混凝土检测中超声法检测内部缺陷的技术要点详解

在混凝土结构质量检测中，超声法因非破损、精度高、操作便捷等特点，成为识别内部缺陷（如裂缝、空洞、疏松等）的核心技术之一。其原理是通过发射超声波穿透混凝土，接收并分析回波的声时、振幅、频率等参数变化，判断内部介质的连续性与均匀性。然而，超声法的检测效果高度依赖技术要点的把控——从仪器选择到现场操作，从参数分析到结果判定，每一步都需严谨规范。本文将围绕超声法检测混凝土内部缺陷的关键技术环节展开详细解析，为从业者提供实操层面的参考。

检测前的准备工作

检测前的准备是超声法精准度的基础，首先需全面收集构件信息：包括混凝土设计强度等级、浇筑时间、水泥品种、骨料类型及粒径、配筋情况（钢筋直径、间距、保护层厚度），以及外观可见缺陷（如表面裂缝、蜂窝、麻面）的位置与范围。这些信息不仅能帮助预判可能的内部缺陷类型（如大骨料集中区易出现疏松），还能避免超声检测时误判钢筋反射信号为缺陷信号。

其次是仪器校准。超声检测仪需使用标准混凝土试块（通常为200mm×200mm×200mm的立方体试块，强度与待检测构件一致）进行声时、振幅的校准。具体操作是将换能器紧贴试块相对面，重复测量3次声时，误差需≤0.1μs；振幅测量需确保接收信号的峰值振幅稳定，变异系数≤5%。若校准结果超出误差范围，需调整仪器的增益、发射电压等参数，或更换换能器。

最后是测区布置。测区应优先覆盖构件的可疑区域，如外观裂缝延伸处、浇筑冷缝位置、模板漏浆部位，以及荷载集中区（如梁的支座附近）。对于规则构件（如矩形柱），测区需均匀分布，相邻测区间距不超过500mm；测区大小以200mm×200mm为宜，便于换能器移动与声测线布置。需特别注意：测区应避开钢筋密集区（如柱的箍筋加密区），若无法避开，需记录钢筋位置，后续分析时扣除钢筋对声参数的影响。

超声波检测仪与换能器的选择要点

超声波检测仪的性能直接决定检测结果的可靠性，核心参数需关注三点：一是频率范围，混凝土检测常用50kHz-100kHz的仪器——低频（50kHz）适用于厚度＞500mm的厚大构件（如大坝、承台），穿透能力强但对小缺陷（如≤50mm的空洞）分辨率不足；高频（100kHz）适用于厚度200-500mm的构件（如梁、柱），能精准识别小缺陷但穿透深度有限。二是发射功率，厚构件需选择发射功率≥100W的仪器，确保超声波能穿透至构件内部；薄构件可降低功率，避免信号过强导致失真。三是接收灵敏度，需能捕捉到振幅≤1mV的微弱回波（如空洞边缘的散射信号），避免漏检。

换能器的选择需匹配仪器与构件特性。常用的压电陶瓷换能器分为双探头（透射法）与直探头（反射法），其中透射法因抗干扰能力强、结果稳定，更适合混凝土内部缺陷检测。换能器的频率需与检测仪一致：如检测200mm厚的梁，选择100kHz的双探头；检测800mm厚的承台，选择50kHz的双探头。换能器的直径也需适配：直径25mm的探头适用于小测区（如柱的角部），直径50mm的探头适用于大测区（如板的大面积检测）——直径大的探头发射的超声波束更宽，覆盖范围大但分辨率略低；直径小的探头波束窄，分辨率高但需更精准的定位。

耦合剂的选用与涂抹技巧

耦合剂的作用是排除换能器与混凝土表面的空气，确保超声波有效透射。常用耦合剂的特性差异需重点关注：黄油粘性强、不易流淌，适用于垂直面或顶面检测；甘油流动性好、声阻抗匹配性高，适用于水平面，但易蒸发；专用超声耦合剂兼顾粘性与流动性，且不易干燥，是优先选择的类型。需避免使用机油、水等耦合剂——机油易渗透进混凝土孔隙影响后续检测，水的声阻抗与混凝土差异大，会导致声能反射损失。

涂抹技巧的关键是“薄而均匀”。首先用砂纸打磨混凝土表面的浮浆、杂物，确保表面平整（粗糙度≤2mm）；然后取黄豆大小的耦合剂，用换能器底面均匀涂抹在混凝土表面，形成1-2mm厚的薄层——厚度过厚会增加超声波传播路径（声时偏大），过薄则无法填满表面微小孔隙（形成空气层，振幅下降）。涂抹后，将换能器垂直压在混凝土表面，施加约10N-20N的压力（相当于手指轻压的力度），确保耦合剂与表面完全贴合，无气泡产生。

特殊场景下的耦合剂处理需灵活调整：检测潮湿混凝土表面（如刚浇筑完的构件），可不用耦合剂（表面水分已充当耦合介质），但需擦干表面积水（积水过多会导致声时偏大）；检测高温混凝土（表面温度＞40℃），需选择耐高温耦合剂（如硅基耦合剂），避免普通耦合剂融化流淌；检测低温混凝土（表面温度＜5℃），需将耦合剂预热至15℃-25℃（如放在保温箱中），避免耦合剂凝固无法涂抹。

