混凝土建筑結(jié)構(gòu)的超聲檢測(cè)方法

混凝土強(qiáng)度的超聲檢測(cè)方法白洪源前言隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)土木工程發(fā)展勢(shì)頭迅猛。與此同時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量亦有著更高層次的要求，不僅體現(xiàn)在擬建建筑上，而且對(duì)已建結(jié)構(gòu)的當(dāng)前性能給予了更多的關(guān)注?；炷潦且环N多相混和材料，由于其復(fù)雜的成型工藝（包括配料、攪拌、成型和養(yǎng)護(hù)等工序），其質(zhì)量控制是一個(gè)系統(tǒng)工程。即使質(zhì)量管理非常好的結(jié)構(gòu)，亦會(huì)因?yàn)榉侨藶橐蛩睾头强煽匾蛩氐挠绊懀诨炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)部形成較多的初始缺陷，如局部不密實(shí)、空洞區(qū)等。更何況對(duì)于我國(guó)量大面廣的建筑，做到“個(gè)個(gè)工程皆精品”是不現(xiàn)實(shí)的，除去一些故意為之的因素，有時(shí)亦會(huì)由于人為的疏忽或者設(shè)備的限制，出現(xiàn)漏振、漏漿或者粗骨料架在鋼筋骨架上的現(xiàn)象，必然會(huì)形成局部的蜂窩或空洞；混凝土本來(lái)就是一種帶裂縫工作的材料，施工、設(shè)計(jì)和使用方面的原因會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。由于工程結(jié)構(gòu)在建設(shè)及使用期間存在著上述的誘發(fā)損失的不安全因素，因此，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷是非常有意義的且重要的。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件損傷檢測(cè)的手段和方法很多，各自的特點(diǎn)和適用條件也不相同。一般分為破損檢測(cè)技術(shù)、半破損檢測(cè)技術(shù)和無(wú)損檢測(cè)技術(shù)三類，但是由于無(wú)損檢測(cè)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，是目前主要的檢測(cè)技術(shù)手段。超聲檢測(cè)是近年來(lái)發(fā)展最快的一種無(wú)損檢測(cè)手段，已得到廣泛應(yīng)用。本文擬對(duì)超聲檢測(cè)在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的應(yīng)用做一初步的介紹。建筑結(jié)構(gòu)超聲檢測(cè)的歷史超聲波是指頻率在入耳聽(tīng)聞以上的在連續(xù)介質(zhì)中傳播的彈性波。人們?cè)缇蛷拇笞匀恢械玫絾⑹?，利用超聲波可以探測(cè)目標(biāo)，如蝙蝠在黃昏時(shí)通行自如而不撞擊墻壁和樹(shù)木，海豚在水中可以準(zhǔn)確地跟蹤捕捉目標(biāo)，都是因?yàn)樗麄兙哂邪l(fā)射和接收超聲波的功能。后來(lái)，在航海中人們就用超聲波探測(cè)冰山J2.1超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷史[1~4]超聲技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用在上世紀(jì)二十年代發(fā)展是很迅速的。強(qiáng)超聲波在上世紀(jì)二十年代首先被報(bào)導(dǎo)用于空化、加熱、乳化和浮動(dòng)。超聲波用于混凝土的無(wú)損檢測(cè)始于上世紀(jì)40年代末。1949年加拿大的Leslie和Cheesman、英國(guó)的Jones等應(yīng)用超聲脈沖進(jìn)行混凝土檢測(cè)獲得成功。