱布置測點(diǎn)足一種靈活、可行的測點(diǎn)布置方法。
1 超聲波單面平測法檢測原理
1．1 不跨縫的聲時測量
將T和R換能器置于裂縫附近同一側(cè)。以兩個換能器內(nèi)邊緣不同問距ľ 分別讀取聲時值t0f，以 ľ為縱軸繪、tof為橫軸繪制“時一距”坐標(biāo) （圖1）或用回歸分析的方法求出聲時與測距之間的回歸直線方程；
每測點(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 跨縫的聲時測量
如圖2，將T和R換能器分別置于以裂縫為對稱軸的兩側(cè)，以兩個換能器內(nèi)邊緣不同間距 
分別讀取聲時值 
，同時注意觀察首波相他的變化，裂縫深度按下式計(jì)算：
分別讀取聲時值 ，同時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
—不跨縫平測時第點(diǎn)超聲波實(shí)際傳播的距離
—脈沖波繞過裂縫傳播的時間（跨縫）
—無缺陷混凝土的聲時（ 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移動的不對稱布置如圖3。由三角關(guān)系有：
令A(yù)D=a，BD=
，CD=b得到跨縫小對稱布置測點(diǎn)時裂縫深度的計(jì)算公式：
，CD=b得到跨縫小對稱布置測點(diǎn)時裂縫深度的計(jì)算公式：
2 試驗(yàn)方法
2．1單面平測法檢測裂縫深度
?。?）先測定完好的無裂縫混凝土表面不同測距的聲時值，根據(jù)公式（1）計(jì)算出修正值a。
（2）按照以下方法布置跨縫測點(diǎn)：
?。╝）正交對稱布置：將T和R換能器置于以裂縫為軸線的對稱兩側(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 ，
?。╞）正交不對稱布置：將T和R換能器置于以裂縫為軸線的對稱兩側(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移動的不對稱布置（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)位置正交對稱布置測點(diǎn)找出首波反相點(diǎn)，計(jì)算裂縫深度；對實(shí)際裂縫以平測法計(jì)算的裂縫深度確定測點(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)級配。在試塊上預(yù)設(shè)2條垂直裂縫。試驗(yàn)時用DIGI200nd數(shù)顯回彈儀檢測試塊強(qiáng)度為22．8MPa。采用NM一3C非金屬超聲檢測分析儀檢測裂縫深度。測定不同測距無裂縫處的各聲時值及并計(jì)算出修正值a（見表1），跨縫不同測點(diǎn)布置各測量聲時值及計(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稱布置測點(diǎn)測試結(jié)果和跨縫正文對稱布置測點(diǎn)及斜交對稱布置測點(diǎn)的測試結(jié)果基本一致，而且跨縫不對稱布置測點(diǎn)測試結(jié)果相對實(shí)際裂縫深度的誤差也是比較小。
4 實(shí)例
用上述平測法中三種不同的測點(diǎn)布置方法與首波相位反轉(zhuǎn)法對實(shí)際裂縫進(jìn)行對比檢測：在一塊長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)層厚度測試儀進(jìn)行鋼筋位置測試，通過檢測此混凝土塊為索混凝土。測定不同測距無裂縫時的各聲時值及計(jì)算山修正值a（見表3），跨縫不同測點(diǎn)布置方法各測距的測量聲時值及測量結(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）。把不同的測點(diǎn)布置方法計(jì)算的測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的測試結(jié)果來看對實(shí)際裂縫三種跨縫不同測點(diǎn)布置的測試結(jié)果之間也是很接近的，同首波相位反相點(diǎn)測試結(jié)果的誤差也小，說明應(yīng)用跨縫不對稱布置測點(diǎn)對實(shí)際裂縫深度的測試結(jié)果足有效可行的。
5 結(jié)論
應(yīng)用超聲波平測法檢測混凝土裂縫深度時采用跨縫不對稱布置測點(diǎn)不但可以達(dá)到檢測裂縫深度的目的，還可以克服現(xiàn)場條件的限制。采用不對稱法布置測點(diǎn)更靈活；而采用斜交布置測點(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稱布置測點(diǎn)方法。
選取測點(diǎn)位置時．應(yīng)選擇測距范圍內(nèi)混凝土表面平整，無表面龜裂處，有必要時需要對測試面進(jìn)行打磨，使測試面平整， 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試結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外應(yīng)用超聲波檢測裂縫深度時測試結(jié)果都有誤差， 為了減小測量的誤差可以采用多種方法進(jìn)行測試，取各方法測試結(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試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
使刷超聲波檢測時要注意選擇適宜的波型比例，過大或過小都劉起波位置的判別帶來較大的誤差， 在計(jì)算縫深平均值時耍結(jié)合規(guī)程根據(jù)測試情況舍棄可能造成大誤差的測毋值，糾正測點(diǎn)越多其平均值越準(zhǔn)確的認(rèn)識誤區(qū)。
