超声波测试混凝土的基本方法声波在均匀的固体介质中传播时，特别是在金属中定向传播过程中，实际上并没有什么衰减，而在金属与空气界面上则几乎全被反射回来。

这就是利用声波来检测金属零部件均匀性和零件内是否有气孔、裂缝、铸造等缺陷的物理基础。

而混凝土超声探测亦是根据这一原理来研究混凝土的结构形态。

目前比较成功的方法有以下几种类型：（1）用超声波通过混凝土来判断混凝土内部结构的方法，叫透射法或穿透法；（2）用声波所产生的回波信号来研究混凝土内部结构及裂缝位置及波速叫反射法；（3）用声波的界面滑行波来研究岩体的下伏界面速度及界面位置的方法叫折射法；（4）用钻孔来了解混凝土内波速及结构特征随深度的变化，称为孔中测定法。

下面分别介绍各种方法工作的特点及使用条件.〔I〕透射波（直达波）法：混凝土超声波透射法，是一种简单而效果又是最好的探测方法•采用透射法发收、换能器机-电，电-机转换效率高，因而在混凝土中的穿透能力相对较强，传播距离相对较长，可以扩大探测范围。

透射波法可以获得较反射波法大几倍，较折射波法大几十倍的能量，因而波形单纯、清楚、干扰较小，初至清晰，各类波形易于辨认。

透射波法要求发射探头和接受探头之间的距离必须能够准确丈量，否则计算出来的误差值较大，反而影响了测量的精度。

当被测对象较破碎，或存在张裂缝时岩体对声波的衰减系数较大，以及做大距离测试,可采用锤击法。

这时接收仍可采用单片弯曲式换能器接收，其谐振频率以10千赫左右为宜。

因为在混凝土上加板的激发频率主频约在数千赫。

鉴于这时所测声时值较大，发射到接收的系统延时值在数微秒，可忽略，故不再计较t o的值。

〔U〕反射波（回波）法用发射、接收换能器检测混凝土质量。

超声波在混凝土中传播时，所遇到的每个波阻抗面上，都将发生反射、透射现象，在有几个波阻抗面存在时，则在每个界面上都将发生反射和透射。

这样我们在混凝土表面上可以观测到一系列依次到达的反射波如图1所示,反射波的强度不仅与入射波的强度有关外，而且决定界面的反射系数，即决定两种介质的声阻抗。

声波在介质中传播过程中，由于波前的发散作用和凝滞及阻尼等吸收作用，波内稀疏部分与压缩部分中间之热传导及辐射，以及反射波形成过程中都会使入射波的振幅随着传播的距离增加而迅速衰减，在均匀同性介质中，振幅随距离按指数规律衰减。

在各向异性介质中，振幅一方面要随距离衰减外，而且随着节理、层理、界面曲率、混凝土结构的破碎程度、裂缝的宽度和长度及与波传播的方向等因素有关，无一定规律的衰减，在计算时，这要看诸影响因素中起主导作用的是什么，抓住主要矛盾，再考虑其它因素。

混凝土不均匀或者由界面破碎等波阻抗面的不同所造成的反射波，当波阻抗面距离小于波形振动的延续面时，则往往造成两个波形振动带的干涉使之产生叠加，反射波多层薄层分辩率最好的位置是在发射探头附近，发射和接收探头距离过大，则往往使之浅层反射波振动带来严重干扰下层的反射波，这时超声波形图将是及其复杂而无法分辨的。

因此，在应用反射法时应注意以下几个问题：①接收探头应尽量靠近发射探头，因为这时波具有稳定的强度和一致的波形，这使得反射波容易追踪。

②在发射探头附近的测区内，反射波法可以分辨界面相距较近的反射波。

并且干扰最小。

③观测点距离发射探头不远时，反射波射线在方向上接近于反射面的法线。

因此上部混凝土中间分界面上折射的影响大大减少，这样就便于认识波形和提高解释的精度。

〔川〕折射法适用于表层混凝土有损伤〔W〕需要预先埋管或钻孔混凝土声波检测的实例1. 混凝土试件的超声波波速测试⑴确定换能器的频率，换能器选择的主要指标是频率，以及由频率计算出的波长入应满足小于混凝土样横向垂直声线方向尺寸D的2倍，考虑到接收信号的主频率会低于发射频率，因此要求D>（2~5）入，同时要求X>d（d为混凝土平均粒径）。