在本世紀(jì)七八十年代，由于超聲全息、回波頻譜分析、超聲探頭和大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化超聲檢測(cè)和超聲成像技術(shù)變成了熱點(diǎn)。另一方面，由于各種新型材料，特別是高性能功能材料的發(fā)展（如先進(jìn)復(fù)合材料，功能陶瓷材料，微電子材料等），使得超聲檢測(cè)廣泛地用于材料的物性評(píng)價(jià)和工程壽命評(píng)估，超聲檢測(cè)技術(shù)與斷裂力學(xué)和材料科學(xué)發(fā)生了更加深入密切的聯(lián)系，在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣闊的用武之地。我國(guó)于20世紀(jì)50年代后期開(kāi)始進(jìn)行這項(xiàng)技術(shù)的研究應(yīng)用。魏墨盒教授首先開(kāi)始了混凝土超聲檢測(cè)方法的研究，試驗(yàn)研究了混凝土強(qiáng)度及配合比參數(shù)與超聲脈沖速度、衰減系數(shù)等聲學(xué)參數(shù)的關(guān)系。60年代初主要是應(yīng)用超聲脈沖法進(jìn)行裂縫探測(cè)及應(yīng)用專用曲線進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，大量引進(jìn)前蘇聯(lián)及東歐國(guó)家的研究成果。與此同時(shí)，在對(duì)測(cè)強(qiáng)時(shí)影響因素的消除和測(cè)缺時(shí)的判別依據(jù)都有創(chuàng)新性的成果。70年代后期以及80年代超聲檢測(cè)技術(shù)得到了快速發(fā)展，在測(cè)強(qiáng)、測(cè)裂縫和測(cè)缺陷方面都取得了一系列首創(chuàng)性的成果，包括各種影響因素的研究及修正、缺陷判據(jù)法的發(fā)展及完善等。隨著超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，研究深度不斷加深，其中80年代中期的一個(gè)應(yīng)用方面的重大發(fā)展是用超聲法檢測(cè)混凝土灌注樁，于1984年首次應(yīng)用。與此同時(shí)，制訂了超聲檢測(cè)的相關(guān)技術(shù)規(guī)程，對(duì)其普及應(yīng)用起到巨大的推動(dòng)作用。90年代以來(lái)，超聲檢測(cè)技術(shù)的最大進(jìn)展在于對(duì)檢測(cè)結(jié)果分析技術(shù)方面，例如在測(cè)缺技術(shù)方面，其分析判斷方法由經(jīng)驗(yàn)性判斷上升為數(shù)值判據(jù)判斷，再由數(shù)值判據(jù)上升為圖像判據(jù)。2.2超聲檢測(cè)儀器的發(fā)展歷史[1~5]最初的自動(dòng)超聲探傷采用模擬式多通道探傷儀，其存在的難題是缺陷的當(dāng)量判別，因?yàn)閯?dòng)態(tài)波形難以觀察，只能用閘門內(nèi)閾值報(bào)警及記錄的方法。而在實(shí)際的強(qiáng)電干擾的環(huán)境下信噪比很差，嚴(yán)重地影響自動(dòng)探傷的可靠性。隨著70年代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)開(kāi)始應(yīng)用于自動(dòng)超聲檢測(cè)信號(hào)處理中，既提高了設(shè)備的抗干擾能力；又實(shí)現(xiàn)了對(duì)缺陷信號(hào)的自動(dòng)讀數(shù)、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)補(bǔ)償、定量和報(bào)警。1986年起，世界各主要工業(yè)國(guó)家數(shù)字化超聲波探傷儀得到迅速發(fā)展，目前新一代的超聲波探傷儀正進(jìn)一步向小型化和多功能化發(fā)展。