浅谈无损检测技术在混凝土检测中的应用
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摘要：混凝土在建筑工程中应用广泛，无损检测对于保证混凝土质量起到极其重要的作用。本文介绍了混凝土无损检测的主要方法及其特点，为提高建筑结构的安全性提供可靠的保障。
关键词 混凝土;无损检测
混凝土是目前建筑工程中用量最大的工程材料，其质量的好坏极大影响着建筑结构的安全性。随着科技技术的发展，混凝土的配料和搅拌已经完全自动化，但其浇筑和养护成型等工序还必须依赖人工完成，因此混凝土的质量与操作者有很大关系。为了保证确保建筑结构的安全，就必须加强混凝土质量的监测和控制。
混凝土无损检测(NDT：Nondestruetive Testing)是指在不破坏混凝土内部结构和使用性能的情况下，利用声、光、热、电、磁和射线等方法，直接在构件或结构上测定混凝土某些适当的物理量，并通过这些物理量推定混凝土强度、均匀性、连续性、耐久性和存在的缺陷等的检测方法。
1 混凝土强度的无损检测方法简介
1.1混凝土无损检测技术
混凝土强度是指混凝土受力达到破坏极限时的应力值，要准确测量混凝土的强度，必须对混凝土试件或构件加载至破坏，即必须进行破坏性试验，而对工程中使用的混凝土构件这样做是不允许的。
混凝土无损检测技术，是在不破坏结构构件的前提下，直接从结构物上测试，通过无损检测技术的基本理论和已经建立的一些经验标准曲线，推定混凝土的强度和缺陷，它既适用于工程过程中的质量检测，也适用于工程的竣工验收和建筑物使用期间混凝土质量的检定，同时还能评定旧老建筑物的完整性和安全性。
1.2混凝土强度检测方法
混凝土极限抗压强度是指混凝土受力达到破坏极限时的应力值。结构混凝土的无损检测方法，就是要在不破坏结构或构件的情况下取得破坏应力值，因此只能寻找一个或几个与混
凝土强度具有相关性，而测试时又无损于混凝土受力功能的物理量作为混凝土强度的推算依据，所以无损检测方法得到的强度值，实际上是一个间接值，它与混凝土实际强度的吻合程度，取决于混凝土强度与该物理量之间的相关性。在混凝土无损检测技术的现有规程中，都采取统计法推定混凝土的特征强度值。目前国内用于混凝土强度无损检测的方法，主要有声波法、回弹法、探地雷达法、红外线、综合法等。
1.2.1 声波法
声波无损检测技术是以应力波为理论基础，主要包括超声波检测技术、声发散检测技术和冲击回波技术。
混凝土超声检测是用超声波探头中的压电陶瓷或其他类型的压电晶体加载某频率的交流电压后激发出固定频率的弹性波(发射换能器)，在材料或结构内部传播后再由超声波换能器接收(即压电逆效应)，通过对采集的超声波信号的声速、振幅、频率以及波形等声学参数进行分析，以此推断混凝土结构的力学特性、内部结构及其组成情况。超声波检测可用于混凝土结构的测厚、探伤、混凝土的弹性模量测定以及混凝土力学强度评定等方面。
冲击回波法是在结构表面施以瞬时冲击，产生应力(声)波，当遇到波阻抗有差异的界面(如混凝土板底面、缺陷等)，一部分应力波就会产生反射波，接收反射波并进行快速傅里叶变换(FFT)可得到其频谱图，频谱图上突出的峰值就是应力波在混凝土内部缺陷或混凝土底面的反射形成的，根据其峰值频率可计算出混凝土缺陷的位置或混凝土的厚度。冲击回波法适合于只有一个测试面如路面、护坡、底板、跑道等混凝土的检测，可检测出内部缺陷(如空洞、疏松、裂缝等)的存在及其位置。冲击回波对混凝土表面粗糙度和平整性要求不高，但检测灵敏度和分辨力都较低，检测速度也较慢。
表面波(亦称瑞利波)是沿介质表层传播的一种弹性波。表面波混凝土检测仪由激振器、信号采集、分析显示系统和传感器组成。检测混凝土时将激振器和传感器安装在混凝土表面。用给定频率使激振器向结构物垂直激振时，产生的表面波在材料中按一定深度传播，传感器接收振动信号，由相关检测器检测出接收信号与参考信号的时间差，当激振器与信号接收传感器之间距离为L，调整参考信号初始相位与激振器同步时，则可计算得到表面波在距离为L范围内的传播速度。表面波传播速度与材料的弹性模量、剪切模量之间具有数学表达式，而通过试验还可确定表面波速度与材料干密度、抗压强度等的相关性。因此，可用它来检验结构混凝土材料的力学性能及存在的缺陷。表面波分析法较适合于有缺陷、低强度混凝土。
