声波透射法是检测桩基混凝土的缺陷、评价桩基混凝土质量的一种有效方法。目前主要采用的是声波透射法。在桩基混凝土中预埋声测管，把发射换能器和接收换能 器分别放入声测管中，并在声测管中注满清水以耦合用。发射换能器发射出超声波，超声波从声测管中沿着不同的传播途径到达接收换能器中。混凝土是一种多相非 均匀的复杂的多孔结构，其内部有许多不同声阻抗的声学界面，超声波经过混凝土传播后，它将混凝土的强度、完整性等信息反映到声学参数上来，我们就可以根据 声学参数的变化来分析判断桩基混凝土的质量情况。当超声波在混凝土的传播过程中遇到混凝土的缺陷时，其声学参数就会有明显的变化：超声波在混凝土的传播过 程中遇到缺陷时，超声波的传播路线不再是直线传播，它将绕过缺陷继续传播，此时可以根据超声波传播时间的增大(即声时的增大)而导致的声速的变小来判别和 计算混凝土缺陷的大小；超声波在混凝土的传播过程中遇到缺陷时，由于超声波会发生反射、折射、绕射、散射等声学现象，超声波的能量会大量的散失或吸收，导 致接收换能器接收到的能量就会大量的减少，此时可以根据波幅的减少来判断混凝土的缺陷；超声波在混凝土的传播过程中遇到缺陷时，我们可以根据接收波频率的 降低来判断混凝土缺陷的存在；超声波在混凝土的传播过程中遇到缺陷时，波形会转换，会出现波的干涉和叠加，从而导致波形发生畸变，我们可以根据这点来判断 桩基混凝土的缺陷。在桩基检测中，声波透射法常用的声学参数主要为为声速、波幅、频率与波形。现将这四个主要声学参数作一一说明。 声速 在声波透射法检测桩基中，作为一个主要的声学参数，超声波在混凝土中的传播速度不光与混凝土本身的弹性性质相关，而且和混凝土内部的构成形式和组织结构脱 不了关系，特别是当桩身混凝土存在缺陷时，超声波在混凝土中的传播速度的表现更为明显。超声波在混凝土中的传播速度在一定程度上反映了混凝土强度的大小， 可以说超声波在混凝土中的传播速度和混凝土强度之间是有相关性的；从另一个方面说，混凝土内部结构越致密，空隙中的空气和水就少了，混凝土的强度也就越 高，因空气和水的声阻抗要比混凝土的声阻抗要小，所以超声波在混凝土中的传播速度就越快，由此可见，混凝土强度与超声波在混凝土中的传播也具有相关性。若 知道声速—强度关系曲线后，测出声波在结构混凝土中的传播速度就可以推算出结构混凝土的强度。但混凝土材料是一种多相复合体，其强度与声波在混凝土中的传 播速度之间的关系不是完全稳定的，有众多因素都会影响混凝土强度与声波在混凝土中的传播速度之间的关系： 混凝土粗骨料的性质及粗骨料含量的影响 由于混凝土是一种多相非均匀的复杂的多孔结构，它由多种材料组合而成，因而可以这样说，超声波在混凝土中的传播速度，可以认为是超声波在组成混凝土的各种 材料中的传播速度的综合评价。而在混凝土的组成材料中，粗骨料的含量是最大的。在超声波在混凝土中的传播速度的影响因素中，粗骨料的影响是最大的。 粗骨料品种的影响：超声波在不同粗骨料的混凝土中的传播速度是不同的，不同粗骨组成的混凝土的强度也是不同的。即使是用不同粗骨料配置成相同配合比的混凝 土，超声波在这种混凝土中的传播速度也是不一样的。我们都知道，混凝土的强度是和水灰比相关的，水灰比相同的混凝土的强度是一样的，水灰比不同的混凝土的 强度是不一样的。但是超声波在水灰比相同的混凝土中的传播速度却不一定相同，因为这是由粗骨料的品种决定的。 粗骨料最大粒径的影响：超声波在混凝土中的传播速度跟粗骨料的最大粒径有关，因为粗骨料的最大粒径越大，超声波在最大粒径中的传播声时就越长，而在单位体 积混凝土内，超声波在此类混凝土中的传播总声时也就越少，所计算的声速就越高。 粗骨料含量的影响：一般情况下，对于相同强度的混凝土，超声波在粗骨料含量多的混凝土中的传播速度要比超声波在粗骨料含量少的混凝土中的传播速度要大。在 混凝土的组成材料中，砂率多少、水灰比的大小和粗骨料的含量都对超声波在混凝土中的传播速度有着极大的影响，但粗骨料的含量对超声波在混凝土中的传播速度 的影响是最大的。超声波在不同强度等级混凝土中的传播速度是不同的。 配合比的影响 众所周知，混凝土的水灰比决定着混凝土的抗压强度，而混凝土的强度和超声波在混凝土中的传播速度之间有相关性。随着混凝土水灰比的降低，混凝土的强度会相 应提高，超声波在混凝土中的传播速度也会得到相应的增加；而混凝土水灰比提高，混凝土强度就降低，超声波在混凝土中的传播速度就减少。所以说，超声波在混 凝土中的传播速度随着混凝土水灰比的降低而提高，随着混凝土水灰比的提高而降低。除了水的变化，水泥用量的变化，实际上也是改变了水灰比的组成部分。 龄期和养护方式的影响 声波在混凝土中的传播速度在混凝土的凝结过程中增长相对较小，所以声波在混凝土中的传播速度较小的变化对应于混凝土强度较大的变化。