摘 要：根据超声波检测混凝土裂缝深度的原理，推导出换能器跨缝不对称布置测量时裂缝深度的计算公式。
关键词：超声波 裂缝深度混凝土
0 引言
混凝土结构由于各种原因普遍存在裂缝。为了确定裂缝的危害性及制定相应的补救措施。很关键的一点就是要测定裂缝的深度。应用超声波检测混凝土裂缝深度是重要的方法之一，利用超声波检测裂缝深度的方法有：单面平测法、双面斜测法、钻空对测法，冲击回波法，负波及首波相位反转法和正波法。在实际工程中更常用的是单面平测法，但在使用单_向平测法检测过程中常常受现场条件限制换能器不能跨缝正对称布置测点。针对这个问题本文采用跨缝不对称布置测点可以弥补测试面的不足。通过试验对平测法跨缝对称布置、跨缝斜对称布置、跨缝不对称布置三种不同的测点布置方法进行测量结果的对比分析，对实际裂缝采用平测法各不同测点布置与首波反转法测量结果进行对比，结果表明跨缝不对称布置测点足一种灵活、可行的测点布置方法。
1 超声波单面平测法检测原理
1．1 不跨缝的声时测量
将T和R换能器置于裂缝附近同一侧。以两个换能器内边缘不同问距ľ 分别读取声时值t0f，以 ľ为纵轴绘、tof为横轴绘制“时一距”坐标 （图1）或用回归分析的方法求出声时与测距之间的回归直线方程；
每测点超声波实际传播距离1 为：
式中 
－第i点的超声波实际传播距离（mm）
－第i点的超声波实际传播距离（mm）
－第i点的R、T换能器内边缘间距（mm） a－“时一距”图中
轴的截距或回归直线方程的常数项（mm）
轴的截距或回归直线方程的常数项（mm）1．2 跨缝的声时测量
如图2，将T和R换能器分别置于以裂缝为对称轴的两侧，以两个换能器内边缘不同间距 
分别读取声时值 
，同时注意观察首波相他的变化，裂缝深度按下式计算：
分别读取声时值 ，同时注意观察首波相他的变化，裂缝深度按下式计算：
式中： 
—裂缝深度
—裂缝深度
—不跨缝平测时第点超声波实际传播的距离
—脉冲波绕过裂缝传播的时间（跨缝）
—无缺陷混凝土的声时（ 跨缝） 根据上述超声波传播原理，将T和R换能器置于裂缝两侧，换能器T固定。换能器R移动的不对称布置如图3。由三角关系有：
令AD=a，BD=
，CD=b得到跨缝小对称布置测点时裂缝深度的计算公式：
，CD=b得到跨缝小对称布置测点时裂缝深度的计算公式：
2 试验方法
2．1单面平测法检测裂缝深度
（1）先测定完好的无裂缝混凝土表面不同测距的声时值，根据公式（1）计算出修正值a。
（2）按照以下方法布置跨缝测点：
（a）正交对称布置：将T和R换能器置于以裂缝为轴线的对称两侧，两换能器中心连线垂直于裂缝走向。按照公式（3）进行计算裂缝深度d ，
（b）正交不对称布置：将T和R换能器置于以裂缝为轴线的对称两侧。两换能器中心连线斜交于裂缝走向，按照公式（3）进行计算裂缝深度d ；
（c）斜交对称布置：将T和R换能器置于裂缝两侧，换能器T固定，换能器R移动的不对称布置（见图3）。两换能器中心连线垂直于裂缝走向，按照公式（4）进行计算裂缝深度d 。
2．2 首波相位反转法
对实验试件裂缝深度已知，根据裂缝深度和首波相位反转法判定裂缝深度的原理在相应位置正交对称布置测点找出首波反相点，计算裂缝深度；对实际裂缝以平测法计算的裂缝深度确定测点位置找出首波反相点，计算裂缝深度。
3 结果分析
本次试验设计试块： 配合比为水泥396kg、水186kg、砂1013kg、石800kg，水灰比为0．47。材料用兰州五泉山牌早强型32．5号水泥，兰州的砂，砂含泥量 3．6%，细度模数为2．6。临洮的石子，石子最大粒径31．5mm，连续级配。在试块上预设2条垂直裂缝。试验时用DIGI200nd数显回弹仪检测试块强度为22．8MPa。采用NM一3C非金属超声检测分析仪检测裂缝深度。测定不同测距无裂缝处的各声时值及并计算出修正值a（见表1），跨缝不同测点布置各测量声时值及计算结果（见表2）。
由表2的计算结果我们可以看出采用跨缝不对称布置测点测试结果和跨缝正文对称布置测点及斜交对称布置测点的测试结果基本一致，而且跨缝不对称布置测点测试结果相对实际裂缝深度的误差也是比较小。
4 实例
用上述平测法中三种不同的测点布置方法与首波相位反转法对实际裂缝进行对比检测：在一块长1.4米，宽0．8米，厚0．5米的混凝土块上发现2条裂缝．采用Scanlog混凝土保护层厚度测试仪进行钢筋位置测试，通过检测此混凝土块为索混凝土。测定不同测距无裂缝时的各声时值及计算山修正值a（见表3），跨缝不同测点布置方法各测距的测量声时值及测量结果（见表4）。注意观察首波相位的变化，找出首波反相临界点，根据首波相位反向点计算裂缝深度，深度值（见表4）。把不同的测点布置方法计算的测试深度与首波相位反向点计算裂缝深度进行比较。
从表4的测试结果来看对实际裂缝三种跨缝不同测点布置的测试结果之间也是很接近的，同首波相位反相点测试结果的误差也小，说明应用跨缝不对称布置测点对实际裂缝深度的测试结果足有效可行的。
5 结论
应用超声波平测法检测混凝土裂缝深度时采用跨缝不对称布置测点不但可以达到检测裂缝深度的目的，还可以克服现场条件的限制。采用不对称法布置测点更灵活；而采用斜交布置测点可以让换能器布置不与钢筋平行， 这样更好地减少钢筋对超声波的影响。在实际工程中应推广采用便捷的跨缝不对称布置测点方法。
选取测点位置时．应选择测距范围内混凝土表面平整，无表面龟裂处，有必要时需要对测试面进行打磨，使测试面平整， 这样换能器表面与混凝土表面之间才能保持良好的耦合以提高测试结果的准确性。另外应用超声波检测裂缝深度时测试结果都有误差， 为了减小测量的误差可以采用多种方法进行测试，取各方法测试结果的平均值作为裂缝的深度，不但可以相互自检还可以提高测试结果的准确性。
使刷超声波检测时要注意选择适宜的波型比例，过大或过小都刘起波位置的判别带来较大的误差， 在计算缝深平均值时耍结合规程根据测试情况舍弃可能造成大误差的测毋值，纠正测点越多其平均值越准确的认识误区。