声测线布置的规范要求

声测线是超声法定位缺陷的关键，其布置需遵循“平行、等距、全覆盖”原则。透射法检测时，发射换能器（T）与接收换能器（R）需保持在同一直线上，且声测线方向与构件受力方向垂直（如梁的声测线沿横向布置，垂直于主筋方向），避免钢筋对超声波的反射干扰。声测线的间距需根据构件厚度调整：对于厚度L的构件，声测线间距s应满足s≤L/3（如L=300mm，s≤100mm），确保相邻声测线的检测范围重叠（重叠率≥30%），避免漏检小缺陷；对于厚大构件（L＞500mm），s可放宽至L/2（如L=1000mm，s=500mm），但需增加声测线数量以覆盖全截面。

规则构件的声测线需形成网格：比如矩形柱（尺寸400mm×400mm），可沿纵向（长度方向）每100mm布置一条声测线，横向（宽度方向）每100mm布置一条，形成4×4的网格，共16条声测线；每条声测线的发射与接收换能器间距固定（如300mm），移动时保持平行。对于圆形构件（如桩），声测线需沿圆周均匀布置（比如直径1m的桩，布置8-12条声测线），确保覆盖整个截面。

特殊缺陷的声测线布置需针对性调整：检测梁的裂缝深度（表面裂缝延伸至内部），需在裂缝两侧布置平行于裂缝的声测线（如裂缝左侧50mm一条，右侧50mm一条），并逐步增加声测线与裂缝的距离（如100mm、150mm），通过声时变化判断裂缝是否贯穿；检测浇筑冷缝（混凝土分层浇筑时的结合面），需沿冷缝方向布置垂直于冷缝的声测线（如冷缝长度3m，每50mm布置一条），通过振幅变化判断冷缝的结合质量（结合良好的冷缝振幅下降≤10%，结合不良的冷缝振幅下降≥30%）。

声参数的采集与记录注意事项

声参数的采集需遵循“重复、稳定、准确”原则，每个声测线点需连续测量3次，取平均值作为最终参数——若3次测量的声时变异系数＞5%或振幅变异系数＞10%，需检查耦合剂是否贴合、换能器是否偏移，重新测量直至稳定。采集时需注意：换能器需固定在声测线的标记点上（如用粉笔标记的位置），不能偏移（偏移＞5mm会导致声测线间距变化，声时误差增大）；发射与接收换能器的高度需一致（如都在构件的同一标高线上），避免超声波传播路径倾斜（路径变长，声时偏大）。

记录内容需详细完整，包括：构件编号、测区编号、声测线编号、测量点坐标（如相对于构件左上角的X=150mm，Y=250mm）、声时（μs）、振幅（mV）、频率（kHz）、波形截图。此外，需记录现场环境条件（如温度、湿度、风力）——温度对声速影响较大（每变化1℃，声速变化约0.6%），后续分析时需将声速修正至20℃；湿度＞80%时，需注意混凝土表面 moisture 对耦合剂的影响；风力＞3级时，需用橡胶垫垫在换能器下方（减少振动传递）。

异常值的识别是采集过程的重点：当某点声时比相邻点大20%以上（如相邻点200μs，该点240μs）、振幅小50%以上（如相邻点100mV，该点40mV）、频率小10%以上（如相邻点100kHz，该点85kHz），或波形出现畸变（如正弦波变锯齿波），需增加测量次数（如5次）并移动换能器位置（如左右各移5mm）重新测量，确认是否为真缺陷（而非耦合不良或换能器偏移导致的假异常）。

缺陷判定的核心参数分析

超声法判定缺陷需“多参数综合分析”，单一参数异常不能作为缺陷依据，需结合声时、振幅、频率、波形共同判断。首先是声时：声时延长说明超声波传播路径中存在缺陷（缺陷的声速比混凝土低，如空洞声速约340m/s，混凝土约4000m/s，路径变长导致声时延长）。其次是振幅：振幅下降说明声能被缺陷散射或反射（缺陷界面越不平整，振幅下降越多）。第三是频率：频率降低说明缺陷衰减了高频成分（小缺陷衰减高频，大缺陷衰减更多）。第四是波形：波形畸变（如主峰消失、副峰增多）说明缺陷存在（裂缝对应“双峰值”，空洞对应“多峰值”，疏松对应“低幅值杂波”）。

综合判定示例：某柱的声测线点（X=200mm，Y=300mm），声时250μs（相邻点200μs，延长25%），振幅30mV（相邻点100mV，下降70%），频率80kHz（发射100kHz，下降20%），波形出现多峰值——综合判断该点存在空洞缺陷；另一个点声时220μs（延长10%），振幅80mV（下降20%），频率95kHz（下降5%），波形正常——判定为耦合不良导致的假异常。

现场干扰因素的识别与排除

现场检测中，干扰因素会导致声参数异常，需准确识别并排除。首先是钢筋反射干扰：钢筋的声速（约5900m/s）远高于混凝土，超声波遇到钢筋会快速反射，导致声时缩短（比正常短10%-20%）、振幅增大（比正常大20%-50%）。识别方法：查看配筋图，确认该点是否在钢筋位置；若在，需将声测线向旁边移50mm（避开钢筋）重新测量。

其次是温度变化干扰：混凝土温度每变化1℃，声速变化约0.6%。识别方法：用红外测温仪测量表面温度，若偏离20℃±10℃，需用公式v20=vT/(1+0.006(T-20))修正声速（v20为20℃时的声速，vT为实测声速，T为表面温度）。

第三是耦合不良干扰：表现为声时延长、振幅下降，但波形正常。识别方法：重新涂抹耦合剂后测量，若参数恢复正常，说明是耦合不良；若仍异常，说明是缺陷。

第四是外部振动干扰：现场施工振动（如打桩机、卡车经过）会导致换能器振动，影响声参数采集。识别方法：观察仪器显示屏信号是否稳定，若波动，需暂停检测（等振动停止后）再继续，或用橡胶垫垫在换能器下方（减少振动传递）。