反过来确定换能器的频率f=V /入，f=（2〜5）V /D。

混凝土样品的测试，在声速可以穿透的情况下尽量选用频率高一些的换能器，因为这时会有好的指向性。

例如45kH z的纵波换能器，在声速为4000m/s的混凝土中，其波长入=0.09m,而混凝土试块的尺寸为0.15m X 0.15m, 即波长入不满足小于混凝土样横向垂直声线方向尺寸D的2倍这个条件，需要进一步提高换能器的频率。

此外，为保证换能器是良好的，有一定的电声和声电转换效率，其收发传输效率大于95%。

⑵系统的校零。

在测试之前，必须测试发射换能器、电路、接收换能器的系统延时值t 0,故每更换一次换能器需重复此项工作一次。

t 0的测试方法最简单的是对接法，即将收发换能器的辐射面间加黄油或凡士林作为偶合剂，并相互紧贴，将发射能量调到最小，读取这时的声时，即为t 0。

此外尚有标准棒法，即一个一定长度的铝棒或有机玻璃棒（试验中心现有的标准棒的时间为25.6卩s）,事先在精密仪器上标定了它的声波传播时间t n 时，测试标准棒的声波传播时间t m,则t 0=t m —t n，t n值已在棒上标出，故t 0可以获取，或直接调整声波仪的旋钮，使声波穿过标准棒的时间为tn。

当然还有长短棒法，即取同一段有机玻璃棒其直径应不小于50mm，截取25、50、75、100、120mm数段，分别用仪器依次测取其声波传播时间，如为t】、t2、t3、t4、t5，即可做时距曲线，或进行一元线性回归，即可测得t 0值，如果能够做到每次的偶合状态均达到最佳，那么所测得的t 0值，基本上与对接法相一致，其相互间的误差仅在0.1卩s内，即相当于一个耦合油层的声波传波时间。

⑶测取混凝土样品尺寸，一般可采用卡尺，其精度在0.02mm可满足要求，但对加工面是否平行应加考虑，方法是采取对混凝土样的两测试面间，改换位置多次测量，以求得两被测面中心点至中心点间的距离。

⑷混凝土超声波的判读与处理：我们主要通过波的到时，以及频率、周期、振幅、相位等定性定量数据，借以研究混凝土结构和岩体的基本物理力学性质。

①详细了解并掌握声波检查仪性能，充分利用仪器的某些特殊设计，如改变脉冲的宽度和输出发射电压的大小等，② 详细了解并掌握换能器的声波指向性，适当选择并安放收发换能器的位置及倾斜角 度。

