裝配式混凝土結構質量檢測技術應用現狀與發展趨勢分析

黃躍峰

（廈門合誠工程檢測有限公司，福建 廈門 361012）

0 引言

裝配式混凝土結構建筑（Precast Concrete Structures）已成為現代建筑工程的重要組成部分。為確保裝配式結構建筑的施工質量及在設計壽命內能夠安全可靠地運行，其施工建造全過程的質量檢測至關重要，其檢測技術關系到建筑行業可持續性和高質量發展的進程。本文以分析裝配式混凝土結構建筑質量檢測技術的應用現狀為基礎，展望其未來創新發展的模式，僅供交流。

1 裝配式混凝土結構建筑質量檢測技術

（1）超聲波檢測技術（Ultrasonic Testing，簡稱UT）已廣泛應用于裝配式混凝土結構的質量評估[1]。UT 通過測量聲波在混凝土中的傳播速度和衰減來檢測內部缺陷。此外，光纖光柵傳感技術（Fiber Bragg Grating，簡稱FBG）可實時監測結構的應變和溫度，提供了對結構性能的關鍵信息。

（2）磁粉探傷技術（Magnetic Particle Testing，簡稱MPT）和渦流檢測技術（Eddy Current Testing，ECT）用于檢測表面和近表面缺陷，如裂紋和焊縫的質量。磁粉探傷是傳統的無損探傷方法之一，其原理是利用漏磁場可以吸附磁粉這個基本原理進行探傷檢測；渦流檢測技術則是利用電磁感應原理，通過測定被檢工件內感生渦流的變化來無損評定導電材料及其工件的某些性能，或發現缺陷的無損檢測。

（3）紅外熱成像（Infrared Thermography，簡IRT）被廣泛用于檢測混凝土結構的隱性缺陷。IRT 通過測量表面溫度分布來識別異常熱點，從而確定可能存在的問題區域。

總的來說，裝配式混凝土結構建筑在非破壞性質量檢測技術領域取得了巨大的進展，這對提高這些結構的可靠性和安全性起到了至關重要的作用。

2 裝配式混凝土結構建筑檢測技術應用現狀

2.1 施工準備階段的應用

裝配式混凝土結構建筑的施工準備階段，常用的檢測技術有超聲波檢測技術（UT）、磁粉探傷技術（MPT）和紅外熱成像技術（IRT）。

（1）超聲波檢測技術（UT）的應用：在此階段，UT技術通常采用頻率為20～100kHz 的超聲波脈沖，以獲取最佳穿透深度和分辨率。檢測過程中，超聲波在混凝土中的傳播速度一般應控制在2000～4000m/s，衰減系數通常不超過0.02dB/m（在1MHz下），以評估混凝土結構的完整性[2]。超聲波檢測設備的動態范圍應在

120 dB以上，以確保捕捉微弱的信號。

（2）磁粉探傷技術（MPT）的應用：在MPT 檢測中，磁場強度應調節至30～60 奧斯特（Oe），以有效顯示混凝土中鋼筋或金屬件表面的微小缺陷。磁粉的粒徑應選擇在10～30μm，以保證足夠的敏感度。對于不同混凝土厚度，適用的電流大小會從幾百安培（A）到數千安培不等，以生成足夠的磁通量。

（3）紅外熱成像技術（IRT）的應用：IRT 檢測時，應使用具有至少640×480 像素分辨率的熱像儀，溫度分辨率應達到0.05℃以內，以準確識別溫差。掃描過程中，設定的溫差閾值應不超過0.1℃，確保能夠檢測到細微的溫度變化。觀察時間通常在夜間或溫度變化較小的時段，以減少環境因素的影響。

2.2 運輸期間的應用

裝配式混凝土結構成品構件的運輸環節也是影響結構安全與完整性的關鍵階段，在此過程中常用的檢測技術有超聲波檢測技術（UT）、磁粉探傷技術（MPT）、渦流檢測技術（ECT）和紅外熱成像技術（IRT）。

（1）超聲波檢測技術（UT）：在運輸期間，UT設備通常采用2.5MHz 的探頭對構件進行檢測，以優化對微小缺陷的檢測能力[3]。實時監測中，聲波的傳播時間應控制在10～1000μs 之間，以評估混凝土內部的空洞和不均勻固化情況。對于特定構件的實時監測，信號增益設置應不低于60dB，以保證檢測的靈敏度。

（2）磁粉探傷技術（MPT）與渦流檢測技術（ECT）：MPT 在檢測過程中，磁場強度通常設置在30～60 奧斯特（Oe），以便顯露微小裂紋。而ECT檢測時，頻率范圍應選擇在100kHz 至2MHz，以最大化對金屬配件表面和導電性變化的感應能力。在運輸過程中的動態檢測中，渦流檢測的靈敏度參數應調至能夠探測到0.5mm的表面缺陷。

（3）紅外熱成像技術（IRT）：對于IRT，關鍵參數包括熱像儀的空間分辨率應至少為0.1℃，以便在運輸過程中快速檢測溫度分布[4]。溫差檢測的靈敏度應設置為0.05℃，這樣可以有效識別由于內部缺陷或運輸過程中產生的熱應力差異。熱像儀的測量范圍至少應為-20～150℃，以覆蓋可能出現的所有環境條件。

