試驗無損檢測技術(shù)在建筑工程檢測中的應(yīng)用

徐 凡

（中鐵二十二局集團第三工程有限公司，福建 廈門 361000）

1 無損檢測技術(shù)的特點

近年來，隨著無損檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，國家陸續(xù)出臺了多種檢測技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，為檢測技術(shù)的實施提供了權(quán)威的科學(xué)依據(jù)和法律保障。通過無損檢測技術(shù)，可以將工程質(zhì)量進行相應(yīng)的量化，將材料結(jié)構(gòu)的質(zhì)量進行指標(biāo)量化后，利用檢測技術(shù)確定其是否滿足質(zhì)量要求。無損檢測的使用不能影響原結(jié)構(gòu)的正常性能。比如在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，需要進行大量的焊接作業(yè)，焊縫的質(zhì)量直接關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)安全，因此無損檢測的重點就是焊縫結(jié)構(gòu)。無損檢測技術(shù)的實施應(yīng)當(dāng)建立在不破壞檢測材料性能的基礎(chǔ)上，通過物理方法獲取檢測對象的內(nèi)部信息。同時，應(yīng)采取隨機檢測的方式，因為隨機檢測更具有代表性和客觀性，更能真實反映結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。通過檢測技術(shù)中的科學(xué)計算，將結(jié)構(gòu)性能進行具體的量化直觀反映其質(zhì)量，也便于數(shù)據(jù)的存儲，避免因判斷依據(jù)模糊而造成檢測結(jié)果不準(zhǔn)確等問題，切實提高質(zhì)量控制水平。

2 常用的無損檢測技術(shù)

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)

對混凝土結(jié)構(gòu)的建筑工程進行無損檢測時，常用的檢測技術(shù)有超聲波檢測技術(shù)、紅外線檢測技術(shù)、沖擊回波檢測技術(shù)等［1］。超聲波檢測技術(shù)又可以細(xì)分為超聲波無損檢測和回彈檢測，前者多用于檢測混凝土結(jié)構(gòu)強度，檢測原理是根據(jù)聲波振幅的變化以及傳播速度判斷其結(jié)構(gòu)強度；后者多用于檢測混凝土的表面質(zhì)量，該技術(shù)能夠檢測較薄表面的混凝土質(zhì)量。紅外線檢測技術(shù)的原理是通過混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱流變化以及熱量實現(xiàn)質(zhì)量的檢測，根據(jù)熱傳導(dǎo)的具體情況即可判斷出混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否有較大的缺陷，同時混凝土結(jié)構(gòu)的表面缺陷也能通過該技術(shù)快速檢測出來。沖擊回波檢測技術(shù)在應(yīng)用時需要在混凝土表面放置鋼珠，利用信號發(fā)生裝置發(fā)出相應(yīng)的信號，形成應(yīng)力波，并激發(fā)缺陷形成相應(yīng)的頻譜圖由傳感器接收，完成對混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的檢測和判斷，該技術(shù)的應(yīng)用原理如圖1所示。

圖1 沖擊回波檢測技術(shù)應(yīng)用原理

2.2 鋼結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)在建筑工程的無損檢測中發(fā)揮重要的作用，該類檢測技術(shù)通常有滲透無損檢測技術(shù)、超聲無損檢測技術(shù)、磁粉無損檢測技術(shù)。在使用滲透無損檢測技術(shù)時需要在鋼結(jié)構(gòu)物體表面涂抹一定量的含有色料或熒光料的滲透液，若鋼結(jié)構(gòu)物體表面存在缺陷則會在缺陷處聚集一定的滲透液，當(dāng)清理多余滲透液并干燥處理后，則可以利用顯像劑判斷表面是否存在缺陷，以此實現(xiàn)無損檢測的目的。滲透無損檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍較小，并且不適于檢測有涂料、氧化皮或者鐵銹的鋼結(jié)構(gòu)，因此實用性較低。超聲無損檢測技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用于管材、焊縫、鍛件以及復(fù)合材料的檢測，尤其是對厚度較大的工件更具有無損檢測的優(yōu)勢，檢測時需要借助探傷儀完成。探傷儀能夠產(chǎn)生相應(yīng)的超聲波，當(dāng)遇到異面介質(zhì)時超聲波會產(chǎn)生反射作用，則表明檢測對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在一定的缺陷。磁粉無損檢測技術(shù)多用于需磁化處理的磁性材料檢測，由于鋼結(jié)構(gòu)工件會不可避免存在磁力線變形，利用光照技術(shù)探測工件的磁痕，從而準(zhǔn)確判斷檢測工件存在的結(jié)構(gòu)缺陷。

3 新型無損檢測技術(shù)的具體應(yīng)用要點

3.1 基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)

在使用該技術(shù)檢測時，首先應(yīng)將建筑結(jié)構(gòu)進行小波分解，并設(shè)定相應(yīng)的閾值，由此得出相應(yīng)的變換系數(shù)并保存有效值，確保變換系數(shù)在閾值范圍內(nèi)。然后對鋼結(jié)構(gòu)檢測圖像進行去噪處理，結(jié)合先進的紅外圖像技術(shù)可以顯著提高檢測圖像的清晰度，由此實現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)缺陷邊緣的無損檢測。