我國(guó)50年代初引進(jìn)蘇聯(lián)超聲波探傷儀，初期長(zhǎng)春應(yīng)用物理所仿制了加拿大生產(chǎn)的超聲波探傷儀。60年代，先后形成上海儀器廠（原中原電器廠）、營(yíng)口探傷儀器廠、武漢電子儀器廠和汕頭超聲波儀器廠等超聲波儀器專業(yè)生產(chǎn)廠，1964年同濟(jì)大學(xué)研制出了第一臺(tái)非金屬超聲儀。70年代，聲測(cè)儀由60年代的電子管式儀器發(fā)展為晶體管化集成電路模擬超聲儀。到70年代中期，我國(guó)生產(chǎn)的非金屬超聲儀及其配套產(chǎn)品在技術(shù)性能方面已可媲美于國(guó)外同類產(chǎn)品甚至超過(guò)它們。由于計(jì)算機(jī)水平的落后，直到80年代末期才開(kāi)始數(shù)字化超聲儀的研究，陸續(xù)出現(xiàn)了一些超聲波形采樣裝置、超聲波形記錄儀、超聲波形分析儀，以及事實(shí)上分析儀與探傷儀一體的可切換顯示的模擬數(shù)字混合便攜式超聲波探傷儀，90年代中期各種型號(hào)的數(shù)字式超聲儀相繼問(wèn)世，有的儀器功能和性能指標(biāo)已能和國(guó)外先進(jìn)儀器媲美。3.結(jié)構(gòu)超聲檢測(cè)3.1超聲法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度安全性是工程結(jié)構(gòu)的首要目標(biāo)，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)而言，混凝土的強(qiáng)度是影響結(jié)構(gòu)承載力和安全性的最重要的指標(biāo)之一。對(duì)某些特定結(jié)構(gòu)（如需改建、擴(kuò)建或?qū)ζ浒踩阅墚a(chǎn)生懷疑的結(jié)構(gòu)等）進(jìn)行混凝土的強(qiáng)度檢測(cè)是必需的。超聲法測(cè)強(qiáng)是可行的檢測(cè)技術(shù)之一。3.1.1原理及方法超聲波在物質(zhì)內(nèi)的傳播速度，一般有如下規(guī)律SI：V=非（1—u）...[p（1+u）（1—2u）] （1）式中，。為泊松比，P為密度（kgm3），e為彈性模量（兒）。由上式不難看出，超聲波速和物質(zhì)的彈模有著極其密切的相關(guān)關(guān)系；眾所周知，混凝土材料的強(qiáng)度和彈模在現(xiàn)象學(xué)上有著較好的概率相關(guān)性，究其實(shí)質(zhì)，兩者的概率相關(guān)來(lái)源于物理相關(guān)，因?yàn)閮烧哂兄S多相同的重要影響因素；由此不難知道：超聲波在混凝土中的傳播波速和混凝土強(qiáng)度必然存在著一定的相關(guān)關(guān)系，而這種相關(guān)性的強(qiáng)弱取決于我們對(duì)其它影響復(fù)雜的影響因素的把握。如果我們能完全控制對(duì)超聲聲速和混凝土強(qiáng)度兩者都有影響的因素，那么我們甚至有可能獲得聲速和強(qiáng)度的確定性相關(guān)關(guān)系。但是實(shí)際情況的復(fù)雜性和我們控制能力的有限性，上述目標(biāo)是很難實(shí)現(xiàn)的。退而求其次，可以分析各因素的影響并對(duì)其進(jìn)行修正是現(xiàn)實(shí)可行的辦法。通過(guò)超聲法檢測(cè)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，超聲在混凝土中傳播的聲速與混凝土強(qiáng)度值的確有密切的相關(guān)關(guān)系，一般而言，混凝土強(qiáng)度越高，超聲波傳播速度越快。超聲波法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的基本原理正是基于上述的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)超聲波傳播速度，推算出混凝土強(qiáng)度。