混凝土預(yù)制構(gòu)件無損檢測(cè)技術(shù)概述

李 康 李博文/華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院

混凝土預(yù)制構(gòu)件無損檢測(cè)技術(shù)概述

李 康 李博文/華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院

目前無損檢測(cè)技術(shù)是在不損壞被檢測(cè)件的結(jié)構(gòu)和適用性能的情況下，利用聲，光，電，熱，磁和射線等方法，來揭示其內(nèi)部存在的缺陷，以提高被檢測(cè)件的內(nèi)在質(zhì)量和使用時(shí)的可靠性，無損檢測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用于材料和產(chǎn)品的靜態(tài)動(dòng)態(tài)檢測(cè)和質(zhì)量管理方面和建筑的探傷質(zhì)量檢測(cè)等方面。

預(yù)制構(gòu)件；無損檢測(cè)技術(shù)；超聲波；混凝土

混凝土無損檢測(cè)方法主要有回彈法、雷達(dá)法、沖擊回波法及超聲波法[1]，回彈法是最常用的一種無損檢測(cè)方法，但是回彈的方法只能測(cè)量混凝土表面強(qiáng)度等信息，內(nèi)部缺陷是不知道的。雷達(dá)法可以準(zhǔn)確定位缺陷的位置以及大小，但是雷達(dá)設(shè)備昂貴，并且鋼筋低阻屏蔽，削弱了它的實(shí)際應(yīng)用能力。沖擊回波法可以測(cè)得混凝土的保護(hù)層厚度以及混凝土的內(nèi)部缺陷，但是混凝土內(nèi)部縱向規(guī)模小的界面缺陷很難區(qū)分。超聲波檢測(cè)方案操作簡(jiǎn)單，穿透能力較強(qiáng)，檢測(cè)成本低廉，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于工程實(shí)踐檢測(cè)當(dāng)中，發(fā)揮著重要的作用[2]。

混凝土無損檢測(cè)的方法根據(jù)其原理可分為半破損法、非破損法、綜合法。

一、半破損法

半破損方法以不影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力為前提，直接在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的局部進(jìn)行局部破壞性試驗(yàn)，或直接鉆取芯樣進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，然后根據(jù)具體的測(cè)試值測(cè)定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度值，并根據(jù)結(jié)果推導(dǎo)出強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值或特征強(qiáng)度。該方法的特點(diǎn)是通過局部破壞試驗(yàn)獲得結(jié)構(gòu)混凝土的實(shí)際抗損傷性能，直觀可靠，試驗(yàn)結(jié)果易于接受。它的缺點(diǎn)是會(huì)造成結(jié)構(gòu)局部損傷，需要修理，不適合大面積的綜合檢測(cè)。

鉆芯法在我國(guó)已廣泛應(yīng)用，并已制訂了《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》 (CECS03:88)。由于這種方法會(huì)造成結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的局部損傷，這種方法不適用于同一結(jié)構(gòu)的大面積使用，因此建議把鉆芯法與其他無損檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，一方面，采用無損檢測(cè)的方法來檢測(cè)混凝土的勻質(zhì)性，這樣可以減少鉆孔巖芯的數(shù)量。另外一方面，采用鉆心法校正結(jié)果，提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

二、非破損法

所謂非破損法，指的就是在不破壞商品混凝土結(jié)構(gòu)和使用性能的情況下，利用動(dòng)能，聲光電熱磁等方法，測(cè)定混凝土內(nèi)部缺陷以及強(qiáng)度等物理量。非破損法主要以超聲波法，回彈法，雷達(dá)掃描法等為主。無損檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)可以省時(shí)省力，不破壞結(jié)構(gòu)本身，節(jié)省工程造價(jià)，缺點(diǎn)是測(cè)得的物理量受到的影響因素眾多，所以需要根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正，使測(cè)定結(jié)果更貼近真實(shí)情況，更好地完成結(jié)構(gòu)評(píng)估。

三、綜合法

所謂綜合法就是使用了多元方法的無損檢測(cè)方法，以便獲得各種物理參數(shù)，綜合關(guān)系以及強(qiáng)度和物理參數(shù)的建立，使混凝土強(qiáng)度在不同方便得到綜合評(píng)價(jià)。

混凝土缺陷的無損檢測(cè)方法主要有超聲脈沖法、脈沖回波法、雷達(dá)掃描法、紅外熱譜法、聲發(fā)射法等等。

超聲脈沖檢測(cè)的內(nèi)部缺陷分為穿透和反射兩類。穿透法是基于超聲波脈沖通過混凝土，在缺陷區(qū)域的聲波高度、波、頻率等參數(shù)，對(duì)接平測(cè)找平。目前，超聲脈沖貫穿法已日趨成熟，在工程測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮著越來越重要的作用。

脈沖回波法是利用球和錘在測(cè)得的物體中產(chǎn)生應(yīng)力波，用傳感器接收回波，并在同一時(shí)間通過分析回波定位的方法來確定混凝土缺陷位置的方法。它的特點(diǎn)是撞擊力足夠大，產(chǎn)生強(qiáng)回聲，從而可以檢測(cè)到較大構(gòu)件。

雷達(dá)掃描法是利用電磁波反射的原理，其特點(diǎn)是對(duì)測(cè)量的結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速掃描。特別適用于機(jī)場(chǎng)，道路，火車站等建筑物的快速大面積掃描。

