黄汉逵
（广东省高速公路有限公司湛江分公司，广东广州510000）
摘要：超声波技术是检测路面对超声波的反射状况而得到的相关数据，进而判断结构内部损坏情况的技术手段。随着公路、桥梁、隧道等结构物的大量建设，超声波以无破损、易操作、速度快等特点在公路质量检测中得到极为广泛的应用。
关键词：超声波；施工检测；应用
1公路工程试验检测的必要性
公路工程施工过程中，不仅要重视专业技术的应用，管理也是不可忽视的，尤其是在质量管理方面。公路工程试验检测工作在一定程度上决定了工程质量管理，是公路工程管理的一项重要手段。公路工程在施工之前首先要按照国家质量标准和设计文件的要求来试验鉴定进场的原材料、成品和半成品构件，根据试验结果来看是否需要采用它们，并且还能够为完善设计理念和施工工艺积累实践资料。根据测试，对下一阶段控制变量进行预测和制定调整方案，实现对结构的施工控制。从桥位放样到每一工序和结构部位的完成，均须通过试验检测判定其是否符合质量标准要求，经检验符合质量标准后方可进行下一工序施工。否则，就需要采取补救措施，更严重的要进行返工；试验检测又是评价工程质量缺陷和鉴定工程事故的手段。通过试验检测，为质量缺陷判定提供实测数据，以便准确判别质量缺陷和事故的性质、范围和程度，合理评价事故损失、明确事故责任，从中总结经验教训。
2超声波检测原理
采用超声脉冲波检测混凝土结构缺陷的基本原理是，利用脉冲波在技术条件相同的混凝土中传播的时间、接收波的振幅和频率等声学参数的相对变化，来判定混凝土的缺陷。由于超声脉冲波传播速度的快慢，与混凝土的密实程度有直接关系，对于原材料、配合比、龄期及测试距离一定的混凝土来说，若超声波通过的速度快，首波信号的波幅和频率大，则混凝土密实，相反则混凝土不密实。由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，脉冲波在混凝土中传播时，遇着蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰减，其中频率较高的成分衰减更快，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小或者频率谱中高频成分明显减少。再者经缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。根据以上原理，可以利用混凝土声学参数测量值和相对变化综合分析、判别其缺陷的位置和范围，或者估算缺陷的尺寸。
3超声波检测设备
3.1超声波检测仪的技术要求
3.1.1用于混凝土的超声波检测仪分为下列两类：
（1）模拟式：接收信号为连续模拟量，可由时域波形信号测读声学参数。（2）数字式：接收信号转化为离散数字量，具有采集、储存数字信号、测读声学参数和对数字信号处理的智能化功能。
3.1.2超声波检测仪应符合国家现行有关标准的要求，并在法定计量检定有效期限内使用。
3.1.3超声波检测仪应满足下列要求：
（1）具有波形清晰、显示稳定的示波装置。（2）声时最小分度为0.1μs。（3）具有最小分度为1dB的衰减系统。（4）接收放大器频响范围10~500kHz，总增益不小于80dB，接收灵敏度不大于50μV。（5）电源电压波动范围在标称值±10%的情况下能正常工作。（6）连续正常工作时间不小于4h。
3.1.4对于模拟式超声波检测仪还应满足下列要求：
（1）具有手动游标和自动整形两种声时读数功能。
（2）数字显示稳定。声时调节在20~30μs范围，连续1h，数字变化不大于±0.2μs。
3.1.5对于数字式超声波检测仪应满足下列要求：
（1）具有手动游标测读和自动测读方式。当自动测读时，在同一测试条件下，1h内每隔5min测读一次声时的差异应不大于±2个采样点。（2）波形显示幅度分辨率应不低于1/256，并具有可显示、存储和输出打印数字化波形的功能，波形最大存储长度不宜小于4kbytes。（3）自动测读方式下，在显示的波形上应有光标指示声时、波幅的测读位置。
3.2换能器的技术要求
3.2.1常用换能器具有厚度振动方式和径向振动方式两种类型，可根据不同测试需要选用。
3.2.2厚度振动式换能器的频率宜采用20~250kHz。径向振动式换能器的频率宜采用20~60kHz，直径不宜大于32mm。当接收信号较弱时，宜选用带前置放大器的接收换能器。
3.2.3换能器的实测主频与标称频率相差应不大于±10%。对于用水中的换能器，其水密性应在1MPa水压下不渗漏。
4超声波测试
4.1测试方法
本次检查孔为清水钻进，测试前先将换能器（纵波探头）放入孔底，向孔内注满清水。从孔底每间隔50cm，测读一组数据，测试数据存贮于计算机内供室内资料整理。测试工作按规程规范要求进行，工作过程中仪器性能稳定，测试时以水来实现换能器与孔壁岩体的偶合。
4.2数据处理
室内分别读出通道CH1及CH2的声时，并去除异常值，两接收换能器的距离已知本测试系统为20cm，输入后计算出双收纵波波速，并绘制双收纵波波速-孔深剖面。
4.3完整性判定
对岩体的完整性分类可以说明,岩体完整性类别越高,说明孔内岩体的裂隙、孔洞越不发育,注浆处理的效果越好（或岩体自身的完整性好）,反之则说明岩体的裂隙、孔洞发育。
4.4测试结果的影响因素
（1）横向尺寸效应：要求纵波速度应在无限大介质中测得。（2）温度和湿度：当环境温度在5～30℃情况下、因温度升高引起的速度减小不大。当环境温度在40～60℃度之间时，速度降低5%。（3）钢筋的影响：钢筋中超声传播速度比普通混凝土的高1.2~1.9倍。（4）骨料品种、粒径、含量的影响：超声波在骨料中的传播速度高于混凝土中的速度。因此，声道路上的粗骨料多，声速则高，反之则低。（5）水灰比和水泥用量的影响：随着水灰比的降低，混凝土的强度、密实度以及弹性性质相应提高，反之则降低。
4.5处理办法
由上可见，测试结果受到多方面因素的影响，因此如何消除这些影响对使用该法进行相关检测就显得至关重要。目前，国内外在超声检测混凝土强度的规程、方法以及建议中均须以一定数量的相同技术条件的混凝土试件进行校正实验，即预先建立强度校正曲线，然后用声速推算混凝土的强度，这样推算的强度值才能达到比较满意的精度。采用该方法适用于检测和试件相同技术条件下的混凝土制品的强度，测试精度高。并且由于采用了相同的材料制备的试件，因此在推算混凝土强度时，不存在影响因素，因而无须对试验结果进行修正。
5结论
公路工程质量一定要给予高度重视，超声波作为一种混凝土无损检测新技术，可以准确地确定出结构物强度，通过超声波的反射状况而得到的相关数据，判断结构内部损坏情况，从而为更好地对结构物实施维修加固提供了科学依据。