由上述分析不難發(fā)現(xiàn)，超聲法測(cè)強(qiáng)的關(guān)鍵在于得到聲速一一強(qiáng)度的關(guān)系（亦稱測(cè)強(qiáng)曲線，包括函數(shù)形式或圖表形式），而測(cè)強(qiáng)曲線對(duì)被測(cè)工程的適用性極大地影響著檢測(cè)結(jié)果的可信程度。當(dāng)然最合理的方式莫過(guò)于通過(guò)機(jī)理分析獲得聲速和強(qiáng)度的理論物理關(guān)系，但是由于問(wèn)題的復(fù)雜性，采用一種普通的數(shù)學(xué)模型，嚴(yán)密定量地描述這種相關(guān)關(guān)系是比較困難的；或者把握主要影響因素的經(jīng)驗(yàn)物理關(guān)系；然而實(shí)際應(yīng)用中大部分采用的是純經(jīng)驗(yàn)公式，即由試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)而來(lái)。由于影響因素的復(fù)雜性，混凝土中超聲聲速與混凝土強(qiáng)度之間通常呈非線性關(guān)系。目前比較常用的超聲測(cè)強(qiáng)曲線主要有以下幾種形式［7］：TOC\o"1-5"\h\z幕函數(shù)型： f =avb (2a)指數(shù)函數(shù)型： fc =aebv［8］ (2b)拋物線型： fc =a+bv+cv2 (2c)式中，a,b,c為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，fc為超聲法測(cè)定的混凝土強(qiáng)度換算值。例如，上海的測(cè)強(qiáng)專用曲線即為幕cu函數(shù)形式，其中系數(shù)a=0.0012、b=6.8808［9］。同為測(cè)強(qiáng)曲線，根據(jù)數(shù)據(jù)獲得的途徑的不同又可分為三類：統(tǒng)一曲線、地區(qū)性曲線和校準(zhǔn)曲線4，10］。統(tǒng)一曲線是采用統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的條件下，通過(guò)大量的破損試驗(yàn)與非破損試驗(yàn)所建立的曲線；地區(qū)性曲線是采用本公司、本地區(qū)常用的原材料、成型養(yǎng)護(hù)工藝配制的混凝土試塊，通過(guò)較多的破損與非破損試驗(yàn)所建立的曲線；校準(zhǔn)曲線是采用與本工程、工廠的構(gòu)件混凝土相同的原材料、配合比和成型養(yǎng)護(hù)工藝配置的混凝土試塊，或者直接從生產(chǎn)過(guò)程中隨機(jī)均勻直接取料(混凝土拌和物)制作混凝土試塊，通過(guò)較多的破損與非破損試驗(yàn)所建立的曲線。從上述三類曲線的獲得途徑可知，由于混凝土結(jié)構(gòu)與試塊的組成、養(yǎng)護(hù)和試驗(yàn)條件等基本一致，即將幾乎全部的影響因素給控制了，所以校準(zhǔn)曲線可以直接由于混凝土強(qiáng)度推算；雖然組成和養(yǎng)護(hù)條件基本相同，但是試驗(yàn)狀態(tài)存在差異，所以采用地區(qū)性曲線推算混凝土強(qiáng)度時(shí)需要考慮試驗(yàn)狀態(tài)的修正系數(shù)；對(duì)于統(tǒng)一曲線，不論是組成和養(yǎng)護(hù)條件還是試驗(yàn)狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)和標(biāo)準(zhǔn)條件都存在差異，所以使用時(shí)需要對(duì)各影響因素進(jìn)行修正，以提高測(cè)量精度和曲線的適用性。由于采用地區(qū)性曲線和統(tǒng)一曲線檢測(cè)混凝土強(qiáng)度時(shí)都需要乘以修正系數(shù)，所以兩者又可統(tǒng)稱為修正系數(shù)法。3.1.2影響因素分析由于情況不同，并不是每個(gè)工程都有條件或可能制作校準(zhǔn)曲線。