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
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。
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。
r=
12
(d+l(
tntm
)-1)
2
式中r为空洞半径，d为换能器直径，l为测距，tn为绕空洞传播的最大声时， tm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
15⨯10
-2-6
试块厚度b=15cm，波速v=块属于C40型。 31.6⨯10
=4751.8m/s，可以认为两测试混凝土
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
脉冲波在无缺陷混凝土块中传播的时间tm=37.167us，绕过裂缝传播的时间tn=73.1us，两换能器间距l=14cm，则裂缝的深度为
h=
l2
⎛tn t⎝m
⎫
⎪-1=11.86cm ⎪⎭
2
3. 混凝土空洞的检测
R
图5平面对测法测量混凝土空洞位置和大小示意图
换能器直径d=5cm，测距l=15cm，空洞半径rtm2 =30us，tn =39.3us。
⎛
⎛tn1
r1= d+l t2 ⎝m
⎝
2⎫⎫⎪
⎪-1=9.164cm ⎪⎪
⎪⎭
⎭
理论
=4.5cm；测得tm1 =27.033us，
误差η1=
r1-r理论
r理论
=
9.164-4.5
4.5
⨯100%=103.6%
⎛
tn1
r1= d+l t2 ⎝m
⎝2⎫⎫⎪
⎪-1=8.847cm ⎪⎪
⎪⎭
⎭
η1=
r1-r理论
=
8.847-4.5
⨯100%=96.6%
r理论
4.5