浅谈混凝土无损检测技术的发展与应用

摘要：本文论述了混凝土无损检测技术的发展，对混凝土无损检测常用方法分类和特点进行了说明，讨论了各无损检测方法的优缺点和发展方向。

关键词：混凝土；无损检测；性能；应用

自上世纪90年代以来，随着重大工程的耐久性问题引起广泛的重视，结构的损伤检测和安全性评估成为世界重点研究问题，任何一部分出现问题都会危及整个结构的安全。在混凝土和钢筋混凝土结构物在施工过程中，会因为漏振、漏浆、石子架空在钢筋骨架上等其它施工不完善和自然环境等原因，常常会导致混凝土内部出现空洞、松散或离析现象，这些缺陷会影响混凝土结构物承载能力和耐久性能，从而给大型工程造成安全隐患。所以必须加强混凝土质量的控制与检测，按照现代工程技术的要求，对内部有损伤的构件，必须由损伤断裂力学理论做强度分析和校核，其中重要一个条件是要检测结构的损伤参数，无损探伤就广泛运用到检测损伤参数中。

上世纪40年代，瑞士科学家施密特（ E Schm idt） 研制成回弹仪，但当时受回弹仪灵敏度低，分辨率差的限制，加上并未弄清楚影响砼缺陷检测的因素，所以很难广泛适用于工程实际测量。在50年代开始的，加拿大、前西德、英国和美国的相继进行了简易的模拟试验。60年代在混凝土检测系统中引入声发射技术被，吕施（H.Rusch）、格林（A.T.Green）等人对混凝土声发射特性都进行研究，为声发射技术的广泛应用打下了坚实基础。70年代以来，随着电子科技的快速发展，大大提升了超声波测试仪器的性能，提高检测技术。90年代以来， 随着科学技术的快速发展， 涌现出 一批新的测试方法， 如回弹法、声发射、红外线谱、微波吸收、雷达法、脉冲回波等方法[1]。

1、各种无损检测方法的工作原理及其特点

回弹法是回弹法是弹击锤通过弹簧实现振动，敲击传力杆并弹击混凝土表面。测量出弹击锤反弹回来的距离与没有发生变形前的距离相比，其比值可以用做相应混凝土强度的指标。对比其它无损检测方法，回弹法的优势是不仅仪器方便携带、操作简单、花费较低、而且具有较高检测效率、测量方式也较为灵活、不受被测物体形状尺寸限制等优点。由于回弹法只是作用于构件表面，仅仅通过表层混凝土的质量来推断整个混凝土的质量就会影响测量的精度。当受测构件表面与内部存在明显质量上的差异或内部有缺陷存在，例如遭受化学腐蚀、火灾、冰冻灾害的混凝土，同时对于钢筋密集区或使用预应力钢筋锚固区的混凝土也不宜使用回弹法等。

声发射又称为应力波发射，是当材料或构件受外力作用产生变形断裂或内部应力超过屈服极限而进入不可逆的塑性变形阶段时，能量快速从局部释放发出瞬态弹性波的现象，使用仪器对弹性波进行检测、分析发出的信号并推断发射源信息的技术。即在外部条件作用下，声发射源发出弹性波通过介质传递到构件表面迫使材料发生机械震动，这时换能器将这种瞬时位移转换为电信号，通过信息采集器处理在显示分析系统中显示波形和参数。因此采用声发射检测方法，可以判断材料或构件的某种状态，确定混凝土在外荷载作用下的力学行为，它是基于仪器对发射器发出的波形提出和处理基础之上的，可以用来评估结构安全性能，它在无损检测技术中占有重要地位[2] [3] [4]。

红外热成像技术的基本原理是：通过测量混凝土热量和热流来判断混凝土内部质量好坏的，当被检物体具有小连续性时，由于热连扩散系数在续区域和不连续区域是不同的， 相应位置的温度也有所不同，即：当混凝土内部发生缺陷时，内部部分位置具有温度梯度，就会导致混凝土表面红外辐射能产生差异。外辐射能在红外探测器探测下，通过信号处理系统转换为热像图后在显示器上表现出来，通过对热像图进行分析由此推断物体内部是否有缺陷存在。当混凝土内部具有空洞，外表面会产生温度差，通过分析红外热像仪所测得的温度分布图像，便可知道空洞的位置及大小。另外，还可以探测出砂浆的空洞，漏水等缺陷。