1.2.2回弹法
回弹法是用弹簧驱动的弹击锤，通过弹击传力杆，弹击混凝土表面，并测出弹击锤被反弹回来的距离.以回弹值(反弹距离与弹簧初始长度之比)作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法。在各种无损检测方法中，回弹法具有操作简单、仪器携带方便、费用低廉、检测效率高、检测数量灵活、被测物的形状尺寸不受限制等优点。但回弹法精度相对较低，且是利用表层混凝土(l～3mm)的质量来推断混凝土的整体质量，不宜用于表层与内部的质量有明显差异或内部存在缺陷，如遭受化学腐蚀、火灾、冻伤的混凝土，同时不能用于钢筋密集区或预应力钢筋锚固区的混凝土等。
1.2.3探地雷达法
探地雷达(GroundPenetrateRadar简称GpR)方法是一种利用电磁波确定地下介质分布的技术，其工作原理是利用高频电磁波(10～2000MHz)以宽频带短脉冲的形式进入介质内部，经目标体反射后回到表面，由接收电线接收回波信号。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度及波形随所通过的介质的电性性质及几何形态发生变化。根据接收的反射回波的双程走时、幅度、相位等信息对目标介质结构进行准确描述。探地雷达无损探测技术可用于混凝土内部缺陷、钢筋的分布检测，公路工程中路面结构层厚度检测，裂缝和裂缝扩展的识别。探地雷达法可迅速对被测结构进行扫描，适用于结构物大面积快速扫测。
1.2.4红外线法
自然界中任何高于绝对零度（－273℃)的物体都是红外线的辐射源，它们都向外界不断地辐射出红外线。红外线是介于可见光与微波之间的电磁波，其波长为0.76～l000μm，频率为～Hz。混凝土红外线无损检测是通过测量混凝土的热量及热流来判断其质量的方法。当混凝土内部存在某种缺陷时，将改变混凝土的热传导，使混凝土表面的温度场分布产生异常，用红外成像仪测出表示异常的热像图，由热像图中异常的特征可判断出混凝土缺陷的类型及位置特征等。红外线法属非接触无损检测方法，可对检测物进行上下、左右的连续扫测，白天、黑夜均可进行，可检测的温度为－50~20000℃，分辨率可达0.1~0.020℃。红外线法特点是无接触、遥感、可大面积测试，对多层材料的脱粘较为敏感，适用于检测建筑外墙饰面层的剥离、结构渗漏部位的检测、建筑外墙保温隔热效果的检测、加固材料粘贴质量的检测等方面，具有结果直观、检测快速等优点。
1.2.5综合法
所谓综合法就是采用两种或两种以上的无损检测方法，获取多种物理参量，并建立强度与多项参量的综合相关关系，以便从不同角度综合评价混凝土的强度。由于综合法采用多项物理参量，能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素，并且还能抵消部分影响强度与物理量相关关系的因素，因而相对单一方法而言具有更高的准确度和可靠性，成为混凝土强度无损检测技术的一个重要发展方向。目前已被采用的综合法有超声回弹综合法、回弹钻芯综合法超声钻芯综合法和声速衰减综合法等。
3 结语
近年来，混凝土无损检测得到很大发展，但混凝土无损检测方法还需完善，检测精度和可靠度还需提高。需要建立更加完备的混凝土无损检测体系，开展对混凝土结构综合性能评定，进行过程监控和在役检测的研究。进一步扩大混凝土无损检测技术的检测内容和使用范围，如混凝土耐久性的检测、在役混凝土建筑物健康检测与监测、混凝土早期强度检测，高强高性能混凝土强度、稳定性的检测等。混凝土无损检测技术将为建筑结构的安全性提供可靠的保障。
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