基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)，在實際應(yīng)用時應(yīng)首先選取小波基，然后選定分解層數(shù)并設(shè)定合理的閾值，通過小波消噪、形態(tài)學(xué)處理后進行缺陷邊緣檢測。在檢測時應(yīng)選擇線性相位屬性良好、高階消失矩、緊支性、正則性等屬性明顯的雙正交小波基，即雙正交小波基bior3.1，用來檢測鋼結(jié)構(gòu)的噪聲信號；需根據(jù)最小近似信號噪聲標(biāo)準(zhǔn)確定信號的分解層數(shù)，比如當(dāng)信號信噪比SNR＜20時，分解層數(shù)需設(shè)為5，否則需設(shè)為4，為確保鋼結(jié)構(gòu)的實時無損檢測，可將分解層數(shù)確定為4；作為信號去噪的重要環(huán)節(jié)，判定閾值可根據(jù)式（1）確定，式中的y、α、e、M分別為尺度向量、噪聲大小、常數(shù)、小波系數(shù)數(shù)量。噪聲的大小α可同最小尺度空間的小波系數(shù)確定，由此結(jié)合小波系數(shù)空間中信號和噪聲擁有的具備傳播性小波變換系數(shù)，可基于式（2）確定α值，式中的ji、j分別為首次小波變換獲取的小波系數(shù)與小波系數(shù)均值。

小波消噪應(yīng)建立相應(yīng)的零通小波，并根據(jù)重構(gòu)公式完成信息回復(fù)，從而實現(xiàn)消噪的目的，該環(huán)節(jié)需要利用奇異性指數(shù)對信號的局部奇異點特征進行科學(xué)判斷；形態(tài)學(xué)處理則需要分別進行膨脹處理以及腐蝕處理，通常是刪除檢測目標(biāo)邊界某類像素的方法來保證圖像清晰度的增強；而缺陷邊緣檢測則需要結(jié)合紅外圖像技術(shù)，同時輔以旋轉(zhuǎn)跟蹤法，按照圖2所示的原理實現(xiàn)缺陷邊緣的檢測。

圖2 缺陷邊緣檢測原理

3.2 基于阻尼振動法的灌漿套筒無損檢測技術(shù)

為實現(xiàn)對灌漿套筒的無損檢測，本文建議嘗試阻尼振動法這一先進的新型技術(shù)。該技術(shù)是在灌漿套筒中預(yù)埋阻尼振動傳感器，然后分辨灌漿料和空氣兩種不同介質(zhì)的振動傳感情況檢測灌漿套筒的飽滿度［2］。使用阻尼振動法時，灌漿前后振動波形會產(chǎn)生一定的變化從而判斷套筒內(nèi)灌漿情況，灌漿前的振動波形圖具有輸出能量值大、振幅衰減速度慢、振幅大等特點，在灌漿后其波形圖的輸出能量值、振幅衰減速度以及振幅等方面都會相應(yīng)產(chǎn)生相反變化，由此實現(xiàn)套筒內(nèi)灌漿密實度的無損檢測。該技術(shù)可以判斷裝配式建筑工程灌漿套筒施工質(zhì)量，必要時需要采取二次補灌的措施，同時還能合理評估灌漿作業(yè)的質(zhì)量，因此阻尼振動法對灌漿套筒的無損檢測具有較大的推廣價值。

結(jié)合實際的裝配式建筑施工工程，阻尼振動傳感器應(yīng)在套筒灌漿作業(yè)前預(yù)埋于出漿孔的底部，灌漿作業(yè)完成后漿料初凝前實施檢測。針對信號波幅的衰減大小可以確定傳感器是否被灌漿料包裹，漿料的飽和度也有利于工程質(zhì)量的管控。檢測時應(yīng)確保傳感器、檢查儀器等處于正常狀態(tài)然后錄入相關(guān)數(shù)據(jù)，注意檢測至少在灌漿結(jié)束5min后進行并至少進行1／3的抽樣檢測，若抽樣檢測確定灌漿不飽滿，則需要補灌直到滿足檢測標(biāo)準(zhǔn)。

本項目為裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)商業(yè)樓，豎向支撐結(jié)構(gòu)為框架柱，并通過套筒灌漿的方式連接縱向受力鋼筋。利用阻尼振動傳感器對灌漿套筒進行無損檢測，該商業(yè)樓9層兩個柱共設(shè)置18個測點。根據(jù)檢測結(jié)果可知，部分測點在初凝前檢測結(jié)果表明未達到飽滿狀態(tài)，因此施工單位采取了補灌措施，確保了套管灌漿的質(zhì)量。在灌漿料固化后，再使用該技術(shù)進行檢測發(fā)現(xiàn)各測點都達到了飽滿狀態(tài)，這也表明阻尼振動傳感技術(shù)能夠指導(dǎo)裝配式建筑施工作業(yè)，保證灌漿的質(zhì)量。

4 結(jié)語

無損檢測技術(shù)能夠檢測工程結(jié)構(gòu)的表面缺陷以及內(nèi)部缺陷，是一種有效的工程質(zhì)量檢測技術(shù)，同時避免了對鋼結(jié)構(gòu)的破壞，也適用于各種工程項目的開發(fā)建設(shè)。無損檢測技術(shù)的不斷完善和優(yōu)化在很大程度上推動了建筑工程行業(yè)的發(fā)展，促進建設(shè)質(zhì)量和建設(shè)水平進一步提升。