而對(duì)于地區(qū)性曲線和統(tǒng)一曲線都需要對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行分析，以獲得更加精確的經(jīng)驗(yàn)物理關(guān)系，進(jìn)而對(duì)原結(jié)果進(jìn)行修正，改善精度。即使采用校準(zhǔn)曲線，亦會(huì)有其它的一些影響因素是需要考慮的，例如構(gòu)件的橫向尺寸效應(yīng)和構(gòu)件中鋼筋的影響等。超聲法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，主要是通過(guò)測(cè)量在測(cè)距內(nèi)超聲傳播的平均速度來(lái)推定混凝土的強(qiáng)度。超聲聲速可能受到混凝土性能無(wú)關(guān)的某些因素的影響，且不可避免地要受到混凝土材料組分與結(jié)構(gòu)狀況差異的影響，為減小檢測(cè)誤差，都需要對(duì)上述因素進(jìn)行修正，建立超聲檢測(cè)混凝土強(qiáng)度曲線時(shí)應(yīng)綜合考慮上述因素加以修正。這些影響大致歸納如下諸方面：橫向尺寸效應(yīng)通常縱波速度是指在無(wú)限大介質(zhì)中測(cè)得，隨著試件橫向尺寸減小，縱波速度可能向桿、板的聲速或表面波速度轉(zhuǎn)變。在無(wú)限大介質(zhì)或塊體中，聲速和彈模有如下關(guān)系［刀：TOC\o"1-5"\h\zE=v2(1+U)(1-2U)...R1—u)］ (3a)上式是超聲測(cè)強(qiáng)的理論基礎(chǔ)之一。但是隨著構(gòu)件尺寸的變化，聲速和彈模的關(guān)系亦會(huì)發(fā)生變化：對(duì)于板： E=v2p(1—U) (3b)對(duì)于梁和桿件： E=v2p (3c)式中V為聲速，E為彈性模量，U為泊松比，P為密度。比較上述各式不難發(fā)現(xiàn)，超聲波在板和桿中的傳播速度比無(wú)限大介質(zhì)中縱波聲速為小。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)橫向最小尺寸d>2人（人為波長(zhǎng)）時(shí)，聲速大體與塊體中聲速相當(dāng)；當(dāng)*dv2時(shí)，聲速降低約2.5%?3%；當(dāng)0.2人vdv人時(shí)，聲速降低約6%?7%，此時(shí)會(huì)給強(qiáng)度估計(jì)帶來(lái)很大的誤差。所以在混凝土測(cè)強(qiáng)時(shí)必須注意并盡可能避免試件橫向尺寸的影響囹。溫度和濕度的影響混凝土處于環(huán)境溫度為5°C?30°C情況下，因溫度升高引起的速度減小不大，當(dāng)環(huán)境在40°C?60°C范圍內(nèi)，脈沖速度值約降低5%，這可能是由于混凝土內(nèi)部的微裂縫增多所致。溫度在0C以下時(shí)，由于混凝土中的自由水結(jié)冰，使脈沖速度增加（自由水的v=1.45kms，冰的v=3.50kms）?；炷恋目箟簭?qiáng)度隨含水率的增加而降低，而超聲波傳播速度隨著孔隙被水填滿而逐漸增高。速度的變化特性取決于混凝土的結(jié)構(gòu)，隨著混凝土孔隙率的增大，干混凝土中超聲波傳播速度的差異也增大。在相同的力學(xué)強(qiáng)度下，水中養(yǎng)護(hù)的混凝土比空氣養(yǎng)護(hù)的混凝土具有更高的超聲傳播速度。相同強(qiáng)度的混凝土，在水下養(yǎng)護(hù)，其傳播速度高達(dá)4.6kms，而在空氣中養(yǎng)護(hù)，其傳播速度約4.1kms。濕度對(duì)超聲波傳播速度的影響可解釋為：1）水中養(yǎng)護(hù)的混凝土具有較高的水化度并形成大量的水化產(chǎn)物，超聲波傳播速度對(duì)此產(chǎn)物的反映大于空氣中硬化的混凝土；2）水中養(yǎng)護(hù)的混凝土，水分滲透并填充了混凝土的孔隙，由于超聲在水里傳播速度為1.45kms，在空氣中僅0.34kms，因此，水中養(yǎng)護(hù)的混凝土具有比在空氣中養(yǎng)護(hù)的混凝土大得多的超聲波傳播速度，甚至掩蓋了隨著混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)而提高的聲速影響。