沥青混凝土路面超声波无损检测研究.docVIP

沥青混凝土路面超声波无损检测研究 　　 【摘 要】目前，超声波检测技术用于沥青混凝土路面检测的工程实例还比较少。本文针对沥青混凝土路面出现的各种早期破损病害问题，试图应用超声波探伤技术，将超声波的参数与沥青混凝土材料的某些力学性能或损伤建立一定的联系，进行沥青路面裂缝破损状况检测、密实度检测及水稳特性分析与评价，为定量评价路面早期损坏形式及程度提供依据。 　　 【关键词】超声波；沥青混凝土；检测；ANSYS仿真 　　 　　 1 超声波探伤 　　 1.1 超声波简述 　　 超声波是一种机械波，机械振动与波动是超声波探伤的物理基础。超声波的获得是利用某些物质特定的物理效应来实现的。自然界中，在一定条件下，可以把一种形式的能量转换成另一种形式的能量。因此，原则上凡事能将其他形式能量转换成超声振动方式的能量都可以用来发生超声波。超声波探伤所用的频率一般在0.5~10MHz之间，对钢等金属材料的检验，常用的频率为1~5MHz。超声波波长很短，由此决定了超声波具有方向性好、能量高、穿透能力强、能在界面上产生反射、折射和波型转换等一些重要特性，使其能广泛用于无损探伤[1]。 　　 1.2 超声波检测原理 　　 常用的超声波探伤仪以A型显示脉冲反射式为主，电路图如图1所示，其主要结构包括同步电路、发射电路、时基电路、接收放大电路等[2]。同步电路是超声波探伤仪的指挥中心，它产生周期性的脉冲，控制发射电路、接收放大电路、时基电路协调一致地工作。发射电路在同步电路产生的正触发脉冲作用下，在极短的时间内产生上升时间短、脉冲窄、能量高的高频电脉冲，送往探头晶片经电声转换后产生超声波。时基电路在同步脉冲的控制下产生锯齿波信号，送往示波管的水平偏转线圈，产生从左至右的匀速水平扫描线，也称为时基线。接收放大电路包括高频放大器、衰减器、检波器、视频放大器和深度补偿等。接受放大器的主要作用是将微弱的从探头晶片出送来的电信号经数级放大后加至示波管的垂直偏转线圈上，使回波信号能以一定幅度显示。 　　 　　图1 超声波探伤仪电路图 　　 2 基于超声波的沥青混凝土路面无损检测 　　 2.1 利用超声波检测沥青路面的裂缝深度 　　 在沥青混凝土路面出现的各种早期破损病害问题中，裂缝破损状况的出现不可忽视，检测方法如下[3]。将发射和接收换能器置于裂缝的同一侧（不跨缝），以两个换能器内边缘间距（）等于100mm、150 mm、200 mm、250 mm……分别读取声时,再把发射和接收换能器分别置于裂缝为轴线的对称两侧，如图2，两换能器中心连线垂直于裂缝走向，以分别读取声时值。每个测点的声波实际传播距离为,其中为换能器直径，根据下式计算裂缝深度： 　　 　　 其中，为裂缝深度； 　　 分别为不跨缝、跨缝平测的声时值； 　　 为不跨缝平测时第次的超声波传播距离。 　　 以不同的值读取值，分别计算值，如出现值大于原测距中任一个值，则应该把距离的值舍弃后重新计算值。 　　 　　图2 裂缝检测示意图 　　 2.2 利用超声波检测沥青混凝土的密实度 　　 在沥青混凝土材料损伤检测中引入声波测试技术，本例采用RSM-SY5非金属声波测试仪，平面换能器的布置为垂直穿透法，对3种不同类型的沥青混凝土试件进行检测[4]。所得的数据见表1，试件的典型波形见图3。 　　表1 不同类型沥青混凝土声速表 　　 试样号 平均值 　　 1 2 3 　　路面心样 3384 3254 3572 3403 　　静压试样 3353 3280 3067 3233 　　振动试样 3591 3843 3521 3652 　　 　　a)沥青路面结构层（Supperpave12.5+ AC-20Ⅰ+AC-20S）心样 　　 　　b)静压成型的路面结构层（SMA+AC-20+AC-25）心样 　　 　　c)振动击实的路面上面层（SMA）心样 　　图3 不同类型沥青混凝土初始波形图 　　 表1中数据显示三类试样中，声速最高的是振动击实的SMA试件，反映其致密性最好，而静压成型的试件由于内部空隙较大，因而声速最低，致密性最差；路面心样的声速值介于两者之间。另外，通过波形和频谱图也反映出静压试件均匀性和致密性差，有较大的初始损伤，另两类试件波形较规则。这也反映出不同试件成型和加工方法对沥青混合料力学性能的影响，在进行各种宏观物理力学试验时应选择适宜的试件成型方法，以便为路面结构设计提供更合理参数。 　　 2.3 利用超声波定量分析沥青混合料的水稳特性 　　 超声波加速水损害的试验方法是一种定量分析沥青混合料的水稳定性的新型试验方法，其原理是用超声波来模拟动水压力，加速了沥青结合料从集料表面的剥落[5]。 　　 实际上，动水压力是一种形式的能量，而超