混凝土无损检测技术的现状和进展

混凝土无损检测技术的现状和进展
摘要：作为现阶段建筑工程中最重要、用量最大的工程材料，混凝土是一种耐久性很好的结构材料，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的技能和素质有很大关系。

为了保证建筑结构的安全，就必须加强混凝土质量的监测和控制，以提高工程质量。

关键词：混凝土、无损检测技术、现状、进展
前言
作为目前建筑中最重要的工程材料之一，混凝土质量直接影响到整个工程的安全，所以，必须要特别重视混凝土质量的控制。

以往对混凝土进行检测的主要无损检测技术是超声法，由于科学技术不断发展，出现了许多更为精确的无损检测技术，例如雷达法、红外成像法、声波发射法、钻芯法、冲击回波法等，相继在混凝土缺陷的无损检测中应用，而且超声法自身也得到了不断发展与完善。

二、常用的混凝土无损检测技术应用现状
1、超声脉冲法
作为混凝土非破损检测技术中的一个重要组成部分，混凝土超声脉冲检测主要是检测混凝土的内部缺陷，有反射法和穿透法两种形式。

反射法，顾名思义，就是通过超声脉冲在缺陷表面形成的反射波来判断缺陷位置，它只需要在混凝土的一个侧面进行，因此非常适用于只能检测一个侧面的结构物的检测。

穿透法需要在结构物的同一面上进行平测或者在结构物的相对的两个面上进行，超声脉冲在穿透混凝土时，其波形、波高、声时、接受信号主频率等参数会因为缺陷区的影响而发生变化，从而判断缺陷位置。

2、回弹法
目前工程上广泛应用的混凝土无损检测技术就是回弹法，它不会对结构或构件的承载能力和力学性质造成不良的影响，具体来说，它就是通过测定混凝土结构或构件的回弹值和碳化深度来评定混凝土结构或构件的强度，进而确定混凝土有无缺陷。

回弹仪是一种直射锤击式仪器，是回弹法中广泛应用的仪器，其工作原理是用一个弹击锤碰撞与混凝土表面接触的弹击杆，弹击锤弹回，同时在刻度标尺上显示出回弹数值。

弹击锤的回弹能量越大，回弹数值就越大，回弹能量与混凝土
抗压强度和混凝土表层硬度之间存在一定的关系，可以建立回弹数值和混凝土抗压强度之间的函数关系，从而用回弹数值来反映混凝土抗压强度的大小。

但是回弹法有一定的局限性，即不能够测得混凝土内部的质量状况，只能够测得混凝土表层的质量状况。

回弹法费用较低，操作方便，因此还是得到了很广泛的应用。

3、拔出法
拔出法实际上是一种半破损检测方法，它需要测定从混凝土体内拔出的锚固件的极限抗拔力，然后通过预先建立的混凝土抗压强度和极限拔出力之间的相对关系来确定混凝土的抗压强度。

通过大量的实验研究证明：混凝土的抗压强度和其极限拔出力之间存在一定的线性对应关系，所以拔出法就存在了应用的可能性。

拔出法分为两种，即后装拔出法和预埋拔出法，后装拔出法是在已经硬化的混凝土上钻孔，然后再将锚固件安装在上面，最后拔出；预埋拔出法是先将锚固件埋入到混凝土中，硬化后再拔出。

后装拔出法可以用来检测各种新、旧混凝土构件的强度，预埋拔出法则可以用来检测成批、连续生产的混凝土结构构件的强度。

需要注意的是，混凝土如果遭受了火灾、冻害、化学腐蚀等的损坏，则不宜采用拔出法检测强度。

4、冲击回波法
冲击回波法只需要测试一个单面，因此非常适用于护坡、路面、跑道等只有一个测试面的混凝土的检测，具体做法是，先用钢珠冲击结构混凝土的表面，然后在混凝土内部产生应力波，这种应力波如果碰到了混凝土底面或者混凝土内部缺陷，会产生反射波，这种反射波被接受后，马上进行傅里叶变换，转换成频谱图，频谱图中会出现波峰，而波峰正好反映了混凝土底面或者混凝土内部缺陷，通过计算峰值的频率就可以计算出混凝土的厚度或者混凝土缺陷的位置了。

5、雷达法
雷达法可以用来探测混凝土结构及构件中保护层的厚度、钢筋的位置和孔洞、松层、裂缝等缺陷，它是利用混凝土内部介质之间电磁性质的差异对电磁波的反射信号差异来工作的，具体做法是向混凝土发射1GHz及以上的电磁波，当电磁波碰到了缺陷或者钢筋这些电磁性质不一样的部位时，会形成反射电磁波，快速接收这些电磁波，即可以得到波形图，波形图有效地反映了钢筋的位置和混凝土内部缺陷的情况。

雷达法在实际工程中的使用并不是很多，一方面是因为钢筋低阻屏蔽作用对雷达法的影响比较大，并且经济成本较高，另一方面是因为雷达法对混凝土的探测深度比较浅，即使使用频率较低的电磁波，也只能稍微增大探测深度。