在声波透射法的桩基检 测中，如果只是检测桩基的完整性，检测时间可以适当提前，如果要推算混凝土强度，那么必须要等到28 天以后才能检测。 在混凝土强度与声波在混凝土中的传播速度的关系曲线上，在硬化早期或者在低强度时期，混凝土强度f 的增长小于声波在混凝土中的传播速度v 的增长，即曲线斜率df/dv 很小。这时声波在混凝土中的传播速度对混凝土的强度的变化很敏感，超声波在混凝土中传播的速度增长极为缓慢，这时用超声波在混凝土中传播的速度来反映混凝 土强度就显得不够灵敏，必须提高超声波在混凝土中的传播速度测量的准确性。 环境条件引起的混凝土温度、湿度的影响 温度对声波在混凝土中的传播速度的影响：有研究表明，当温度在20~40℃ 时对声波在混凝土中的传播速度的影响不大，当温度超过50℃ 时，声波在混凝土中的传播速度随温度的升高而降低。 湿度对声波在混凝土中的传播速度的影响：混凝土湿度对传播速度有着较为显著的影响，试验表明对于同一混凝土试件，超声波在在饱和水状态下的传播速度要比超 声波在干燥条件下的传播速度高出大约4%~6%。出现这一现象的主要原因是：混凝土在饱和水状态下的混凝土的含水量比在干燥条件下的混凝土的含水量大。在 干燥条件下的混凝土中空隙被空气充满，而饱和水状态下的混凝土得空隙被水充满。而超声波在水中的传播速度是超声波在空气中的传播速的四倍多。因此，超声波 在含水量大的混凝土中的传播速度比超声波在含水量小的混凝土中的传播速度要高。 施工工艺的影响 混凝土的强度是和配合比有关的，制备混凝土时，首先应根据工程对和易性、强度、耐久性等的要求，合理地选择原材料并确定其配合比例，以达到经济适用的目 的。混凝土配合比的设计通常按水灰比法则的要求进行。通过施工现场采样，再由实验室试配，完成配合比的设计，最后进行配合比修正得到施工配合比。施工时应 严格按照施工配合比来进行，不然会造成混凝土强度的变化，混凝土强度过高会造成浪费，混凝土强度过低会影响结构的安全。在施工过程中，有的工作人员为了便 于操作，往往不按照施工配合比来配料，而随意的加水，导致水灰比发生严重变化。有资料表明：混凝土水灰比增加1％，混凝土强度则要减10N/cm2，混凝 土水灰比减少1％，混凝土强度则要增加10N/cm2。除了由于施工工艺造成的混凝土水灰比会影响混凝土的强度外，由施工工艺引起的混凝土的运输方式、混 凝土浇筑方法也是影响混凝土强度的主要因素。此外，模板工艺的选择也是影响混凝土强度的重要条件。 混凝土中钢筋的影响 在以声波透射法进行桩基质量检测工作时，由声波仪上读的声时值，有可能是超声波在混凝土中的传播途径上遇到钢筋时的声时值，这时测得的声时值有可能部分或 全部是超声波在钢筋中的传播声时，而超声波在钢筋中的传播速度是超声波在一般混凝土中的传播速度约2 倍左右。由此可知，实际上超声波在混凝土中的传播声时要大，计算出的实际超声波在混凝土中的传播速度要小。但由于上述原因，计算出的超声波在混凝土中的传 播速度偏高，也将会导致在推算混凝土的强度时会引起很大的偏差。不过在通常情况下，我们都是把声测管绑在钢筋笼内侧，超声波在混凝土中的传播过程中极少遇 到钢筋。 波幅 在声波透射法的桩基检测中，接受波波幅与桩身混凝土的质量密切相关，是桩身混凝土质量判别的另一个重要参数。接收声波波幅是表征声波穿过混凝土后能量衰减 程度的指标之一。 接受波波幅通常指首波波幅，即第一个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声波的强弱，接收波波幅值越低，超声波在混凝土的传播过程 中超声波地能量衰减就越多。当超声波在混凝土中传播时遇到低强、离析情况时，或桩基桩身质量存在缺陷时，混凝土对超声波的能量吸收就多，超声波能量衰减就 变大，导致接收波波幅变小。 频率 在超声波桩基检测当中，超声波脉冲有多种成分，是由多种频率波组成的。超声波在混凝土中的传播过程中，高频波和低频波的衰减程度是不一样的。当超声波在混 凝土中的传播过程中遇到桩基桩身质量缺陷时，由于超声波的衰减严重和能量的散失，接受波主频率将会有明显的降低。 波形 波形是超声波检测中声学参数的一个判别桩基质量的重要指标，波形的正常与否往往跟声速、波幅是否异常有关。如果声速值、波幅值有异常的话，波形也不正常， 波形不正常也伴随着声速值和波幅值异常。 当超声波在混凝土的传播过程中遇到混凝土缺陷时，由于混凝土内部存在不同阻抗的声学界面，再加上在混凝土缺陷界面上，超声波在这几种界面上会发生反射、折 射、绕射等各种声学现象，超声波经过反射、折射、绕射后，在混凝土中的传播途径都不相同，它们各自到达接收换能器的时间也不相同，这些众多的超声波叠加在 一起，会导致波形发生畸变。从这点上说，波形畸变在一定程度上是可以作为判断桩身混凝土缺陷的参考依据的。