聲波透射法是檢測樁基混凝土的缺陷、評價樁基混凝土質量的一種有效方法。目前主要采用的是聲波透射法。在樁基混凝土中預埋聲測管，把發射換能器和接收換能 器分別放入聲測管中，并在聲測管中注滿清水以耦合用。發射換能器發射出超聲波，超聲波從聲測管中沿著不同的傳播途徑到達接收換能器中。混凝土是一種多相非 均勻的復雜的多孔結構，其內部有許多不同聲阻抗的聲學界面，超聲波經過混凝土傳播后，它將混凝土的強度、完整性等信息反映到聲學參數上來，我們就可以根據 聲學參數的變化來分析判斷樁基混凝土的質量情況。當超聲波在混凝土的傳播過程中遇到混凝土的缺陷時，其聲學參數就會有明顯的變化：超聲波在混凝土的傳播過 程中遇到缺陷時，超聲波的傳播路線不再是直線傳播，它將繞過缺陷繼續傳播，此時可以根據超聲波傳播時間的增大(即聲時的增大)而導致的聲速的變小來判別和 計算混凝土缺陷的大小；超聲波在混凝土的傳播過程中遇到缺陷時，由于超聲波會發生反射、折射、繞射、散射等聲學現象，超聲波的能量會大量的散失或吸收，導 致接收換能器接收到的能量就會大量的減少，此時可以根據波幅的減少來判斷混凝土的缺陷；超聲波在混凝土的傳播過程中遇到缺陷時，我們可以根據接收波頻率的 降低來判斷混凝土缺陷的存在；超聲波在混凝土的傳播過程中遇到缺陷時，波形會轉換，會出現波的干涉和疊加，從而導致波形發生畸變，我們可以根據這點來判斷 樁基混凝土的缺陷。在樁基檢測中，聲波透射法常用的聲學參數主要為為聲速、波幅、頻率與波形。現將這四個主要聲學參數作一一說明。 聲速 在聲波透射法檢測樁基中，作為一個主要的聲學參數，超聲波在混凝土中的傳播速度不光與混凝土本身的彈性性質相關，而且和混凝土內部的構成形式和組織結構脫 不了關系，特別是當樁身混凝土存在缺陷時，超聲波在混凝土中的傳播速度的表現更為明顯。超聲波在混凝土中的傳播速度在一定程度上反映了混凝土強度的大小， 可以說超聲波在混凝土中的傳播速度和混凝土強度之間是有相關性的；從另一個方面說，混凝土內部結構越致密，空隙中的空氣和水就少了，混凝土的強度也就越 高，因空氣和水的聲阻抗要比混凝土的聲阻抗要小，所以超聲波在混凝土中的傳播速度就越快，由此可見，混凝土強度與超聲波在混凝土中的傳播也具有相關性。若 知道聲速—強度關系曲線后，測出聲波在結構混凝土中的傳播速度就可以推算出結構混凝土的強度。但混凝土材料是一種多相復合體，其強度與聲波在混凝土中的傳 播速度之間的關系不是穩定的，有眾多因素都會影響混凝土強度與聲波在混凝土中的傳播速度之間的關系： 混凝土粗骨料的性質及粗骨料含量的影響 由于混凝土是一種多相非均勻的復雜的多孔結構，它由多種材料組合而成，因而可以這樣說，超聲波在混凝土中的傳播速度，可以認為是超聲波在組成混凝土的各種 材料中的傳播速度的綜合評價。而在混凝土的組成材料中，粗骨料的含量是的。在超聲波在混凝土中的傳播速度的影響因素中，粗骨料的影響是的。 粗骨料品種的影響：超聲波在不同粗骨料的混凝土中的傳播速度是不同的，不同粗骨組成的混凝土的強度也是不同的。即使是用不同粗骨料配置成相同配合比的混凝 土，超聲波在這種混凝土中的傳播速度也是不一樣的。