混凝土无损检测实践性教学初探

郭晓潞　张德东　施惠生　张雄

[摘 要]混凝土无损检测技术是指在不破坏混凝土结构构件条件下，在混凝土结构构件原位上对其强度和缺陷进行直接定量检测的技术。混凝土缺陷模拟的无损检测试验教学设计包括混凝土内部缺陷、混凝土分层、混凝土中钢筋位置、混凝土裂缝深度的检测。混凝土无损检测技术实践性教学提高了学生的操作技能、团队意识，创新了教学方法。

[关键词]混凝土 无损检测 模拟试验 数字化视频 教学设计 教学效果

[中图分类号] TU528 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）16-0117-02

混凝土无损检测技术是指在不破坏混凝土结构构件条件下，在混凝土结构构件原位上对其强度和缺陷进行直接定量检测的技术。无损检测技术不仅具有非破损、原位检测等特性，且简便易行、快速高效，是在建筑物原位上获得其真实质量的唯一途径，也是土木工程检测的实用技术和提高建筑物质量的保证。无损检测技术在土木工程中的应用一直受到国家和科技工作者的高度重视。

同济大学材料科学与工程学院已开设“材料检测技术”课程三十余年，该课程以混凝土建筑物无损检测技术为主要内容，不断地探索无损检测的教学方法，以培养从事无损检测相关技术的人才。然而，长期以来，由于我国的教育重理论、轻实践，导致技术创新型高层次人才缺乏。培养宽专业、厚基础、强能力的人才，提升学生的动手能力和创新能力是亟待研究的课题。[1] [2] [3] [4]

本论文针对这门课程讲授过程中的实践性教学，详细介绍了混凝土缺陷模拟的试验教学设计与实施过程，论述了采用数字化视频及先进专用教学仪器在无损检测实践性教学中的优势，并总结混凝土无损检测实践性教学的相关成效，以期为强化学生理论知识、培养学生专业技能及实践能力提供参考。

一、混凝土缺陷模拟的无损检测试验教学设计

混凝土缺陷是指破坏混凝土的连续性和完整性，并在一定程度上降低混凝土的强度和耐久性的不密实区、空洞、裂缝或夹杂泥沙、杂物等。当混凝土的组成材料、工艺条件、内部质量及测试距离一定时，各测点超声传播速度、首波幅度和接收信号主频率等声学参数一般无明显差异；如果某部分混凝土存在空洞、不密实或裂缝等缺陷，破坏了混凝土的整体性，通过该处的超声波与无缺陷混凝土的相比较，声时、波幅等接收信号会产生明显变化。[5]

混凝土缺陷模拟的无损检测试验教学设计，即在实验室条件下，模拟工程现场建筑物中的混凝土构件缺陷，以达到超声波检测混凝土缺陷的实践性教学目的。本试验主要针对混凝土中空洞、分层、钢筋位置及裂缝等问题，设计成型有缺陷的混凝土试块。学生可以采用超声仪对所设计的混凝土进行实测，获得混凝土的声速、波幅和波形的信息，以推断和检查混凝土结构内部的空洞、裂缝及其他缺陷的位置等，增强学生的动手实践能力。

（一）混凝土内部缺陷检测

混凝土内部缺陷检测试验设计成型混凝土试块，试件尺寸为200mm×200mm×200mm，将试件分为ABCD四部分[如图1（a）]，浇捣试件时按设计要求在“A”处放置好了一块均质泡沫，近似模拟空气空洞缺陷。超声脉冲波在混凝土中遇到缺陷时产生绕射，可根据声时及声程的变化，判别和计算缺陷的大小。用对测法检测混凝土试块，比较A、B、C、D四个位置的声时和波幅，从而可以确定缺陷的部位。

（二）混凝土分层的检测

混凝土分层检测试验设计成型混凝土试件，试件尺寸为150mm×150mm×150mm，将试件设计为a、b两层[如图1（b）]，浇捣试件时按设计a层为多砂浆少石子层，b层为多石子少砂浆层，以此来近似模拟混凝土的分层。采用对测法（等幅检测）检测混凝土试块，分别比较a层和b层的声时和波幅，从而可以判定砂浆层及混凝土层。

