混凝土预制构件无损检测技术概述

李康+李博文

【摘 要】目前无损检测技术是在不损坏被检测件的结构和适用性能的情况下，利用声，光，电，热，磁和射线等方法，来揭示其内部存在的缺陷，以提高被检测件的内在质量和使用时的可靠性，无损检测技术的广泛应用于材料和产品的静态动态检测和质量管理方面和建筑的探伤质量检测等方面。

【关键词】预制构件；无损检测技术；超声波；混凝土

混凝土无损检测方法主要有回弹法、雷达法、冲击回波法及超声波法[1]，回弹法是最常用的一种无损检测方法，但是回弹的方法只能测量混凝土表面强度等信息，内部缺陷是不知道的。雷达法可以准确定位缺陷的位置以及大小，但是雷达设备昂贵，并且钢筋低阻屏蔽，削弱了它的实际应用能力。冲击回波法可以测得混凝土的保护层厚度以及混凝土的内部缺陷，但是混凝土内部纵向规模小的界面缺陷很难区分。超声波检测方案操作简单，穿透能力较强，检测成本低廉，已经被广泛的应用于工程实践检测当中，发挥着重要的作用[2]。

混凝土无损检测的方法根据其原理可分为半破损法、非破损法、综合法。

一、半破损法

半破损方法以不影响结构或构件的承载能力为前提，直接在结构或构件的局部进行局部破坏性试验，或直接钻取芯样进行破坏性试验，然后根据具体的测试值测定相关的标准强度，转换成标准的强度值，并根据结果推导出强度标准值或特征强度。该方法的特点是通过局部破坏试验获得结构混凝土的实际抗损伤性能，直观可靠，试验结果易于接受。它的缺点是会造成结构局部损伤，需要修理，不适合大面积的综合检测。

钻芯法在我国已广泛应用，并已制订了《钻芯法检测混凝土强度技术规程》 （CECS03：88）。由于这种方法会造成结构或者构件的局部损伤，这种方法不适用于同一结构的大面积使用，因此建议把钻芯法与其他无损检测技术相结合，一方面，采用无损检测的方法来检测混凝土的匀质性，这样可以减少钻孔岩芯的数量。另外一方面，采用钻心法校正结果，提高检测结果的可靠性。

二、非破损法

所谓非破损法，指的就是在不破坏商品混凝土结构和使用性能的情况下，利用动能，声光电热磁等方法，测定混凝土内部缺陷以及强度等物理量。非破损法主要以超声波法，回弹法，雷达扫描法等为主。无损检测的优点可以省时省力，不破坏结构本身，节省工程造价，缺点是测得的物理量受到的影响因素众多，所以需要根据实际情况，对结果进行修正，使测定结果更贴近真实情况，更好地完成结构评估。

三、综合法

所谓综合法就是使用了多元方法的无损检测方法，以便获得各种物理参数，综合关系以及强度和物理参数的建立，使混凝土强度在不同方便得到综合评价。

混凝土缺陷的无损检测方法主要有超声脉冲法、脉冲回波法、雷达扫描法、红外热谱法、声发射法等等。

超声脉冲检测的内部缺陷分为穿透和反射两类。穿透法是基于超聲波脉冲通过混凝土，在缺陷区域的声波高度、波、频率等参数，对接平测找平。目前，超声脉冲贯穿法已日趋成熟，在工程测量中得到了广泛的应用，发挥着越来越重要的作用。

脉冲回波法是利用球和锤在测得的物体中产生应力波，用传感器接收回波，并在同一时间通过分析回波定位的方法来确定混凝土缺陷位置的方法。它的特点是撞击力足够大，产生强回声，从而可以检测到较大构件。

