混凝土超声波检测实验
一、实验目的：
学习超声波检测仪的使用，掌握混凝土超声波检测的基本原理和方法。

掌握首波声时、振幅、频率测定的基本方法。

二、实验仪器及装置：
CTS-35A非金属超声波检测仪、超声换能器、混凝土试块。

三、实验原理：
超声波检测技术是利用超声波在物体传播中的反射、绕射和衰减等物理特性，测定物体内部缺陷的一种无损检测方法。

混凝土超声波缺陷检测，目前主要采用“穿透法”，即用发射换能器发射超声波，让超声波在所检测的混凝土中传播，然后由接收换能器接收，它将携带有关混凝土材料性能和内部结构等信息。

超声波在混凝土中传播的速度与混凝土的组成成分，混凝土弹性性质，内部结构的孔隙、密实度等因素有关。

混凝土弹性模量高、强度高、混凝土致密，超声波在混凝土中传播的速度也高，因此随混凝土强度不同，超声波传播的声速不同。

超声波在所检测的混凝土传播，遇到空洞、裂缝、疏松等缺陷部位时，超声波振幅和超声波的高频成分发生衰减。

超声波传播中碰到混凝土的内部缺陷时，由于超声波的绕射、反射和传播路径的复杂化，不同波的叠加会使波形发生畸变。

因此当超声波穿过缺陷区时，其声速、振幅、波形和频率等参数发生变化。

目前对混凝土的超声波检测主要是检测结构混凝土的强度，混凝土的密实度、有无空洞、裂缝等缺陷。

四、实验内容和步骤：
1.根据首波声时判定混凝土试块的强度。

由于混凝土试块的不均匀性，在每个混凝土试块的不同部位进行测试，取其平均值。

表1 混凝土强度与波速关系参考表
混凝土试块强度C25 C30 C35 C40 波速(m/s) 3500-3800 3700-4000 3900-4200 4100-4500
2.混凝土浅裂缝的检测
用平测法（斜测法）测量浅裂缝的位置及深度，如图1所示。

混凝土试块
图1 平测法测量浅裂缝位置及深度示意图
3. 混凝土不密实区和空洞的检测
用平面对测法（平面斜测法）测量混凝土空洞（或不密实区）的位置和大小，如图2所示。

图2 平面对测法测量混凝土空洞位置和大小示意图
混凝土空洞（或不密实区）尺寸的大小，由下面公式和图3所示。

)1)((212
-+=m
n t t l d r
式中r 为空洞半径，d 为换能器直径，l 为测距，t n 为绕空洞传播的最大声时， t m 为无缺陷混凝土平均声时。

图3 平面对测法测量混凝土空洞尺寸示意图
五、实验数据分析与处理
1. 混凝土块的强度测试
实验中用超声波测试了混凝土块的强度，在1，2，3处各测量三次取其平均值作为该混凝土的测试强度。

实验示意图如图4所示。

实验结果如表2所示。

表2 混凝土块测试波速
混凝土试块 1i =
2i =
3i =
平均 t m （um ）
32.1
31.3
31.3
31.6
试块厚度b=15cm ，波速s m v /8.4751106.3110156
2
=⨯⨯=
--，可以认为两测试混凝土块属于C40型。

T T R R r t m t n R
T l d
图4 混凝土块强度测试
2. 混凝土浅裂缝的检测
表3 脉冲波传播时间
1 2 3 平均 t m （us ） 35.7 38.5 37.3 37.167 t n （us ） 73.9
73.9
71.5
73.1
脉冲波在无缺陷混凝土块中传播的时间t m =37.167us ，绕过裂缝传播的时间t n =73.1us ，两换能器间距l =14cm ，则裂缝的深度为
cm 86.1112
2
=-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=
m n t t l h 3. 混凝土空洞的检测
T
T
R
R
A
B
C
D
图5平面对测法测量混凝土空洞位置和大小示意图
1 2 3 平均 空洞① t m （us ） 28.5 26.5 26.1 27.033 空洞② t m （us ）
30
换能器直径d =5cm ，测距l =15cm ，空洞半径r 理论
=4.5cm ；测得t m1 =27.033us ，
t m2 =30us ，t n =39.3us 。

cm 164.912121=⎪⎪⎪⎭
⎫ ⎝
⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=m
n t t l
d r
误差%6.103%1005
.45
.4-164.9r 11=⨯=
-=
理论
理论r r η cm 847.812121=⎪⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=m
n t t l
d r %6.96%1005
.45
.4-.8478r 11=⨯=
-=
理论
理论r r η。