（三）混凝土中鋼筋位置的检测

混凝土中钢筋位置的检测试验设计成型混凝土试件，试件尺寸为150mm×150mm×150mm，将试件依次划分为1-9九部分[如图1（c）]，浇捣试件时按设计要求在“1”处埋入一小段钢筋，以此来近似模拟检测超声波在钢筋混凝土中的变化。用对测法测混凝土试块，依次检测“1”-“9”测点，当发现钢筋位置时，在其左右移动换能器，观测声通路通过钢筋及附近时的首波波形变化，以此可检测出钢筋的位置。

（四）混凝土裂缝深度的检测

混凝土裂缝深度的检测试验设计制作混凝土试件一块，试件尺寸为100mm×100mm×400mm，并在试件中间预留50mm深的缝隙，以此来近似模拟混凝土中的裂缝[如图1（d）]。利用平测法，根据首波反向“临界点”来判断裂缝的深度。

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图1 混凝土缺陷模拟试件及示意图

二、数字化视频及教学专用仪器的应用

数字化视频教学及专用教学仪器的引入直观性强，能够突出要点，且有助于学生对概念的理解和方法的掌握。采用数字化视频教学能够图文声像并茂，多角度调动学生的情绪，吸引学生的注意力，提高学生的兴趣。

以回弹法为例，由于回弹仪的主要机芯零部件隐藏在回弹仪机壳体中，其实际工作原理，学生难以理解。如果在课堂教学过程中，采用数字化视频教学，播放拆卸与安装回弹仪的教学视频以及回弹仪在实际工程中的使用及检测过程的视频，并组织学生在实验室亲自动手拆卸与组装回弹仪，就可以极大地帮助学生理解回弹仪的工作原理，熟悉回弹仪的内部构造，掌握回弹仪的拆装技术及其维护保养的基本常识。此外，还可以采用教学专用透明回弹仪，由于回弹仪机壳透明，这样，在回弹仪工作的过程中，其工作原理即可一目了然。

通过多媒体视频教学实现了对传统教学方法的有益补充，并通过对真实情景的再现和模拟，使学生能够将理论与实践结合起来，加深了学生对理论知识的认识，有利于突破传统教学中的难点，并克服传统教学重理论、轻实践的弊端。同时，多媒体视频教学还具有信息量大、容量大的特性，能够节约空间和时间，提高教学效率。

三、混凝土无损检测技术实践性教学成效

（一）提高了操作技能

通过实践性教学环节和数字化视频教学，让学生在实践中理解了仪器的工作原理，熟悉了回弹仪的基本构造，掌握了回弹仪的拆装技术及维护保养的基本常识。通过混凝土缺陷模拟的超声波检测试验，学生掌握了超声波检测仪的使用操作方法，并模拟工程现场测定了混凝土缺陷对混凝土超声参数（声速、波幅、波形等）的影响，最终能够用声速、波幅及波形等超声参数的变化综合分析混凝土的质量状况。

（二）提高了团队意识

试验的完成需要同组中每个同学的相互配合，只有每个同学都能够独立自主地完成试验中自己所负责的部分，然后配合同组中的其他同学，才能使整个试验过程得以顺利进行。实践性教学活动的开展既增强了学生的责任心，又培养了学生的团结协作精神。

（三）创新了教学方法

在混凝土无损检测技术的教学过程中，引入数字化视频教学方法，创新性地模拟工程现场设计实践性教学方案，创新了教学方法。对于学生而言，能够将课堂上的理论知识与现场实际操作相对应，加深了对理论知识的理解，提高了教学效率，达到了理论与实践相结合的目标。

四、结论

由于工程建设的实际需要，混凝土无损检测技术始终具有较强的生命力。我们可以预料，随着科学技术的发展和工程建设规模的不断扩大，无损检测技术将会不断地更新以适应工程需要，其发展前景是广阔的。在混凝土无损检测技术的教学过程中，创新性地开展实践性教学活动，强化了学生对无损检测技术理论知识的理解，采用理论与实践相结合的教学方法，提高了学生的实践操作技能，有利于无损检测技术人才的培养。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 郭晓潞，施惠生.建筑材料制备工艺实践性教学初探[J].中国建设教育，2012（1）：77-79.

[2] 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）：99-101.

[3] 孫从广.混凝土无损检测技术浅析[J].科技资讯，2012（20）：60.

[4] 林峰，顾祥林，何敏娟.现代土木工程特点与土木工程专业人才的培养模式[J].高等建筑教育，2006（1）：26-28.

[5] 封世东，田晓璞.无损检测技术在混凝土质量控制中的应用研究[J].科技信息（科学教研），2008 （13）：107-121.

[责任编辑：覃侣冰]