橋梁病害無損檢測技術探究

張麗芳

(山西晉城路橋建設有限公司，山西晉城 048000)

0 引言

橋梁檢測方法從最廣義的角度來說，我們可以把它分為無損的檢測方法、靜載試驗的檢測方法和動載試驗的檢測方法。

混凝土作為我們在橋梁上應用最廣泛的結構形式已經有近兩百多年的歷史，最早可以追溯到19世紀初，到現在我們如何確定和探測出混凝土結構的表面及其內部的缺陷，并對缺陷的位置、大小、形式、性質、數量做合理的鑒定，成了各國學者一直致力研究的重點。

橋梁病害的無損檢測技術是指在不影響橋梁結構和構件性能的前提下，對橋梁的損傷情況進行診斷和評估，從而為橋梁的養護和維修方案提供科學依據，并對橋梁的適用性、安全性和可靠性進行科學的評價。它是通過測定結構的某些物理參數來判斷結構或者構件性能的一種合理的檢測方法。無損檢測技術是緊密結合多個學科的科學技術所形成的高技術產物，材料學與應用物理學的快速發展為無損檢測技術提供了堅實的理論基礎，而計算機的快速發展，讓橋梁病害無損檢測技術有了更加先進和現代化的計算方法。

1 國內外橋梁病害無損檢測技術的發展現狀和水平

1．1 國外橋梁病害無損檢測技術的發展過程

20世紀30年代出現了表面壓痕法來了解混凝土的強度。科學家們在1935年的時候，經過不斷的實驗和努力在測量鋼筋混凝土的彈性模量上應用了共振法。1948年回彈儀的出現更加的規范了混凝土的強度測量。到了1949年的時候加拿大人已經開始成功的應用超聲脈沖技術來檢測混凝土了，以上這些前人的研究為橋梁病害無損檢測技術奠定了堅實的基礎。

80年代中期，美國的Mary．Sansalonet和Nicholas J．Carino實現了在水泥中運用機械波反射的方法進行無損檢測。

目前，隨著各個學科的不斷發展、交叉、結合，無損檢測技術又有了新的發展，出現了一些新的檢測手段，包括微波吸收法、紅外熱譜法、脈沖回波法、雷達掃描法等新技術。

1．2 橋梁病害無損檢測技術在我國的現狀和發展過程

我國的橋梁病害無損檢測技術發展的比較晚，首次是在20世紀50年代的時候，由前蘇聯引入橋梁病害無損檢測技術到中國，以后我國就開始引進國外比較先進的超聲儀和回彈儀等一系列的無損檢測設備，并且把這些先進的超聲儀和回彈儀應用到實際的工程中，得到了很多的科研成果。我國在60年代初的時候在超聲檢測儀的發展和自主研發上就取得了很好的成果，能夠自主研發和生產回彈儀。70年代末，我國有關部門曾多次組織科研力量合作攻關無損檢測方法，隨后便制訂了一系列相關技術規程。隨著電子科技的發展，儀器的研制業更加精密、精準，多項技術擁有自主知識產權。

2 混凝土的無損檢測技術

目前我國大部分橋梁多為鋼筋混凝土結構，對于混凝土的檢測，主要有肉眼觀測法，回彈儀測強法，裂縫觀測儀觀測法和超聲波成像觀測法。混凝土碳化深度的測量主要是采用噴灑酚酞試劑的辦法，碳化深度對回彈儀測量混凝土強度起到一定的修正作用。回彈儀測量混凝土強度是目前混凝土強度檢測最普遍的做法。對于結構內部裂縫的測量，可借助超聲波成像技術，這里主要介紹一下超聲波成像技術。

目前，超聲波無損檢測技術是橋梁檢測中的重要方法，該方法具有缺陷定位準確、分辨率高、檢測結果直觀易懂等特點，因此受到測橋人的青睞。該方法檢測時多采用對測法和斜測法(見圖1)，通過對所測斷面超聲波的聲時、波幅、頻率及波形等參數的統計計算分析確定缺陷異常的位置和嚴重程度。

圖1 超聲波無損檢測儀的布置方式

這種檢測方法的原理是根據結構內部狀態的變化和物性參數與聲學參數的變化具有良好的一致性，得出超聲波在檢測面上的走勢圖，然后根據這個走勢圖利用相應的計算方法計算出超聲波在檢測面上的分布，最后根據超聲波與混凝土相關性確定檢測剖面上混凝土的淺裂縫、深裂縫、空洞、混凝土內部的均勻性以及表面損傷情況等等各種病害。