2.3 安裝階段的應用

在裝配式混凝土結構的安裝階段，超聲波檢測技術（UT）與光纖光柵傳感技術（FBG）均有深入應用。

（1）UT 技術能詳細地檢測混凝土內部，例如，設定探頭發送頻率為2.5MHz 的超聲波，這些波會穿越混凝土并在遇到內部缺陷時反射。如，內部裂縫的存在，會使得超聲波在混凝土中的傳播速度從約4500m/s 降到4100m/s左右。探頭接收到的信號中，通過分析其時間延遲和強度衰減，可以精確判定缺陷的位置與大小，為工程團隊提供更換或修復構件的依據。

（2）FBG 傳感器通過測量傳遞過光纖的光的波長變化來感知應變與溫度變化。例如，當混凝土產生0.1%的應變時，光纖中的光波長可能會變化約1.2nm。通過監測這些微小的波長變化，可以實時計算出混凝土構件的應變情況。如在安裝過程中某一構件的應變值超過預定的0.2%，便需要調整或更換，以確保其長期的穩定性和安全性。

（3）通過UT 與FBG 的聯合使用，可以在安裝階段就做到對構件的全面質量控制。UT提供內部缺陷的精確信息，而FBG則持續監測其在安裝過程中的狀態，確保每個構件都能在允許的應變和溫度范圍內運作，從而為整個建筑工程的成功安裝和施工安全提供保障。

3 裝配式混凝土結構建筑檢測技術的發展方向

3.1 檢測技術的集成化和智能化

裝配式混凝土結構施工全過程檢測是保證質量的核心，未來發展趨勢將更加聚焦于技術的集成化和智能化[5]。

（1）未來的混凝土結構施工全過程檢測將實現技術的無縫集成。超聲波檢測技術（UT）、光纖光柵傳感技術（FBG）、磁粉探傷技術（MPT）、渦流檢測技術（ECT）及紅外熱成像技術（IRT）等，將通過集成化平臺共同作用，實現對混凝土結構施工全過程的精準監測。集成化平臺將采用云計算和大數據技術，實時分析多維度數據，為工程團隊提供實時、精準的反饋。

（2）自動化和智能化將是全過程檢測的重要發展方向。例如，集成化平臺將采用人工智能算法，實時分析檢測數據，并與歷史數據對比，自動識別可能的質量問題，并及時報警。此外，無人機和機器人技術也將被廣泛應用于施工現場，它們將搭載各種檢測設備，無需人工干預，自動完成混凝土結構的表面和內部檢測工作。

（3）數字孿生技術將在未來的混凝土結構施工全過程檢測中發揮重要作用。通過創建混凝土結構的數字模型，工程團隊可以在虛擬環境中模擬和預測結構的實際行為，并與實際檢測數據進行對比，實時監測和評估結構的健康狀態和性能。

（4）未來的混凝土結構施工全過程檢測還將更加注重環境和可持續性。檢測技術將更加環保和節能，同時檢測數據也將被用于評估和優化混凝土結構的環境性能和可持續性。

未來的裝配式混凝土結構施工全過程檢測將是一個集成、智能、自動化和可持續的系統。通過采用先進的檢測技術和管理方法，工程團隊將能更有效地保證混凝土結構的質量和性能，滿足社會對可持續建筑的需求。

3.2 完善檢測技術的應用模式

3.2.1 構建先進的智能檢測系統

（1）先進傳感器網絡[6]。智能傳感器在結構關鍵部位布置，監測結構變形、應力和振動。這些傳感器使用物聯網技術實時傳輸數據。

（2）機器學習和模型預測。采用機器學習算法，感器數據進行實時分析，識別潛在的結構不穩定性。建立結構模型，通過模擬分析預測結構行為。

（3）自動報警系統。一旦檢測到異常，自動報警系統立即通知相關人員，同時提供緊急修復建議。

3.2.2 構建科學的檢測模式

（1）構建集中性的檢測技術模式。針對裝配式結構構件的集中性問題，確保每個構件的正確裝配[7]。其中，包含了虛擬現實模擬：在施工前，利用虛擬現實技術構建集中性模擬，模擬裝配過程并檢查構件之間的相互作用；AR 助手：施工人員佩戴增強現實（AR）頭盔，顯示虛擬現實模擬，提供裝配指導，確保構件準確對接；傳感器和機器視覺：采用傳感器和機器視覺系統，監測裝配過程，檢測并糾正裝配誤差。

（2）構建混凝土結構裝配精確度的檢測模式。在施工過程中，重點關注混凝土結構的裝配精確度，確保每個構件的精確性[8]。通過利用激光掃描儀檢測混凝土表面的平整度和垂直度，提供高精度的數據、高精度GPS 定位，實時跟蹤構件的位置和相對位置，確保精確對接、云計算數據分析，將激光掃描和GPS 數據上傳到云端，使用云計算進行實時數據分析和精度評估。確保建筑結構的穩定性和安全性，為未來建筑行業的可持續發展做出貢獻。

4 結束語

本文分析了裝配式混凝土結構建筑質量檢測技術發展現狀及趨勢。裝配式混凝土結構建筑質量檢測技術將通過檢測技術的集成化和智能化以及完善檢測技術應用模式，大大提升監測精度和檢測質量，為更安全、更高效、可持續的裝配式混凝土建筑提供質量保障，為人們提供更安全、更舒適的居住和工作環境，為環境的可持續性和資源的節約做出貢獻。