超声波在沥青路面中传播衰减原因的分析.pdf

第6期 (总第204期) 华 东 公 路 No．6 【Total No．204) 2013年 12月20 日 EASTCHINA HIGHWAY December 2013 文章编号：1001—7291(2013)06—0072—04 文献标识码 ：B j 》 超声波在沥青路面中传播衰减原因的分析 一 潘晓军，康敬东，谢明武 、 | 。 (长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西 西安 710064) 摘要：针对超声波无损检测基本原理，系统分析超声波波速在沥青混凝土路面传播过程中的 衰减因素。分析超声波在路面传播过程中衰减的两种主要形式和声速变化的影响因素；将超声波 声学参数与沥青混凝土路面密实度、含水率和损伤建立一定的联系，并提出了超声波检测沥青路 面时须考虑的修正因素。 关键词：超声波；波速；沥青混凝土路面；孔隙率 超声波检测是一种无损检测的方法，具有激发容 提供一定的参考和依据。 易、检测简单、操作方便、价格便宜等优点，在土木 2 超声波声波在沥青路面中传播衰减原因分析 工程领域中得到了广泛的应用，积累了比较丰富的经 2．1 吸收衰减 验及成熟的检测方法，但是在道路工程中的应用尚处 超声波在固体介质中传播时，由于沥青混合料的 于研究探索阶段。国内的超声波无损检测研究大部分 粘滞性而造成质点之间的内摩擦 ，从而导致一部分 针对于水泥混凝土路面，对沥青混凝土路面的超声波 声能转换为热能；同时，由于介质的热传导，沥青混 检测还没有形成标准体系，尤其是含水率和孔隙率等 合料的稠密和稀疏部分之间会进行热交换，从而导致 因素对波速影响的理论研究较少。 声能的损耗，这便是介质的吸收衰减现象，以吸收衰 1 超声波检测基本原理 减系数 。来表征。吸收衰减系数 。与声波频率的一 超声波是一种频率高于20KHz、由机械振动源 次方成正比。路面检测使用的超声波的频率一般为 在弹性介质中激发的一种机械振动波。利用超声波在 24kHz～500kHz，其吸收衰减系数会较大，从而使 物体内部传播过程中所发生的反射、衰减、谐振以及 得超声波的声压降低，声速降低。 声速等的变化，可以测知路面表面与内部缺陷、组织 2．2 散射衰减 变化等。超声波在介质中传播的速度服从波的传播定 当介质中存在颗粒状结构 (如固体介质中的颗 理，即 =A厂，其中A为波长，／为波的频率。研究 粒状结构、缺陷、掺杂物等)而导致的声波的衰减 表明，超声波在材料中传播的速度与材料的强度有密 称为散射衰减，以散射衰减系数 来表征。在沥青 切关系。材料的强度愈高，穿过它的波速就越大；材 混凝土路面中，一方面是因为其中大的颗粒 (粗骨 料的强度愈低，则穿过它的波速越低。因此超声波传 料)构成许多声学界面，使得超声波在这些界面上 播波速的变化可以用来表征沥青路面压实度、孔隙率 产生多次的反射、折射和波形转换，另一方面是微小 等内部情况。本文通过理论分析与实验数据研究，分 颗粒对超声波的散射。同时，这些微小颗粒在相应频 析了超声波波速在沥青混凝土路面传播过程中产生衰 率的超声波作用下产生共振线角，其本身成为新的振 减的原因，为超声波技术无损检测沥青路面施工质量 源，向其四周发射出新的声波，使声波能量的扩散达 收稿 日期：2013-．09-25 2013年第6期