3 鋼筋混凝土結構中鋼筋的無損檢測技術

一般的情況下，我們認為在鋼筋混凝土結構內的鋼筋是處在一種堿性環境中的，因此鋼筋混凝土結構內的鋼筋就基本不會發生腐蝕破壞，能夠保持好的力學性能，但是如果鋼筋所處的堿性環境被破壞了，那么鋼筋就會非常容易發生銹蝕的現象，導致鋼筋有效的截面面積變小和鋼筋保護層的開裂等，最后導致整體的混凝土耐久性下降。

對于鋼筋銹蝕情況的檢測，有半電位檢測法和電子脈沖檢測法兩種。

3．1 半電位無損害檢測法

我們可以把混凝土構件內的鋼筋銹蝕過程看作一個現實中的電化學反應過程。鋼筋和混凝土可以看作是半個弱電池組(與普通干電池類似的結構形式)，鋼筋是一個電極，而潮濕的混凝土構成了電解質。半電池法就是把“鋼筋+混凝土”看作是一個半電池系統，它與手持電極構成一個全電池系統。又因為手持電極那一端具有比較穩定的電位差，并且鋼筋因為銹蝕而發生的電化學作用，將會很大的引起由“鋼筋+混凝土”形成的半電池和手持電極構成的全電池系統的變化。因此由“鋼筋+混凝土”形成的半電池的電位變化可以很好的對鋼筋的銹蝕情況進行腐蝕。根據已有的測量研究數據以及相應標準，一般以150 mV電勢差作為鋼筋是否銹蝕的分界點，當電勢差小于150 mV可認為鋼筋混凝土中的鋼筋未被銹蝕。此種方法的缺陷是只能做定性分析，而不能做定量分析，對于已經被銹蝕的結構，不能測出其被腐蝕的嚴重程度。

3．2 電子脈沖檢測法

鋼筋的銹蝕率也可以用電子脈沖法進行檢測，這是鋼筋銹蝕率檢測的最新方法。它比半電位法更加先進，不僅能對鋼筋是否銹蝕進行明確，還能較為準確的測量出鋼筋的銹蝕率。

丹麥的Germann公司生產鋼筋銹蝕率檢測儀就是利用電子脈沖原理檢測鋼筋銹蝕率的，它的檢測步驟是:

1)在混凝土破損較嚴重的地方，用鋼筋定位儀找到鋼筋位置。

2)在鋼筋處用沖擊鉆鉆兩個孔，用接觸螺栓將其導出，用歐姆表測量兩點處的電阻，當電阻為零時，說明螺栓接觸正確。

3)在測試區域灑水濕潤15 min，畫出測試網格，然后做鋼筋銹蝕率檢測。

4)將銹蝕儀的一端通過螺栓連接到鋼筋上，另一端與手持電極相連，然后開始測量。

4 鋼結構橋梁的無損檢測技術

鋼結構的橋梁以前在我國主要是用于小跨徑，因此對于鋼結構橋梁的安全性檢測要求不是很嚴格，但是最近幾年鋼結構的橋梁在大跨度上的應用越來越多，為了保證橋梁的安全性，就越來越需要高要求的無損害檢測手段和檢測儀器。例如磁粉探傷法和渦流檢測法、聲發射法以及超聲衍射法等檢測手段都是常用或者比較新的檢測手段。

檢測鋼結構橋梁主要包括以下兩個方面:

1)檢查鋼箱梁在工地拼接時的大環形焊縫是否平順，有無扭曲現象，以防出現應力集中。

2)檢查鋼結構桿件是否平直，受力桿件的彎曲會使桿件兩端產生多余的扭轉力，嚴重時會出現開裂。

5 結語

隨著時間的推移，我國早前建立的橋梁慢慢的進入了維修期，并且隨著橋梁事業的發展，我國橋梁的無損檢測技術也得到了非常快速的發展，越來越成為我國在橋梁檢測上的重要手段，由于橋梁的無損檢測技術的應用，我國的橋梁損害可以得到很快和很準確的確認，為我國橋梁的維修提供了非常大的幫助，大大的降低了橋梁維修的難度，節約了橋梁維修的時間和費用，因此深入掌握和了解橋梁病害的無損檢測技術，將對我國橋梁事業的發展起到至關重要的作用。

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