水工混凝土質量無損檢測技術分析

□胡國偉（貴州省水利水電勘測設計研究院）

混凝土材料，自其誕生起便受到建筑工程界的青睞，被廣泛應用于工程建設中，水利水電工程亦是如此。隨著水利水電工程規模的不斷擴大，人們對于工程質量要求不斷提高，混凝土作為工程的重要基礎部分，對其進行質量控制與檢測則不可避免。水工混凝土的檢測方法主要分為取樣試驗以及物理檢測兩者，取樣試驗，顧名思義是在現場取樣并對樣本進行試驗，這種方法精度較高，但是可能會破壞水工混凝土的整體結構。而物理法，即無損檢測法，可以避免取樣法的弊端，在不影響被測物整體結構的情況下，快捷、高效地進行檢測，但是這種方法在精度方面需要一定的提高。文章針對水工混凝土質量的無損檢測技術進行論述，供類似工程參考。

1 國內混凝土無損檢測技術的發展

國際上，對混凝土無損檢測技術的研究起源于1930年的表面壓痕法，而我國的混凝土無損檢測研究則起源于20世紀50年代，主要是基于瑞士、英國、波蘭等國回彈儀與超聲儀等設備，結合國內工程實際開展起來的。20世紀60年初，在檢測設備以及檢測技術上都得到了一定發展，例如在設備上開始批量生產回彈儀、壓法超聲檢測儀；而在方法上還出現了鉆芯法、后裝拔出法等。到了20世紀90年代，一些關鍵的無損檢測技術得到了實際的應用，例如紅外成像技術、沖擊回拔技術等，設備上超聲波檢測儀器從模擬式發展為數字式，計算機進入到檢測領域，用于處理檢測數據，極大提高了檢測質量。綜合而言，伴隨著科學技術不斷更新，混凝土無損檢測技術得到了不斷提升，基于混凝土無損檢測技術的水工混凝土無損檢測技術也得到了相應發展，這也有效地保障了我國水利水電工程的質量，確保水利水電工程社會效益的發揮。

2 水工混凝土質量無損檢測關鍵技術

2.1 回彈法用于混凝土抗壓強度無損檢測

在水工混凝土抗壓強度無損檢測中一般會使用回彈法。該方法具有儀器簡單、操作方便、經濟迅速、測試精度高的特點，被廣泛應用于水工混凝土質量無損檢測領域。回彈法主要通過回彈儀檢測出的回彈值來分析混凝土情況，通過回彈值反映材料的彈性性質與塑性性質。不過這種方法的應用具有局限性，當構件較厚時，只可以體現材料的表層特性，而且，濕度對回彈法測低強度混凝土影響較大。因此，水工混凝土抗壓強度無損檢測主要采用回彈鉆芯綜合法。

2.2 超聲脈沖技術

超聲脈沖技術是水工混凝土質量無損檢測的重要技術之一，這一技術的應用主要是利用混凝土材質的特點進行的。具體分析，混凝土是一種非均質的彈粘塑性材料，這種材料具有對超聲脈沖波的吸收、散射衰減大的特點。而超聲脈沖技術正是利用這一特點來分析混凝土的質量狀況,在利用這一技術進行混凝土的質量檢測時一般要求使用低發射頻率。具體檢測時，當水工混凝土的質量以及相關質量要素符合規定，則超聲傳播速度、首波幅度以及接收信號主頻等聲學參數就會較為穩定，沒有較大的起伏。但是當混凝土質量存在問題時，超聲脈沖的波幅、頻率值會出現降低的現象，而且聲值也明顯增大，只要出現這種現象即可以判定混凝土質量有缺陷，這一技術主要對于空洞、不密實以及裂縫等混凝土質量問題的檢測效果明顯。