我們都知道，混凝土的強度是和水灰比相關的，水灰比相同的混凝土的強度是一樣的，水灰比不同的混凝土的 強度是不一樣的。但是超聲波在水灰比相同的混凝土中的傳播速度卻不一定相同，因為這是由粗骨料的品種決定的。 粗骨料粒徑的影響：超聲波在混凝土中的傳播速度跟粗骨料的粒徑有關，因為粗骨料的粒徑越大，超聲波在粒徑中的傳播聲時就越長，而在單位體 積混凝土內，超聲波在此類混凝土中的傳播總聲時也就越少，所計算的聲速就越高。 粗骨料含量的影響：一般情況下，對于相同強度的混凝土，超聲波在粗骨料含量多的混凝土中的傳播速度要比超聲波在粗骨料含量少的混凝土中的傳播速度要大。在 混凝土的組成材料中，砂率多少、水灰比的大小和粗骨料的含量都對超聲波在混凝土中的傳播速度有著極大的影響，但粗骨料的含量對超聲波在混凝土中的傳播速度 的影響是的。超聲波在不同強度等級混凝土中的傳播速度是不同的。 配合比的影響 ，混凝土的水灰比決定著混凝土的抗壓強度，而混凝土的強度和超聲波在混凝土中的傳播速度之間有相關性。隨著混凝土水灰比的降低，混凝土的強度會相 應提高，超聲波在混凝土中的傳播速度也會得到相應的增加；而混凝土水灰比提高，混凝土強度就降低，超聲波在混凝土中的傳播速度就減少。所以說，超聲波在混 凝土中的傳播速度隨著混凝土水灰比的降低而提高，隨著混凝土水灰比的提高而降低。除了水的變化，水泥用量的變化，實際上也是改變了水灰比的組成部分。 齡期和養護方式的影響 聲波在混凝土中的傳播速度在混凝土的凝結過程中增長相對較小，所以聲波在混凝土中的傳播速度較小的變化對應于混凝土強度較大的變化。在聲波透射法的樁基檢 測中，如果只是檢測樁基的完整性，檢測時間可以適當提前，如果要推算混凝土強度，那么必須要等到28 天以后才能檢測。 在混凝土強度與聲波在混凝土中的傳播速度的關系曲線上，在硬化早期或者在低強度時期，混凝土強度f 的增長小于聲波在混凝土中的傳播速度v 的增長，即曲線斜率df/dv 很小。這時聲波在混凝土中的傳播速度對混凝土的強度的變化很敏感，超聲波在混凝土中傳播的速度增長極為緩慢，這時用超聲波在混凝土中傳播的速度來反映混凝 土強度就顯得不夠靈敏，必須提高超聲波在混凝土中的傳播速度測量的準確性。 環境條件引起的混凝土溫度、濕度的影響 溫度對聲波在混凝土中的傳播速度的影響：有研究表明，當溫度在20~40℃ 時對聲波在混凝土中的傳播速度的影響不大，當溫度超過50℃ 時，聲波在混凝土中的傳播速度隨溫度的升高而降低。 濕度對聲波在混凝土中的傳播速度的影響：混凝土濕度對傳播速度有著較為顯著的影響，試驗表明對于同一混凝土試件，超聲波在在飽和水狀態下的傳播速度要比超 聲波在干燥條件下的傳播速度高出大約4%~6%。出現這一現象的主要原因是：混凝土在飽和水狀態下的混凝土的含水量比在干燥條件下的混凝土的含水量大。在 干燥條件下的混凝土中空隙被空氣充滿，而飽和水狀態下的混凝土得空隙被水充滿。而超聲波在水中的傳播速度是超聲波在空氣中的傳播速的四倍多。因此，超聲波 在含水量大的混凝土中的傳播速度比超聲波在含水量小的混凝土中的傳播速度要高。 