國內外道路無損檢測技術概述

孟美麗

目前,應用在道路工程中的無損檢測技術和設備主要有:線性極化技術,半電池電位計,鏈條拖拉試驗,沖擊反射法,超聲法,紅外線溫度記錄法,聲波發射法,路用探地雷達,落錘式彎沉儀,斷面儀和摩擦系數測定儀等,本文就各自的工作原理進行簡要敘述,并比較了其應用條件。

1 各項檢測技術的工作原理

1.1 線性極化技術

線性極化技術通過測試腐蝕鋼筋的電流密度從而推斷鋼筋的腐蝕狀況。因為該測試是在極化曲線的線性段進行的,所以稱為線性極化技術,并且此時,施加在鋼筋上或離子溶液中的電流密度和金屬電位成線性關系。據此原理,我們就可以通過測試鋼筋的電流密度來推斷鋼筋的銹蝕情況。

1.2 半電池電位計

該項技術的原理是通過測量應力鋼筋和參考電極之間的電壓差來推斷混凝土橋面板和混凝土路面內鋼筋發生腐蝕的可能性。常用的是一節兩極為銅的硫酸鹽電池。

1.3 鏈條拖拉試驗

鏈條拖拉試驗是在橋面板和混凝土路面上拖拉鏈條,根據其發出的聲音判斷內部混凝土是否已經分層或剝離,因為混凝土分層后發出的聲音與完好時有很大差別。當混凝土板內分層范圍較大時,鏈條拖拉試驗很有效,但此方法主觀性因素太多,并且當板上攤鋪有瀝青混凝土時,這種方法就不能使用了。

1.4 沖擊反射法

這種測試方法是在結構表面施以微小沖擊產生應力波,該低頻應力波在結構中傳播時,若遇到缺陷或其他界面就會發生反射,并引起結構表面微小的位移響應。將接收到的響應進行傅立葉變換轉化成頻域內的頻譜圖,從而根據頻譜圖進行分析判斷。頻譜圖上凸出的峰就是應力波在結構表面與底面及缺陷間來回反射形成的。根據最高峰的頻率值可計算出結構厚度,根據其他頻率峰可判斷有無缺陷及其深度[1]。

該方法系單面反射測試,測試方便、快速、直觀,且測一點就可判斷一點。應用也較為廣泛,可用于各類土木工程的混凝土和瀝青混凝土結構的現場探測內部缺陷和測量厚度,并且特別適用于單面結構,包括噴射混凝土的檢測。

1.5 超聲法

超聲法是目前國內外常用的一種探測混凝土結構內部缺陷(空洞、剝離層、疏松層、裂縫等)的無損檢測技術。該法是用頻率比人耳所聽聲音的頻率稍高點的超聲波進行缺陷探測。超聲波在介質內傳播時,遇到聲阻抗發生突變的界面就會反射,介質的聲阻抗與其密度和波速有關。因此當介質內有缺陷時,會發生反射,缺陷的位置可通過波往返的時間來確定。但這種方法是穿透測試,需要有兩個測試面,而且必須測試多個測點,通過比較才能進行判斷。

1.6 紅外線溫度記錄法

當結構存在缺陷和材料不均勻時,它們在結構表面會表現出或高或低溫度區域來,該技術就應用溫度記錄方法來描繪材料表面的等溫線,然后通過辨別等溫線圖來分析結構所處的狀態。

1.7 聲波發射法

這里的聲波發射指的是當結構發生變形時所釋放的彈性能。此方法常在逐級加載情況下使用,第一次加載會產生較多發射,以后會慢慢減少;如后來所加荷載沒先前加的荷載大時,就不再發射。

1.8 探地雷達

探地雷達系統包括五部分:天線、發射機、接收機、信號處理機和計算機。

目前探地雷達主要用來檢測路面結構層的厚度、識別混凝土板下的脫空和評價路面的含水量及壓實度。

1.9 落錘式彎沉儀

落錘式彎沉儀產生一個荷載脈沖來模擬行駛中的車輪荷載的影響。一質量塊從選定的高度落下產生沖擊荷載。施加的荷載由一個重載的荷載傳感器測量出并通過一直徑為 300mm的承載板傳遞到路面,導致路面產生彎沉。彎沉由地震檢波器測量同時提供彎沉盆圖,依據彎沉盆圖反算路面各層的模量,從而評價路面結構性能。

1.10 斷面儀

平整度是路面使用性能的最重要的指標之一,直接影響著行駛質量的好壞。平整度的測試設備有兩大類:反應類和斷面類。

反應類的代表設備為顛簸累積儀,它測量后軸同車身之間懸掛系統的位移,當位移累積一定量后,就送出一脈沖信號給電子計數器。但此類設備有一顯著缺點:必須經常標定以確保測量結果的準確性。

斷面類設備直接沿行駛車輛的輪跡量測路面表面的高程,得到路表斷面,通過數學分析后采用綜合統計表征其平整度。以前主要用的是水準測試和梁式斷面儀,雖測試簡單、直觀,但測試速度較慢。近年來,人們逐漸采用激光斷面儀來評價路面的平整度。

1.11 摩擦系數測定儀

路面的抗滑能力可采用不同的方法進行測定。

1)制動距離法。以一定的速度vi行駛的車輛,到車輪完全制動時的滑移距離Ls,可用以確定該長度內路面的平均摩阻系數fd:

2)鎖輪拖車法。裝有標準試驗輪胎的拖車,以 64.4km/h的速度行駛在灑水潮濕的路表面,量測測試輪被抱死時所需要的力 F,除以輪上的有效荷載W,便可得到摩阻系數,或稱為抗滑指數SN:

3)偏轉輪拖車。拖車上的測試輪偏轉行駛方向一定的角度(7.5°～20°),測定該輪滑移時所受到的側向力 FC,按下式確定摩阻系數,或稱側向力系數SFC:

4)可攜式擺式儀。擺錘底面裝有由輪胎面組成的滑塊,當擺錘從一定高度自由下擺,滑塊同路表面接觸后,測定擺錘的回擺高度,由此確定抗滑值VSR。試驗條件大致相當于輪胎以 50km/h的速度滑移時的摩阻情況,并且兩者存在下述經驗關系:

2 應用條件的比較

上述的十余項無損檢測技術是進行道路質量檢測非常有效的工具。然而它們也是各有千秋,不可替代的。下面針對它們所要求的工作條件進行比較(見表1),以說明這一點。

表1 各種無損檢測技術比較結果

3 結論與展望

上述各種無損檢測方法各有千秋,適用條件也千差萬別,實際應用時還需謹慎選擇。隨著無損檢測技術的發展,道路質量的檢測逐步細化,可以全方位地評價在建的、現役的公路服務水平,同時也為道路的修復提供必要的技術支持和依據,值得廣泛推廣。

[1] 羅騏先.檢測混凝土內部缺陷與厚度的沖擊反射法及測試系統[J].公路,2001(3):11-12.

[2] Amara Loulizi.Development of Ground Penetrating Radar Signal Modeling and Implementation for Transportation Infrastructure Assessment[D].Dissertation for Doctor Degree,2001.