2.3 紅外成像無損檢測技術

紅外熱成像檢測技術主要是依靠物體內部紅外輻射、表面溫度、材料特性三要素之間的關系，使用紅外成像儀將來自目標的紅外輻射轉變為可見的熱圖像，然后通過對圖像的分析來判斷出物體內部缺陷情況。紅外線是一種特殊的電磁波，其性質處于可見光與微波間。關于紅外線的輻射，在整個地球內部的所有物體只要其溫度高于絕對零度(-273℃)就具備輻射紅外線的功能。而紅外成像無損檢測技術則是利用物體輻射紅外線的性能原理進行操作的。當水工混凝土質量存在問題時，其內部就會出現異常，由此，問題部位的熱傳導性能發生變化，自然這些部位的溫度分布也會與正常部位不一致。接著利用儀器，即紅外成像儀呈現出混凝土表面的溫度分布情況。這樣，就可以直接分辨出異常部位，即確定混凝土質量問題相關情況。從上可知，紅外熱成像無損檢測技術運用是與材料不相接觸的，而且非常直觀、迅速，此外，還可以對混凝土開展全方位的連續檢測，而且也不會受到黑夜與白天的時間限制。這一技術一般應用于凍害以及火災情況下混凝土的破壞情況。

2.4 超聲波CT技術

超聲波技術的穿透能力極強且檢測簡單、便捷，因此被廣泛應用于水工混凝土檢測工作之中，特別是一些大體積混凝土，如大壩、橋墩等混凝土構筑物。但是，為了提高超聲波技術的檢測質量，應當注意結合計算機層析成像技術，構成混凝土超聲波層析成像檢測技術。這主要是因為傳統的超聲波技術檢測時只能檢測線上的混凝土質量，不夠全面，且精度不高，對人員要求也較高，實用性不強，而混凝土超聲波層析成像檢測技術則具有一定的先進性。這種方法首先將待檢測混凝土斷面剖分為諸多矩形單元，然后從不同方向對每一單元進行多次超聲波射線掃描，即由來自不同方向的多條射線穿過一個單元，用所測超聲波走時數據進行計算成像，其成像結果可精確、直觀表示出整個測試斷面上混凝土的缺陷及質量信息，使檢測精度大為提高。

3 水工混凝土質量無損檢測技術展望

當前，我國的水利水電工程在不斷發展之中，且建設規模及難度也不斷增大。這不僅對現行的工程技術以及有關規范帶來挑戰，也對無損檢測技術提出了一系列難題。有關的實踐表明：及時檢測發現病害和隱患是防止惡性事故發生的有效前提。因此，在水利水電工程規模不斷擴大、難度不斷提升的環境之下，混凝土質量無損檢測工作將會面臨前所未有的挑戰，對于其檢測質量要求不斷提高。

對于當前無損檢測工作進行分析，常規無損檢測技術受分辨率和可靠性的限制，檢測結果反映是局部問題，采集的是一特定工況下的數據，不具備連續性，不能對水工結構的整體安全性進行評價，不能全面反映水工建筑物的工作形態。因此，在重要水工建筑物的檢測上，必須要解決無損檢測技術的“及時性”，并使檢測成果在水工建筑物壽命期內具有空間和時間的“連續性”，這就需要無損檢測技術與安全監測技術進行有機結合。無損檢測技術必須向高分辨率、高可靠性、數字實時成像方向發展，通過定期檢測或監測方式使數字化的檢測數據經信號傳輸隨時進入數據庫，疊加時間維后分析工程病害和隱患的發展狀況，才能研究其變化趨勢、分析其中規律。總之，水工混凝土質量無損檢測技術的發展要與時代相協調，要與數字監控等先進技術相配合，通過組成先進的專家系統，真正做到為水利水電工程的風險預測和評估提供幫助，提高工程的風險管理水平。

4 結語

總之，隨著水利水電工程規模的不斷擴大，其在人類社會中所起到的作用也日益突出。為了使得其更好地發揮作用，提高綜合效益，就必須要做好工程建筑物的質量檢測工作。由于當前的水工建筑物基本上都是采用混凝土材料，因此，加強建筑物混凝土質量的檢測就顯得尤為重要。有關人員要充分認識到這一點，并且著力研究混凝土質量無損檢測技術，將其與現代科技相結合，有效地檢測質量，提高水利水電工程的風險管理水平。

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