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摘要:混凝土施工具有性能良好、价格合理的优势,在当下各种建筑中具有较为广泛的应用。由于混凝土现场浇筑施工的要求较高,质量控制难度大,必须及时借助无损检测技术进行检验。本文针对传统无损检测技术的发展现状进行了总结,并提出新兴无损检测技术的应用前景。
关键词:无损检测;混凝土缺陷
1.超声法检测技术的发展现状
作为传统的混凝土缺陷无损检测技术,超声法已经比较成熟,由于超声信号穿透能力强,目前普通检测仪器可以穿透几米厚度的混凝土,增大发射功率并对接收信号进行前置放大处理后,甚至可以达到数十米左右的测距,因此超声法不仅普遍应用于房建工程,而且大量应用于大坝、大型基础等大体积混凝土的缺陷检测。近几年,超声法的发展主要表现在以下两个方面:
(1)在检测技术上,除了检测混凝土缺陷、强度等参数外,利用表面波、横波的特征信号检测混凝土的动弹模量、利用横波测试水下结构裂缝等研究也在开展。此外,对超声CT成像技术的研究也是热点。美国Olson公司将断层成像技术应用于超声波检测,采用改进的超声探头在被测部位表面移动,经过数据采集、处理,形成被测部位断面图像,结果直观。国内不少研究机构、专家学者也开展了超声断层成像理论及技术的研究。
(2)在检测仪器设备上,从早期的电子管、晶体管式的模拟超声仪发展到集成化的数字式超声仪,现在已经出现了采用工控计算机或者PC机、掌上电脑等为处理核心的智能化超声检测仪等,具有电子提升和自动测距装置的全自动声波透射法测桩功能的国产超声仪也已经问世并得到应用。当前国产仪器已经比较成熟,性能、精度等各方面不输于进口仪器,甚至在界面、操作、波型显示、价格等方面优于进口仪器,比如康科瑞公司的NM系列、智博联公司的ZB卜U系列、武汉岩海RS系列、汕头超声电子的CST系列等等,在国内的混凝土无损检测上得到了广泛应用并取得了良好的效果。康科瑞的NM系列超声仪甚至出口到国外。
2,新型无损检测技术的发展现状
2.1冲击一回波法检测混凝土缺陷
冲击回波法的测试原理是,仪器通过机械冲击器向物体表面发送短周期应力脉冲波,其中压缩波(P波)在物体上传播过程中,当遇到内部缺陷(如裂缝宽度>0.03~)时,波便不能穿透而产生反射,遇到表面边界时也会发生反射,一旦波速确定,且选择正确的冲击器,就可通过单面测试准确地测得裂缝等缺陷的位置和深度,当构件不存在缺陷时则可测得其厚度。
与超声法相比,冲击回波法具有可单面测试、对材料分层缺陷敏感等特点,因此首先在路面、隧道衬砌、挡墙等的厚度、缺陷测试上获得了应用。经过国内外十几年的实验室理论研究和现场检测应用,当前冲击回波法主要应用于:①对有/无沥青层的板进行分层质量检查;②桥梁沥青覆盖层下防护层完整性的检查;③钢筋密集区混凝土裂缝、空隙和蜂窝缺陷的检测;④由于钢筋腐蚀引起周边混凝土脱粘疏松状况;⑤测定表面裂缝的深度;⑥后张法预应力管道灌浆质量的检查;⑦两层间孔隙的检查;⑧修补后工程质量的检查;⑨板状结构厚度的测量L评估碱骨料反应或冻融循环损伤程度等等。国内也已开展了冲击回波法的研究,康科瑞公司在其著名的超声检测仪NM系列部分高端型号上内置了冲击回波模块,南京水利水电科学研究院也研制出了冲击回波仪。
2.2雷达法
雷达波属于电磁波的一种,其主要原理是雷达波在混凝土中传播时,其传播速度与介质的介电常数相关,当遇到混凝土界面、内部缺陷、钢筋等介电常数变化较大的目标时发生反射、散射等,通过反射信号的波形、传播时间等参数判断混凝土内部状况。
1994年,美国地球物理公司发明了SIR地质雷达仪,适用于公路路面检测。