有關(guān)資料表明，潮濕狀態(tài)或很干燥狀態(tài)（含水率遠(yuǎn)低于自然干燥狀態(tài)），超聲波檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度值會(huì)受到很大影響。若含水率增高4%，聲速相應(yīng)增大5%，代入測(cè)強(qiáng)曲線，計(jì)算混凝土強(qiáng)度值可能增加40%，將產(chǎn)生嚴(yán)重的檢測(cè)誤差［4,11］。由于含水率對(duì)強(qiáng)度和聲速截然相反的效應(yīng)，嚴(yán)重影響混凝土測(cè)強(qiáng)的精度，因此非常有必要對(duì)含水率的影響進(jìn)行修正，一個(gè)比較直接的辦法就是在測(cè)強(qiáng)曲線中引入含水率作為一個(gè)新的參量，建立聲速——含水率推算混凝土強(qiáng)度的回歸方程。童壽興等$］針對(duì)強(qiáng)度值在20?120MPa范圍內(nèi)的混凝土，建立了聲速一一含水率綜合法推定混凝土強(qiáng)度的回歸方程式;商濤平等9對(duì)上海市測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行了含水率的修正。試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)含水率修正后，測(cè)強(qiáng)精度明顯改善，同時(shí)亦擴(kuò)展了測(cè)強(qiáng)曲線的適用范圍。結(jié)構(gòu)混凝土中鋼筋的影響［12］鋼筋中超聲傳播速度約為普通混凝土中超聲波傳播速度的1.2?1.9倍。因此測(cè)量鋼筋混凝土的聲速時(shí)如果在超聲波通過(guò)的路徑上存在鋼筋，測(cè)讀的“聲時(shí)”可能是部分或全部通過(guò)鋼筋的傳播“聲時(shí)”，使混凝土聲速計(jì)算偏高。當(dāng)鋼筋的軸向垂直于聲速方向時(shí)，由于鋼筋斷面占整個(gè)聲程的比例較小，對(duì)結(jié)果的影響不是很明顯；但是如果鋼筋的軸向平行于聲速方向，可能會(huì)對(duì)聲時(shí)產(chǎn)生較大的影響，這在推算混凝土的實(shí)際強(qiáng)度時(shí)可能出現(xiàn)較大的偏差，應(yīng)設(shè)法避免或修正。最理想的情形是經(jīng)由鋼筋傳播的聲信號(hào)落在直接由混凝土傳播的信號(hào)之后，分析表明，當(dāng)測(cè)量線離開(kāi)鋼筋軸線約1/8?1/6測(cè)距時(shí)，基本可避免鋼筋的影響。粗骨料品種、粒徑和含量的影響［4］在混凝土多相復(fù)合體系中，粗骨料所占比例甚大，其數(shù)量、品種及顆粒組成等往往對(duì)混凝土的總聲速造成極大的影響，甚至稍微增加一些碎石的用量或采用較高彈性模量的骨料，敏感性最強(qiáng)的是超聲脈沖的聲速；但在一定的范圍內(nèi)，它對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響卻并不那么顯著。比較水泥石、砂漿和混凝土三種試件的超聲檢測(cè)，在強(qiáng)度值相同的情況下，混凝土的超聲脈沖聲速最高，砂漿次之，水泥石最低。差異的原因主要是超聲脈沖在骨料中傳播的速度比混凝土中傳播速度快，聲波通路上粗骨料多，聲速則高；反之，通路上粗骨料少，聲速則低。如果不考慮上述因素的差異，簡(jiǎn)單地采用某一特定的測(cè)強(qiáng)曲線推定混凝土強(qiáng)度可能會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，造成測(cè)強(qiáng)曲線無(wú)法普遍應(yīng)用?；炷林兴嗍膹?qiáng)度及其與骨料的粘結(jié)能力是混凝土強(qiáng)度的決定因素，但它所占比例小，對(duì)總聲速的影響不大。