雷达法钢筋混凝土雷达多采用1GHz及以上的电磁波，可探测结构及构件混凝土中钢筋的位置保护层的厚度以及酥松层孔洞裂缝等缺陷 它首先向混凝土发射电磁波，当电磁波遇到缺陷或者钢筋，电磁波会发生反射，接收器接受到反射过来的电磁波可得到波形图，根据波形图可以推断混凝土内部钢筋的位置及缺陷的情况等，雷达法工作原理是通过检测混凝土内部介质之间电磁性质的差异来判定的，其中差异大的电磁波就具有较强的反射波信号，雷达法探测深度较浅，探地雷达使用较低频率电磁波可以探测稍大的深度，另外，钢筋会对电磁波产生低阻屏蔽作用。

冲击回波法是混凝土结构的表面用钢珠冲击，通过内部产生应力波，当该应力波在混凝土内遇到波阻抗界面即混凝土内部的缺陷或达到混凝土最底面时，将发生反射波，反射波传到接收器通过傅里叶变换就能得到频谱图，观察频谱图上突出的峰值即为应力波在混凝土内部缺陷或混凝土底面形成的反射造成的，计算峰值频率从而推断混凝土缺陷的位置或混凝土的厚度，考虑到这种方法采用的是单面测试，它适用于只有一个测试面的情况如路面护坡底板等混凝土的检测。但由于发射冲击波的仪器价格较高，在实际工程冲击回波法应用不是太广泛。

2、无损检测技术的发展

现在研究的无损检测技术里，基本所有的能量都用来判定结构的内部的性质，其中广泛在金属结构中运用的技术有射线检测、电磁检测和超声波检测等，相比于金属材料，混凝土材料内部结构复杂得多，材料不均匀性，具有非线性力学特性，对砼结构的损伤识别在理论上和技术上难度都很大，目前砼的损伤检测方法主要有声发射、超声波脉冲法、电磁法等。

目前采用的无损检测方法对混凝土质量的检测精度不高，现有的技术处于定性、半定量阶段[5]，只能大致推断有无缺陷和缺陷的大小。对于损伤裂缝的延伸深度可以达到一定精度，具体去判断缺陷的分布、程度和缺陷的类型不能给出准确的判断，所以未来无损检测的发展方向就是如何去定性化的研究混凝土内部的缺陷，是未来很长时间里，需要解决的问题。

测量结果可以得到的信息利用率不高，在测试过程中很容易受到外界干扰，现使用的超声波脉冲法测量的结果很难用于混凝土结构可靠性的评价中。

无损检测众多方法有待融合借鉴，每一种无损检测技术都有自己的优缺点，可以考虑在某种结构的检测中使用多个检测方法，这样不仅可以提高测量结果的可靠性，也可以取长补短，例如冲击弹性波相对于超声波而言具有测试范围大，频谱特性好的特点，但超声波在发射信号时方便控制。现在通过电子科技的发展增加发射功率，可以解决超声波的检测范围。

3、结束语

为了准确测量混凝土构件内部损伤，从而方便对其强度进行分析和校核，人们一直在努力，伴随着科学技术的发展和进步，越来越多的技术正用于检测混凝土结构的损伤识别中，例如声显微技术的研究，伴随着这些技术的成熟，会对无损检测技术产生巨大的推动作用。

参考文献：

[1]赵明阶，许锡宾，王多垠等.重庆寸滩集装箱码头基桩质量控制中的成像诊断技术[J].水运工程，2004.

[1]陈兵，姚武.声发射技术在混凝土研究中的应用[J].无损检测，2000.

[2]王彬.基于声发射技术的预应力混凝土损伤检测理论及应用[D].江苏大学.2006.

[3]张力伟.混凝土损伤检测声发射技术应用研究[D].大连海事大学.2012.

[4]董清华.混凝土无损检测方法评述[J].五邑大学学报（自然科学板）.2005.

[5]张科强，杨波.混凝土的无损检测方法及其新发展[J]，混凝土，2007（5）：99-100.