施工工藝的影響 混凝土的強度是和配合比有關的，制備混凝土時，首先應根據工程對和易性、強度、耐久性等的要求，合理地選擇原材料并確定其配合比例，以達到經濟適用的目 的。混凝土配合比的設計通常按水灰比法則的要求進行。通過施工現場采樣，再由實驗室試配，完成配合比的設計，最后進行配合比修正得到施工配合比。施工時應 嚴格按照施工配合比來進行，不然會造成混凝土強度的變化，混凝土強度過高會造成浪費，混凝土強度過低會影響結構的安全。在施工過程中，有的工作人員為了便 于操作，往往不按照施工配合比來配料，而隨意的加水，導致水灰比發生嚴重變化。有資料表明：混凝土水灰比增加1％，混凝土強度則要減10N/cm2，混凝 土水灰比減少1％，混凝土強度則要增加10N/cm2。除了由于施工工藝造成的混凝土水灰比會影響混凝土的強度外，由施工工藝引起的混凝土的運輸方式、混 凝土澆筑方法也是影響混凝土強度的主要因素。此外，模板工藝的選擇也是影響混凝土強度的重要條件。 混凝土中鋼筋的影響 在以聲波透射法進行樁基質量檢測工作時，由聲波儀上讀的聲時值，有可能是超聲波在混凝土中的傳播途徑上遇到鋼筋時的聲時值，這時測得的聲時值有可能部分或 全部是超聲波在鋼筋中的傳播聲時，而超聲波在鋼筋中的傳播速度是超聲波在一般混凝土中的傳播速度約2 倍左右。由此可知，實際上超聲波在混凝土中的傳播聲時要大，計算出的實際超聲波在混凝土中的傳播速度要小。但由于上述原因，計算出的超聲波在混凝土中的傳 播速度偏高，也將會導致在推算混凝土的強度時會引起很大的偏差。不過在通常情況下，我們都是把聲測管綁在鋼筋籠內側，超聲波在混凝土中的傳播過程中極少遇 到鋼筋。 波幅 在聲波透射法的樁基檢測中，接受波波幅與樁身混凝土的質量密切相關，是樁身混凝土質量判別的另一個重要參數。接收聲波波幅是表征聲波穿過混凝土后能量衰減 程度的指標之一。 接受波波幅通常指首波波幅，即個周期波的前半波的幅值。接收波波幅在一定程度上可以反映出超聲波的強弱，接收波波幅值越低，超聲波在混凝土的傳播過程 中超聲波地能量衰減就越多。當超聲波在混凝土中傳播時遇到低強、離析情況時，或樁基樁身質量存在缺陷時，混凝土對超聲波的能量吸收就多，超聲波能量衰減就 變大，導致接收波波幅變小。 頻率 在超聲波樁基檢測當中，超聲波脈沖有多種成分，是由多種頻率波組成的。超聲波在混凝土中的傳播過程中，高頻波和低頻波的衰減程度是不一樣的。當超聲波在混 凝土中的傳播過程中遇到樁基樁身質量缺陷時，由于超聲波的衰減嚴重和能量的散失，接受波主頻率將會有明顯的降低。 波形 波形是超聲波檢測中聲學參數的一個判別樁基質量的重要指標，波形的正常與否往往跟聲速、波幅是否異常有關。如果聲速值、波幅值有異常的話，波形也不正常， 波形不正常也伴隨著聲速值和波幅值異常。 當超聲波在混凝土的傳播過程中遇到混凝土缺陷時，由于混凝土內部存在不同阻抗的聲學界面，再加上在混凝土缺陷界面上，超聲波在這幾種界面上會發生反射、折 射、繞射等各種聲學現象，超聲波經過反射、折射、繞射后，在混凝土中的傳播途徑都不相同，它們各自到達接收換能器的時間也不相同，這些眾多的超聲波疊加在 一起，會導致波形發生畸變。從這點上說，波形畸變在一定程度上是可以作為判斷樁身混凝土缺陷的參考依據的。