如果能將混凝土硬化水泥漿的聲速或砂漿聲速?gòu)幕炷量偮曀僦蟹蛛x出來(lái)，建立換算的硬化水泥凈漿聲速或砂漿聲速與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系，則可消除骨料各因素的影響。這種將原來(lái)的混凝土聲速換算為相應(yīng)的水泥石或砂漿的聲速的方法稱為聲速換算法。建筑材料科學(xué)研究院和陜西建筑科學(xué)研究院在這方面進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。水灰比及水泥用量的影響囹混凝土的抗壓強(qiáng)度取決于水灰比，隨著w.，c降低，混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度以及彈性性質(zhì)則相應(yīng)提高，超聲脈沖在混凝土中的傳播速度也相應(yīng)增大；反之，超聲脈沖速度隨著W.P的提高而降低?；炷笼g期的影響試驗(yàn)表明，在硬化早期或低強(qiáng)度時(shí)，混凝土的強(qiáng)度的增長(zhǎng)小于聲速v的增長(zhǎng)，即曲線斜率很小，聲速對(duì)強(qiáng)度的變化十分敏感。隨著硬化進(jìn)行，或?qū)?qiáng)度較高的混凝土，斜率值迅速增大，甚至在強(qiáng)度達(dá)到一定值后，超聲傳播速度增長(zhǎng)極慢，因而采用超聲法推算混凝土的強(qiáng)度，必須十分注意聲速測(cè)量的準(zhǔn)確性。簡(jiǎn)言之，不同齡期混凝土的強(qiáng)度一一聲速關(guān)系是不同的，當(dāng)聲速相同時(shí)，長(zhǎng)齡期的混凝土強(qiáng)度較高。施荷芳等［13］在限定其它影響因素的條件下，探討混凝土的齡期與聲速之間的關(guān)系，在大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，給出了混凝土在標(biāo)準(zhǔn)條件下28d的硬化過(guò)程中超聲聲速的變化規(guī)律，得出了如下的回歸方程：vaDb （4）式中v為聲速，D為混凝土齡期，a,b為待擬合系數(shù)。尹榮［14］對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度的超聲檢測(cè)進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，在早期，脈沖傳播速度和強(qiáng)度的相關(guān)性好于后期，而且早期用聲速檢測(cè)估算混凝土強(qiáng)度更靈敏，精度更高，是確實(shí)可行的?；炷寥毕菖c損傷對(duì)測(cè)強(qiáng)的影響［4］采用超聲檢測(cè)和推定混凝土的強(qiáng)度時(shí)，只有混凝土強(qiáng)度波動(dòng)符合正態(tài)分布的條件下，才能進(jìn)行混凝土強(qiáng)度的推定。這就是要求混凝土內(nèi)部不應(yīng)存在明顯缺陷和損傷如果把混凝土缺陷或損傷的超聲參數(shù)用以強(qiáng)度的評(píng)定，有可能使檢測(cè)結(jié)果不真實(shí)或承擔(dān)削弱安全度的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)力狀態(tài)的影響"］目前，國(guó)家規(guī)范及各地區(qū)都建立了基準(zhǔn)測(cè)強(qiáng)曲線可供參考。但是應(yīng)該注意到建立基準(zhǔn)測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，混凝土試件是在不受力狀態(tài)下測(cè)得波速的，而實(shí)際工程中的構(gòu)件。則是處于不同的受力狀態(tài)，那么推定混凝土強(qiáng)度時(shí)，受力狀態(tài)下測(cè)得的波速是否需要修正？混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性的，彈性模量隨應(yīng)力的增長(zhǎng)而降低，而波速與彈模的關(guān)系則是混凝土超聲測(cè)強(qiáng)的基礎(chǔ)。