雷达扫描法是利用电磁波反射的原理，其特点是对测量的结构进行快速扫描。特别适用于机场，道路，火车站等建筑物的快速大面积扫描。

红外热谱法是测量或者记录结构混凝土热辐射的一种方法。当混凝土内部存在缺陷时，缺陷区域的传热被抑制，通过仪器显示可以确定缺陷的位置和大小。

超声脉冲波的穿透能力较强，尤其是用于检测混凝土时，这一特点显得更为突出，而且超声检测设备较简单，操作使用较方便，所以广泛应用于结构混凝土缺陷检测。

声发射技术是根据混凝土在受力时由于内部微环境受到破坏从而发出声音的原理，根据发出的信号来分析混凝土内部缺陷程度的分析方法，这种方法常用于混凝土破坏过程的监测，确定具体的受力历史和损伤程度。

除了强度和缺陷测试外，结构混凝土还有许多其他特性，也可以通过无损检测来测量。主要有弹性和非弹性特性、耐久性、冻深、含水量、钢筋位置和钢筋锈蚀、水泥含量等。常用的方法有共振法、冲击法、磁性测量法、电学法、微波吸收法、中子活化法、渗透法等。

共振法是一种周期性外力激振混凝土试件的瞬态，记录瞬态振动试样，根据频率和振动衰减系数可以计算出混凝土的弹性性质和非弹性性质，并且可以作为混凝土试验中的一个测试指标，并且可以测定混凝土脆性性质的相对值。

磁力测量是根据钢筋和嵌入铁件对磁场的影响而设计的一种方法。常用于检测保护层的厚度和钢筋的位置。

电位法是基于电流的原理，通过不同的阻抗特性不同的材料进行检测，它已被用于在混凝土结构层厚度和钢筋锈蚀测量，也可以用于测量混凝土的水分含量和水透水性的评价。

微波吸收法是根据微波的反射、衍射和吸收特性（波长1mm，频率为1012左右的电磁波）来测量混凝土性能的方法。由于水对微波有吸收作用，所以微波束通过混凝土的衰减特性，这常常被用来确定混凝土的含水量。

超声波脉冲穿透能力，特别是对混凝土的检测，这一特点更加突出，而且超声波检测设备操作简单方便，广泛应用于混凝土结构缺陷的检测。

南京水利科学院罗骇先早年曾提出一种判断缺陷的方法，即“概率法”，[3]此方法经多年实践已经作为判断缺陷的基本方法列入各类超声波规程中[4] [5]。一般认为普通混凝土的声学参数符合正态分布。缺陷是由过大误差引起的，声学分布不符合正态分布。

湖南大学吴慧敏等（1984） [6]在对郑州大桥灌注桩的超声波透射法检测结果的判定过程中，提出了一种判断桩内缺陷的方法，以“声参数一深度”曲线相邻两点之间的斜率与声参数差值之积为判断依据，简称“PSD判据”。该方法认为缺陷处波速明显变小，即声时明显变大，与相邻正常测点对比，形成一突变。

南京水利科学研究院宋人心等人（2006） [7]提出了“灌注桩声波透射法缺陷分析方法一阴影重叠法”，将加密对测和斜测的检测结果标示于检测剖面图上，可以更直观的分析判断缺陷的范围。

各种非破损检测方法大都是间接推定强度，不确定的影响因素甚多。所以检测具体对象时，应结合现场实际结构混凝土情况，充分考虑所选择检测方法的精度，才有可能保证检测数据的可信性。

参考文献：

[1]吴新璇. 混凝土无损检测技术手册. 北京：人民交通出版社，2003.

[2]董清华. 混凝土超声波、声波检测的某些进展. 混凝土，2005； （11）：32-35.

[3]罗骇先.桩基工程检测手册.北京：人民交通出版社，2003.181- 258.

[4]陈凡，徐天平，陈久照等.基桩质量检测技术.北京：中国建筑工业出版社，2003.222-313.

[5]建设部.JGJ106一2003.建筑基桩检测技术规范.北京：中国建筑工业出版社，2003.

[6]罗骇先.半个世纪的回顾一混凝土声学检测技术在我国的发展.第七届全国建筑无损检测技术学术会议论文集，2001.

[7]吴增伟.桩身混凝土声波透射法试验研究.广州：广东工业大学，2005.endprint