混凝土损伤的无损检测方法分析

陈剑 吴瑾炎

（1浙江同济科技职业学院建筑工程系，浙江 杭州 311231；2杭州余杭新农村建设有限公司，浙江 杭州 311108）

钢筋混凝土结构是目前我国城市建筑工程中采用最多的建筑结构形式。已有研究表明[1-2]，混凝土在浇筑成型过程中因水化会造成内部膨胀收缩，进而导致内部的毛细孔逐步发展为微裂纹。当混凝土投入使用后，这些微裂纹会在载荷的作用下，加之徐变、腐蚀等因素而逐渐扩展，一旦控制不力，当混凝土内部损伤达到一定程度，最终将会发生失效。因此，对混凝土的损伤进行无损检测对确保结构安全有十分重要的作用。

1 混凝土损伤无损检测方法分析

混凝土损伤无损检测指在不破坏混凝土结构或构件的前提下，使用各种方法检测得到混凝土材料相关的各物理量，进而根据物理量来评判混凝土损伤情况的一种检测方法[3]。目前，业内较公认的混凝土无损检测方法主要有超声波法、CT法、雷达法、数字近景摄影测量法等。

1.1 超声波法

1949年，Leslie等[4]率先将超声波法应用于混凝土损伤无损检测，但由于当时技术和设备的限制，其灵敏度很低，此后该方法得以逐步完善。赵望达等[5]研究了利用检测纵波分析混凝土内部损伤发展情况。在此基础上，王怀亮等[6]制备了混凝土试块并使之处于受压环境下，基于超声波检测技术实时测得混凝土试块在不断加载过程中超声波的传播速度，进而建立混凝土内部损伤与波速之间的联系。

超声波法用于混凝土内部损伤检测的原理主要是当混凝土内部出现细小孔洞、裂缝等损伤时，超声波经过损伤处时其传播速度、振幅等物理量会出现变化。因此在实际工程中，通过检测或监测超声波以上特征值的变化情况来推断混凝土内部损伤的发展情况。超声波法作为目前应用最广泛的无损检测方法之一，其优点主要是超声波的穿透能力强，能检测到距离表面较远处的损伤情况，且能根据检测数据大致定位损伤位置，此外，超声波的物理特性受内部损伤影响敏感，但几乎不受被测材料种类的影响，因此超声波法灵敏度高、应用广。但是，也正是由于超声波法灵敏度高的特点，使得该方法在混凝土中的传播会因混凝土材料的不均匀而相应不均，且受钢筋影响较明显，后续有待进一步完善。而且，利用超声波法检测得到的结果可视化程度较低，尚需进一步改进。

1.2 CT法

计算机层析成像技术（Computerized Tomography, CT）是将混凝土内部断面分割为若干小的单元，每一单元均从各个方向施加超声波射线，也就是一定数量的射线从各个方向经过，通过采集各条射线经过单元后物理特征值的变化并采用一定的算法最终将断面情况进行成像。田威等[7]利用CT法对单轴受压过程中的混凝土试块进行扫描成像，获得了损伤程度不断增大下的CT图像，进而对混凝土内部裂纹的扩展、贯通及最后失稳破坏的破坏机理进行了研究。安琳等[8]在使用CT法对后张预应力混凝土结构中的孔洞等损伤进行无损检测研究的基础上，将研究成果用于检测某预应力混凝土T梁桥，顺利测得混凝土内部孔洞的体量及大致位置。

将CT法应用于混凝土内部损伤的无损检测时，能较直观地通过成像图片发现混凝土内部损伤的种类、体量及位置，甚至能对损伤的程度进行定量，且灵敏度较高，不受材料种类的影响，能应用于各种材料的无损检测中。但是，CT法的缺点在于受射线扫描的角度影响较大，尤其是如果射线以垂直角度进入时，部分损伤无法被扫描出。此外，CT法往往需要特定的设备，且耗时较长，成本较高，如果防护不佳，射线会对人体健康造成损伤。

1.3 雷达法

雷达法检测设备通常包括主机、接收设备及数据处理系统等，其原理为当向混凝土发射一定频率的电磁波（通常使用1MHz-1GHz）后，该电磁波在混凝土内的传播会因内部介质及密实程度的变化而变化，利用接收设备收集反射波并通过特定的数据处理系统对接收到的信号进行处理，从而得到反映混凝土内部损伤的雷达图像。例如，当混凝土内部某处不密实时，在雷达图像上就会反映出同相轴不连续的情况；当混凝土内部某处存在裂缝时，在雷达图像上则会反映出同相轴局部错断的情况。谢慧才等[9]通过试验模拟的方式，验证了利用雷达法用于检测混凝土结构内部孔洞或裂缝等缺陷是有效的。

雷达法具有检测速度快、能实时检测的优点，且通过数据处理系统可快速处理反射波信号，并以信息化形式对检测结果进行记录、分析，用图像的形式实现检测结果的可视化，因此近年来发展迅速。但同时，雷达法使用的是电磁波，容易受强电场干扰，故使用场合受到限制；若混凝土内钢筋较为密集时，钢筋对电磁波的干扰作用较为明显，使得检测结果分析存在困难，结果准确性无法保障。

1.4 数字近景摄影测量法

依托数字摄影技术以及图像处理技术的发展而提出的数字近景摄影测量法是近年来出现的一种全新无损检测方法。该方法的原理是利用高精度摄像机采集混凝土等材料表面图像，借助计算机图像处理技术自动识别图像特征，定性或定量地分析统计混凝土表面裂缝等缺陷分布情况。1999年，王宝庭等[10]利用数字近景摄影测量技术，以破坏后的混凝土断面作为分析统计对象，得到了断面缺陷特性，进而研究分析了混凝土破坏机理。韩勇等[11]利用数字近景摄影测量法对某水口水电站楼板进行现场摄像、图像采集校正等，获得了该楼板的裂缝分布特征，为该技术应用于实际工程缺陷检测提供了有益的参考。

数字近景摄影测量法具有检测速度快、灵敏度高、信息化程度高等优点，检测结果通过可视化图片输出，便于观测，近年来在二维或三维工程变形、损伤监测等领域得到应用。其局限性在于只能检测混凝土等结构表面的损伤，无法探测内部损伤情况，且由于摄影的局限，监测区域小，如需实现大面积监测，则需增加多台摄影设备，成本高昂。

2 总结

上述对目前常见的混凝土损伤检测方法进行了简单介绍，并针对每一种方法进行了优缺点分析，得到如下结论：1）超声波法目前应用最广泛，但检测结果可视化程度较低，且易受混凝土材料本身和钢筋影响；2）CT法和雷达法检测灵敏，可视化程度高，但容易受其他因素干扰；3）数字近景摄影测量法自动化、可视化程度高，但只能检测或监测混凝土表面损伤发展情况；4）在实际工程检测中，应根据实际情况合理选择无损检测方法，扬长避短。

混凝土损伤发展直接关系到结构健康，因此混凝土损伤检测一直是国内外研究的一个重要内容。经多年发展，混凝土损伤检测技术及设备不断推陈出新，总体而言，朝着无损化、精细化、自动化、可视化、信息化的方向发展，不仅在于损伤的检测，还关注损伤的实时监测。