試驗(yàn)研究表明，波速對(duì)應(yīng)力的變化不敏感，當(dāng)應(yīng)力大于最大應(yīng)力的百分之七十時(shí)，波速才有較明顯的變化，因此對(duì)處于正常承載狀態(tài)的承力構(gòu)件，利用波速?gòu)?qiáng)度基準(zhǔn)曲線推測(cè)混凝土的強(qiáng)度無(wú)須修正。4.超聲檢測(cè)技術(shù)的展望混凝土的超聲檢測(cè)是目前應(yīng)用最為廣泛的混凝土檢測(cè)技術(shù)之一，但是它并不是一個(gè)僵化的技術(shù)，而是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷擴(kuò)展的體系，尤其是隨著電子技術(shù)和軟件技術(shù)日新月異的發(fā)展，混凝土的超聲波檢測(cè)的智能化、自動(dòng)化趨勢(shì)日益明顯，這既取決于硬件技術(shù)，又與軟件技術(shù)息息相關(guān)。4.1硬件技術(shù)數(shù)字式超聲探傷儀的發(fā)展有兩個(gè)趨勢(shì)：1.應(yīng)用方便，這就要求儀器重量輕，體積?。?.功能強(qiáng)大。實(shí)現(xiàn)上述要求需要硬件技術(shù)的支持，這在很大程度上取決于整個(gè)電子工業(yè)技術(shù)水平的進(jìn)步。高速大容量低功耗存儲(chǔ)單元，超高速低功耗AD轉(zhuǎn)換器，功能強(qiáng)大、速度極快的中央處理單元和數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）（同樣要求有很低的功耗），這些都有賴于大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和工藝的進(jìn)步。對(duì)儀器的體積和功耗甚為重要的顯示器件的進(jìn)步將取決于高分辨率、快反應(yīng)速度的液晶顯示器件技術(shù)和其它低功耗平板顯示器件技術(shù)的進(jìn)步，與儀器重量直接相關(guān)的是高效充電電池技術(shù)的進(jìn)展。在制造工藝方面，表面安裝技術(shù)（SMT）將被普遍采用，這將大大減小儀器的體積，從而可使儀器具備更復(fù)雜的功能最后值得一提的是越來(lái)越受重視的專用集成電路（ASIC）技術(shù)，它的廣泛采用可大大減小電路板的尺寸和大大降低功耗。4.2軟件技術(shù)當(dāng)儀器具備了一定的硬件基礎(chǔ)之后，儀器的功能很大程度上取決于軟件的發(fā)展。超聲波探傷中的缺陷定性歷來(lái)是一個(gè)復(fù)雜的課題?，F(xiàn)有儀器（包括數(shù)字式儀器）提供的信息并不能直接反映缺陷的性質(zhì)盡管目前有些數(shù)字儀器提供了一些輔助的手段，如包絡(luò)線功能、譜分析功能等。然而缺陷的定性在目前仍主要依賴于探傷人員的經(jīng)驗(yàn)和分析判斷，這對(duì)探傷人員的理論修養(yǎng)、知識(shí)面和經(jīng)驗(yàn)有很高的要求，也是超聲探傷技術(shù)復(fù)雜的一個(gè)原因。現(xiàn)代人工智能學(xué)科的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)機(jī)器自動(dòng)缺陷定性提供了可能。運(yùn)用模式識(shí)別（或分類）技術(shù)和專家系統(tǒng)，在把大量的已知缺陷的各種特征量輸入樣本庫(kù)，使機(jī)器可能接受人的經(jīng)驗(yàn)（專家的經(jīng)驗(yàn)）并具備自學(xué)習(xí)之后，即具備了自動(dòng)缺陷定性（分類）的能力，并可通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)，使這種能力不斷提高。這都有賴于人工智能領(lǐng)域的發(fā)展。圖像判據(jù)法是缺陷判定的新的發(fā)展方向，這都有賴于