90年代日本雷达仪器公司(JR)C研制开发了一系列混凝土内部雷达探测仪。地质雷达一般采用低频雷达波,其频率从几十兆赫到几百兆赫,主要适用于探测地下结构物,如地质勘探、管线探测等,穿透能力强,可达数十米深,但分辨率较低。混凝土雷达仪则采用GHz级的高频雷达波,其分辨率较高但穿透能力较低,如日本JRC公司的雷达仪检测深度仅为200一30mm。雷达法具有单面测试、测试结果以断面图形式显示、非常直观、检测速度快等优点,因此其应用前景非常好,我国于190年代亦开始了地质雷达(或称探地雷达)以及混凝土雷达的应用研究。但是,由于金属的介电常数接近于无穷大,雷达波无法穿透,因此对于钢筋混凝土结构,由于钢筋的存在,会使得钢筋下的缺陷被“屏蔽”,当雷达波分辨率较低且配筋较密的时候,基本上难以探测钢筋下的内部混凝土,因此目前雷达波主要用于探测混凝土中的钢筋、金属预埋件等。国内有检测人员将其应用于砖混结构中混凝土芯柱质量的检测,成功地辨别出灌注不密实的构件。雷达技术由于军事原因受到“巴黎统筹委员会”限制,因此目前雷达仪主要靠进口。近期康科瑞公司推出了国产的第一台工程雷达KON一L(DA),将大大促进雷达法检测技术在国内的研究及应用。
2.3红外检测技术
红外无损检测是通过测量物体的热量和热流来确定其质量的一种方法,当物体内部存在裂缝和缺陷时,它将改变物体的热传导,使物体表面温度分布产生差别,利用遥感技术的检测仪测量热辐射,即可查出物体的缺陷位置。目前红外检测技术主要是指采用红外热像仪进行红外摄像,它具有如下特点:①适用于非接触大面积的遥测;②探测器只响应红外线,故白天、黑夜均可以工作;③温度分辨率高达0.1一.002℃,探测精度高;④测温范围一50一200℃,应用领域宽;⑤可作静、动态目标温度变化的探测。
在建筑工程质量检测中,红外热像法目前主要应用于:①建筑外墙剥离的检测;②玻璃幕墙、门窗保温绝热性,防渗漏的检测;③装饰面砖粘贴质量和安全的检查;④墙面、屋面渗漏检查。红外热像对材料近表面的缺陷、层状结构的分层缺陷比较敏感,不适用于体量较大的混凝土结构物内部质量状况的检测,但对于混凝土表层的损伤状况较为敏感。
2.4声发射检测技术
材料受力过程中,由于内部存在不同性质的缺陷或微观构造的不均匀性,产生局部应力集中造成不稳定的应力分布。不稳定的高能状态向稳定的低能状态转化是通过材料的塑性变形、裂缝产生与扩展直至失稳断裂而完成的。在应力松弛过程中释放的应变能,一部分以应力波的形式发射和传播,即称为声发射。声发射主要适用于材料性能的研究、监测和预报构件工作过程的形变、疲劳、失稳等危险信息动态监测,它是一种动态的无损检测方法,可以实时反映状态或缺陷的动态信息,实行监测和危险报警。目前,在混凝土性能的研究中,声发射可用来测定混凝土的初裂应力,以确定断裂参数。此外,用声发射技术分析混凝土的破坏过程,以确定各种不同混凝土在整个受力过程中的力学行为,这些都是其它试验方法所无法胜任的。声发射在工程监测中的应用也越来越受到人们的重视。例如用于核电站混凝土结构运行中的安全性监控,通过预埋的传感器,对有可能发生的损伤进行检测、定位、分析和监视,以便及时发现问题,并评估其在规定运行年限内对结构安全性的影响程度。
结语:建设工程上对于混凝土缺陷的无损检测技术向来是关注的重点。传统的混凝土缺陷无损检测技术主要是超声法,随着科学技术的发展,一些新兴的无损检测技术如红外法、雷达法等也相继应用于混凝土缺陷的无损检测.同时超声法本身也在不断发展完善。
参考文献:
[1]陈祥森.混凝土缺陷无损检测技术发展现状综述[J].福建建材.2007,01:36-37.
[2]许德胜.大体积混凝土水化反应温度场与应力场分析[D].杭州:浙江大学建筑工程学院,2005.