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一种新型混凝土缺陷测试方法
关键词：大体积混凝土；超声波；球形探头；埋置式；无损检测；核电站
摘 要：在我国在建和待建的核电站中，存在大量的大体块混凝土结构及其他形式的复杂混凝土结构，利用传统的超声波测混凝土缺陷方法测试这些结构的内部缺陷存在一定的困难。针对这种检测需要，设计了一种新型混凝土缺陷测试方法，采用能够向四周空间均匀发射超声波的球形埋置式超声波探头，在结构内部组成阵列布置，相互之间收发超声波信号，或与外部手持式平面超声波探头搭配使用，从而分析混凝土内部的密实度状况。
0 前言
超声法检测混凝土缺陷是利用超声脉冲波在技术条件相同（指混凝土原材料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中传播的速度、接收波首波振幅和接收信号频率等声学参数相对变化的原理，来判定混凝土的缺陷。若结构某部分混凝土存在缺陷，通过该处的超声波只能绕过裂缝或空洞传播到接收换能器，由于传播路程的增长，声时明显偏长（即声速明显降低）、波幅和频率明显降低。另外，由于空气的声阻抗率小于混凝土的声阻抗率，超声脉冲波在混凝土中传播时，遇到空洞、裂缝等缺陷便在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰减，而其中频率较高的成分衰减更快，因此，接收信号的波幅明显减少。再者，经过缺陷反射或绕过缺陷传播的超声脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。由此，采用超声波对相同条件下混凝土进行声时、波幅、主频等参数的采集，对其变化进行综合分析，可判别混凝土结构缺陷的位置及范围等[1]。
作为传统的混凝土缺陷检测技术，超声法已经比较成熟，这种检测方法仪器操作简便、测试准确率高、设备成本较低，因此，应用范围十分广泛。目前，应用较多的检测方法有平面对测法、平面斜测法以及钻孔测试法[2]，其中，平面对测法适用于具有两对平行测试面的构件检测；平面斜测法适用于具有一对平行测试面的构件检测；钻孔法适用于测距较大的构件检测，但此方法对结构本体会造成一定程度的损伤。上述各种检测方法所适用的范围各不相同，但都由于对测试面的需求或对测距的需求而具有一定的操作局限性。针对大体积的复杂混凝土构件，有时由于测距过长，超声波信号衰减过大，无法测得有效数据来为分析混凝土内部密实性提供支持，或在某些场合由于被测构件所在部位较难到达，从外部难以进行测试操作。因此，需要一种通用的测试手段来弥补这些传统检测方法的局限性。
针对传统混凝土结构缺陷检测手段的局限性，设计了一种新型超声波检测混凝土缺陷的方法，该法采用专门开发的用于预埋在混凝土结构内部的球形埋置式超声波探头作为核心部件，此种探头可与结构外表面的手持式平面超声波探头或与内部埋置的其它球形探头组成检测系统，进行超声波信号的收发。根据球形探头的特点，结合试验的效果以及相关混凝土结构的特点，设计了可用于大体积及复杂混凝土结构缺陷检测的技术方案，并在核电站安全壳钢板混凝土缺陷检测中得到应用。
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