③ 根据研究目的和波形特点，适当选取收、发探头的频率。

④ 换能器的电-声及声-电转换效率与换能器的输出输入阻抗匹配情况有很大影响。

应采用磨平探测点混凝土表面或加耦合剂的办法来改善换能器与混凝土的耦合状态。

⑤ 选择最佳的观测系统。

⑥ 消除干扰波。

通过实测取得一张 完整的波形剖面图后，就要对剖面进行 震相辨认，区分出直达纵波、直达横波、 反射波、折射波及其它各种转换波。

根据波的到时及波形特点，并计算 波速和研究各类波的所携带的有用信 息。

图1为透射法实测波形图。

从图上 可以看出：由时标可分别计算发射脉冲到接收探头之间纵波的初至点及时间间 隔，从而计算波速。

波形分析及震相的识别是在工作一开始就要考虑的问题，这一工作贯穿在整个 声波测试工作的始终。

如在选用探头和探头的安装上就应考虑到突出被测震相，其次要了 解各类波的震相特点和利用各类波的对比才能加以识别。

纵波初至时间的测定应尽量增大 放大器的增益，这样找到的波形起跳点“干净”。

在增大放大器的增益时，噪声也将随之 放大，测定起跳点时，应避免噪声的干扰等产生的误差。

在有高频成分干扰 P 波初至时，最好采用高频包络线与基准线（0线）的交点作为初至时刻。

当纵波 P 的初动不明显或初 动反向时，需要根据震相特点及波速，波速比等诸因素认真研究。

同时改变探头的耦合条 件和倾斜方向，力争使各测点初动方向一致。

横波初致时间的确定：由于 S 波的初致时间较晚，基本在P 波的续至区及其它界面波的干扰区内，因此 S 波的初至的测定是比较困难 的。

根据相关经验认为可采用如下措施：把放大器的增益尽量减少，使 P 波振幅几乎小到与水平基线重合的程度，这时在波列图上只能见到 S 波的振幅，这样可以大体上确定 S 波的起点。

然后，再加大增益，细找S 波的起始点。

一般情况下在S 波大振幅前面去找周期、 振幅、相位与P 波列不同的属S 波初至的震相。

也可根据纵横波速比值及理论时距曲线法 查找初至。

⑸仪器的声时准确度检查。

空气中声速的测试取常用平面换能器一对，接于声波仪 上，开机预热30min ，在空气中将两换能器辐射面对准，在变动两辐射面彼此相隔距离的 情况下（女口 0.1m 、0.15m 、0.20m 、0.25m 、0.30m 、0.35m 、0.40m ）,将接收信号尽可能放 大，测出相应于各间距的声时t l , t 2，t 3…..。

测量时应注意：换能器间距的测量误差应小 于或等于0.5%;换能器宜悬空相对，若置于地板及桌面上时，需在换能器下面垫以海绵块 或泡沫。

计算空气的声速：以换能器距离为纵坐标，声速读数为横坐标，将各组数据点绘 在直角坐标图上，各点应在一直线上。

在坐标纸上画出该直线，并算出直线斜率；即为空 气声速实测值V 1。

空气声速的标准值按公式V 2 = 331.4X 1 0.00367T （T 为测试时空气的温度）。

要求：空气声速的实测值V 1和标准值V 2的相对误差e r 不应大于土 0.5%，否则 仪器计时系统不正常。

e r =（V 1-V 2）/V 2 X 100%2混凝土缺陷检测在混凝土结构物的施工及使用过程中，往往会构成一些缺陷和损伤。

形成这些缺陷和 损伤的原因是多种多样的，一般而言，主要有 4个方面：初至相也初至点 图2（1） 施工原因，例如，振捣不足、钢筋网过密而骨料最大粒径选择不当、模板漏浆等所 造成的内部孔洞、不密实区、蜂窝及保护层不足、钢筋外露等；（2） 由于混凝土非外力作用形成的裂缝，例如，在大体积混凝土中因水泥水化热积蓄过 多，在凝固及散热过程中的不均匀收缩而造成的温度裂缝，混凝土干缩及碳化收缩所造成 的裂缝；（3） 长期在腐蚀介质或冻融作用下由表及里的层状疏松；（4） 受外力作用所产生的裂缝，例如因龄期不足即行吊装而产生的吊装裂缝等。

虽然形成缺陷和损伤的原因很多，但是缺陷和损伤的形成不外乎图 3所示的几种这些缺陷和损伤往往会严重影响结构 物的承载能力和耐久性，因此，是事故处 理、施工验收、陈旧建筑物安全性鉴定、 进行维修和补强设计的检测项目。

所谓混凝土探伤，就是以无损检测的 手段，确定混凝土内部缺陷的存在、大小、 位置和性质的一项专门技术。

超声波技术用于材料内部缺陷的探伤始于 时制成了第一台连续超声波探伤仪，它只能探测缺陷的有无，而无法确定缺陷的大小和位置。

1934年提出了用超声脉冲技术进行探伤。

在第二次世界大战中雷达技术迅速发展，采 用超声脉冲技术的相应仪器也随之日臻完善。

目前，在金属材料中已应用了超声显像、自 动报警等新技术，而且超声波全息照相技术也得到应用。