关于超声检测中的几个问题

南京水利科学研究院  罗骐先

 一、超声法及综合法测强

1.测量精度问题

混凝土强度~声速关系为f=avb ，这是幂函数。由误差传递分析可知：

 δf=bδv                                                              （1）

式中 δf、δv分别为强度与声速的最大相对误差；

      b 为相关式中的回归系数，通常为4~6之间。

这就是说，声速测量误差或其波动所引起计算强度误差或波动要大4~6倍。如果希望由声速测量引起的推算强度的误差不超过10%（还有相关曲线带来的误差），则声速测量的误差应控制在范围内，平均为2.2%。要求δv为2.2%，而声速v=，因为δv=δl+δt，若距离的测量误差以1%计，则声时的最大误差δt=δv-δt=2.2-1.0=1.2%。

1.2%的准确度是很高的，长距离测量时问题不大，短测距时则应认真对待。例如，测15cm试件，声时为30μS ，要达到1.2%的准确度，声时测量的绝对误差应小于30×1.2%=0.36μS。正因为如此，有一系列问题要注意：

（1）超声仪测时最小分度应为0.1μS；（2）测读声时时首波起点要仔细对准；（3）t0要标定准；（4）各种影响测量结果的因素，如测距、混凝土湿度、探头频率等影响都应考虑。

2.估计强度的变化

缺陷处的强度（不是泥砂）可按（1）式进行粗略估计，即：

声速减少1%，强度降低5%。

二、超声测试中的标准差与离差系数问题

1.分组抽样与单个抽样的标准差与离差系数

二者是不同的（图1），但有以下关系：

S组=；CV组=                                     （2）

式中  S单、CV单——单个抽样的标准差、离差系数

      S组、cV组—分组抽样的标准差、离差系数

          n——每组中试件个数

当n=1，S组= S单，n越大，二者差别越大

2.超声测试获得的计算强度标准差是分组抽样的结果，取样试件是单个抽样的结果，二者是不同的，不能套用。测距越大，差别也越大。

二者关系如（2）式：CVˊ/ CV=1/

更不能用波速的标准差或离差系数来评判混凝土的匀质性。如前所述，波速的标准差或离差系数比强度标准差或离差系数小“b”倍。只能用于同测距下的相对比较。

三、关于不同类型的波

1. 不同类型波的波速

超声探头振动会发出各种类型的波。屏幕上的波只有正、负和振幅大小之分，如何来识别判断？不同类型的波其速度不同：

纵波速度 VP=                                            （3）

横波速度VS=                                                  （4）

表面波速度VR=                                              （5）

式中ρ——密度；E—— 杨氏模量；σ——泊松比

                                                           （6）

一般固体σ在0.3左右，，混凝土σ在0.2-0.3左右， -1.87，因为

VR≈0.9VS，VP≈（1.8-2.0）VR

2.测试中的波形：

对测                             

四. 用普通纵波探头测定表面波波速及弹性模量

1.用平测法进行多点测试，在坐标图上可获得二条直线，它们的斜率分别是混凝土纵波波（图5）

速、表面波波速。根据这二个波速，可求解

得混凝土的弹性模量和泊松比。

2.关于双探头测厚

如下图6所示，利用双探头测量，认为接收波中振幅

增大点是底面反射波的初至点，测定声时，从而计算出

厚度h值。

若忽略表面波，认为凡振幅突然增大并反相的波是底面反射波的到达是不全面的。若混凝土的按1.9计，当AB+BC<1.9AC时，波形突然增大和反相应是表面波的到达。当AB+BC=1.9AC时，底面反射波与表面波同时到达，此时，α角为58.5o，AC=1.2h。双探头测厚时，探头测距应大于板厚的1.2倍以上。

五、声测法灌注桩的几点体会

1.声测管接头的影响

振幅骤减，声时增大。

特点：（1）只有一个测点；（2）影响二个测试面；（3）探头扶正器可探测到。

2.斜测的重要性

声测管处常挂泥团，通过斜测（图7）可避免误判为成层状缺陷。

进一步发展就是层析成象（CT图）。图8是灌注桩中的一段的CT图。

图中红色区域正是泥砂团，声速3700m/s。

3.二项指标判断

灌注桩检测中测量二项声学参数：声速和振幅。应充分利用这二项参数进行判断。

混凝土离析，石子沉降，砂浆多，声速低，但振幅不低，混凝土强度并不一定低。振幅低，声速不低，往往是混凝土气泡多，不一定是严重缺陷。只有声速、振幅均突降，才是夹泥、沉渣与断层。

5.波形反相：

探头靠声测管壁会发生这种情况，应加扶正器。

6.6db规定太严

测桩规程中把振幅小于平均振幅6db视为缺陷，似乎太严。新修订的测缺规程未采用。

7.尽量不要提测定强度，因为管距不准，波速测值有误差，相关曲线也没有。

图 8 灌注桩扫描测试及CT图

六、低应变测桩的波速、超声测试波速、应力波波速

超声测试是体波，边界条件是被测试体的横截面尺寸〉〉波长。超声测试中波速为10cm左右。纵波波速 VP=。

低应变测桩是声波在杆件中传播，边界条件是横截面尺寸〈〈波长。此时波长为10多m。纵波波速 V0=，比超声测试的波速小许多。

以杆件中的波速按超声测试的f—v关系推算强度是不对的。

块体（半无限大）中应力波波速与超声测试的波速关系大致为：

V应=（0.9~0.95）V超 。应力波速度略低与应力波频率低有关。

参考文献

(1)罗骐先，关于超声仪测读方法、测距及频率对声速测值影响的研究，混凝土及加筋混凝土，1986，4

（2）罗骐先，用超声综合法测量混凝土强度时强度的评定问题，混凝土及加筋混凝土，1988，3

（3）混凝土无损检测技术，中国建材工业出版社，1996，北京

（4）罗骐先，J.邦格，用纵波换能器测量混凝土表面波速度及动弹性模量，（英）结构与建筑材料，1996，第五届全国建筑工程无损检测技术学术会议论文集，1995