紅外熱譜法是測(cè)量或者記錄結(jié)構(gòu)混凝土熱輻射的一種方法。當(dāng)混凝土內(nèi)部存在缺陷時(shí)，缺陷區(qū)域的傳熱被抑制，通過儀器顯示可以確定缺陷的位置和大小。

超聲脈沖波的穿透能力較強(qiáng)，尤其是用于檢測(cè)混凝土?xí)r，這一特點(diǎn)顯得更為突出，而且超聲檢測(cè)設(shè)備較簡(jiǎn)單，操作使用較方便，所以廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)混凝土缺陷檢測(cè)。

聲發(fā)射技術(shù)是根據(jù)混凝土在受力時(shí)由于內(nèi)部微環(huán)境受到破壞從而發(fā)出聲音的原理，根據(jù)發(fā)出的信號(hào)來分析混凝土內(nèi)部缺陷程度的分析方法，這種方法常用于混凝土破壞過程的監(jiān)測(cè)，確定具體的受力歷史和損傷程度。

除了強(qiáng)度和缺陷測(cè)試外，結(jié)構(gòu)混凝土還有許多其他特性，也可以通過無損檢測(cè)來測(cè)量。主要有彈性和非彈性特性、耐久性、凍深、含水量、鋼筋位置和鋼筋銹蝕、水泥含量等。常用的方法有共振法、沖擊法、磁性測(cè)量法、電學(xué)法、微波吸收法、中子活化法、滲透法等。

共振法是一種周期性外力激振混凝土試件的瞬態(tài)，記錄瞬態(tài)振動(dòng)試樣，根據(jù)頻率和振動(dòng)衰減系數(shù)可以計(jì)算出混凝土的彈性性質(zhì)和非彈性性質(zhì)，并且可以作為混凝土試驗(yàn)中的一個(gè)測(cè)試指標(biāo)，并且可以測(cè)定混凝土脆性性質(zhì)的相對(duì)值。

磁力測(cè)量是根據(jù)鋼筋和嵌入鐵件對(duì)磁場(chǎng)的影響而設(shè)計(jì)的一種方法。常用于檢測(cè)保護(hù)層的厚度和鋼筋的位置。

電位法是基于電流的原理，通過不同的阻抗特性不同的材料進(jìn)行檢測(cè)，它已被用于在混凝土結(jié)構(gòu)層厚度和鋼筋銹蝕測(cè)量，也可以用于測(cè)量混凝土的水分含量和水透水性的評(píng)價(jià)。

微波吸收法是根據(jù)微波的反射、衍射和吸收特性（波長(zhǎng)1mm，頻率為1012左右的電磁波）來測(cè)量混凝土性能的方法。由于水對(duì)微波有吸收作用，所以微波束通過混凝土的衰減特性，這常常被用來確定混凝土的含水量。

超聲波脈沖穿透能力，特別是對(duì)混凝土的檢測(cè)，這一特點(diǎn)更加突出，而且超聲波檢測(cè)設(shè)備操作簡(jiǎn)單方便，廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的檢測(cè)。

南京水利科學(xué)院羅駭先早年曾提出一種判斷缺陷的方法，即“概率法”，[3]此方法經(jīng)多年實(shí)踐已經(jīng)作為判斷缺陷的基本方法列入各類超聲波規(guī)程中[4][5]。一般認(rèn)為普通混凝土的聲學(xué)參數(shù)符合正態(tài)分布。缺陷是由過大誤差引起的，聲學(xué)分布不符合正態(tài)分布。

湖南大學(xué)吳慧敏等(1984)[6]在對(duì)鄭州大橋灌注樁的超聲波透射法檢測(cè)結(jié)果的判定過程中，提出了一種判斷樁內(nèi)缺陷的方法，以“聲參數(shù)一深度”曲線相鄰兩點(diǎn)之間的斜率與聲參數(shù)差值之積為判斷依據(jù)，簡(jiǎn)稱“PSD判據(jù)”。該方法認(rèn)為缺陷處波速明顯變小，即聲時(shí)明顯變大，與相鄰正常測(cè)點(diǎn)對(duì)比，形成一突變。

南京水利科學(xué)研究院宋人心等人(2006)[7]提出了“灌注樁聲波透射法缺陷分析方法一陰影重疊法”，將加密對(duì)測(cè)和斜測(cè)的檢測(cè)結(jié)果標(biāo)示于檢測(cè)剖面圖上，可以更直觀的分析判斷缺陷的范圍。

各種非破損檢測(cè)方法大都是間接推定強(qiáng)度，不確定的影響因素甚多。所以檢測(cè)具體對(duì)象時(shí)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)構(gòu)混凝土情況，充分考慮所選擇檢測(cè)方法的精度，才有可能保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的可信性。

[1]吳新璇．混凝土無損檢測(cè)技術(shù)手冊(cè)． 北京:人民交通出版社，2003.

[2]董清華．混凝土超聲波、聲波檢測(cè)的某些進(jìn)展． 混凝土，2005; (11):32-35.

[3]羅駭先.樁基工程檢測(cè)手冊(cè).北京:人民交通出版社，2003.181- 258.

[4]陳凡，徐天平，陳久照等.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.222-313.

[5]建設(shè)部.JGJ106一2003.建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[6]羅駭先.半個(gè)世紀(jì)的回顧一混凝土聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展.第七屆全國(guó)建筑無損檢測(cè)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2001.

[7]吳增偉.樁身混凝土聲波透射法試驗(yàn)研究.廣州:廣東工業(yè)大學(xué)，2005.