6、红外成像法
红外成像法作为一种混凝土无损检测技术，其工作原理是利用混凝土的热量和热流来判断混凝土的内部缺陷。

具体来说，当混凝土存在内部缺陷时，混凝土的热传导性能就会发生变化，进而引起其表面温度场的异常分布，而红外成像仪
能够测试出温度场的这种异常分布，得出热像图，所以可以通过热像图中异常的部分判断出混凝土内部缺陷的位置和类型。

红外成像法不需要直接接触混凝土构件，检测精度比较高，成本也比较低，并且白天、黑夜都能够进行检测，如有必要，可以对检测物进行上下左右的连续扫测，快速、直观，非常适合于检测大面积构件，如可用于检测冻害或火灾对混凝土的损伤程度。

7、钻芯法
钻芯法在无损检测方法中的地位非常重要，它可以验证其他无损检测方法如超声法等的检测结果，因此不能代替，它直观、准确、可靠，可以用来检测冻害或火灾对混凝土的损伤程度，混凝土的强度，混凝土接缝及分层处的质量状况以及孔洞、裂缝的深度、离析等质量问题。

具体做法就是用专用钻机或者人造金刚石空心薄壁钻头在结构混凝土上钻取芯样，再对芯样进行检测，从而确定混凝土的缺陷和强度。

但是钻芯法也有局限性，不仅会对混凝土造成局部创伤，花费的时间也长，成本费用也比较高，因此不宜在混凝土上面钻出大量的芯样，这时可以结合其他的无损检测方法进行检测，以减少钻芯数量。

三、混凝土无损检测技术的进展
1、不同技术之间的触合
如前所述，混凝土的无损检测技术可以按照其采用的媒质进行划分。

由于各种媒质各有优缺点，因此可以将不同的技术加以融合，从而提高测试精度和范围。

其中，超声波、声波、冲击弹性波的本质上并无区别，仅在信号的激励及接收方式、频谱范围等方面有所不同。

其中，超声波、声波一般通过对压电晶体或者振动膜施加电压激发信号，同样通过对压电晶体或者振动膜的振动产生电荷/电压以接收信号。

而冲击弹性波则是通过对被测体敲击产生信号，通过加速度传感器接收信号。

超声波的方法具有信号的发生时刻易于控制、波长短对微小缺陷敏感的特点，同样也存在能量低、测试范围小，频谱特性差等缺点。

另一方面，冲击弹性波则相反，能量高、测试范围大、频谱特性好但波长较长，激振时刻难于把握。

借助于电子技术的进步，冲击弹性波的激振时刻的确定问题得到了很好的解决，同时，通过导人自动激振装置，使得其激振信号的频率范围也得到了扩大。

因此，基于冲击弹性波的测试技术得到了快速的发展。

另一方面，在超声波、声波检测技术中，通过增加发射功率，改善拾音器的频谱响应特性等方法，也大大提高了其检测范围。

2、信号处理技术的进步
（1）对象信号的增幅和抽取:利用信号的反射来检测混凝土结构内部的缺
陷、尺寸时，如PIT(低应变基桩完整性测试技术)，对反射信号的增幅、抽取技术是必不可少的。

（2）信号降噪:通过同期叠加、滤波等方法，能够有效地消除在测试过程中环境噪声以及各种随机误差的影响。

此外，采用双向发信的方法，还可以使固有误差的影响大大降低。

（3）高度化的频谱分析能力:对信号的频谱分析在冲击回波法等方法中有非常重要的作用。

除了人们熟悉的快速傅利叶变换(FFT)以外，MEM，HHT功能也十分强大。

（4）使用信号的多样化:如在冲击弹性波的测试中，不仅采用P波测试，还可以采用S波，乃至R波(瑞利波)，L波(兰姆波)来测试。

（5）可视化处理:可视化也是混凝土无损检测技术中非常重要的一个发展方向，如下图1所示：
图1弹性波CT测试结果圈
3、测试设备的发展和标准化、规范化
在无损检测测试技术中，离不开硬件技术的进步。

主要有发信/传感元器件、A/D/A(模数、数模)，当然也有计算机技术水平的提高。

此外，由于测试技术、设备种类繁多，对其进行标准化和规范化也是非常必要的。

然而，在进行标准化和规范化的同时，怎样不阻碍技术的发展和创新也是重要的课题之一。

四、结语
作为一种已得到广泛应用但发展前景广阔的技术，混凝土无损检测技术具有十分突出的优点，但是，也具有很明显的缺点。

所以，在实际工程中进行检测时，要采取多种无损检测手段加以结合，保证检测的可靠性，提高检测精度；另一方面，也能够以无损检测结合传统检测方法进行检测，互相验证。

随着建筑行业的不断发展，混凝土无损检测技术会不断创新和走向成熟，其应用也将会越来越广泛。

参考文献：
徐峰：《无损检测技术在混凝土结构中的应用》，《城市建设理论研究》，2012年26期
陈样森：《混凝土缺陷无损检测技术发展现状综述》，《福建建材》，2007男01期
吴佳晔安雪晖田北平：《混凝土无损检测技术的现状和进展》，《四川理工学院学报（自然科学版）》，2009年04期。