混凝土無損檢測實踐性教學初探

郭曉潞　張德東　施惠生　張雄

[摘 要]混凝土無損檢測技術是指在不破壞混凝土結構構件條件下，在混凝土結構構件原位上對其強度和缺陷進行直接定量檢測的技術。混凝土缺陷模擬的無損檢測試驗教學設計包括混凝土內部缺陷、混凝土分層、混凝土中鋼筋位置、混凝土裂縫深度的檢測。混凝土無損檢測技術實踐性教學提高了學生的操作技能、團隊意識，創新了教學方法。

[關鍵詞]混凝土 無損檢測 模擬試驗 數字化視頻 教學設計 教學效果

[中圖分類號] TU528 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）16-0117-02

混凝土無損檢測技術是指在不破壞混凝土結構構件條件下，在混凝土結構構件原位上對其強度和缺陷進行直接定量檢測的技術。無損檢測技術不僅具有非破損、原位檢測等特性，且簡便易行、快速高效，是在建筑物原位上獲得其真實質量的唯一途徑，也是土木工程檢測的實用技術和提高建筑物質量的保證。無損檢測技術在土木工程中的應用一直受到國家和科技工作者的高度重視。

同濟大學材料科學與工程學院已開設“材料檢測技術”課程三十余年，該課程以混凝土建筑物無損檢測技術為主要內容，不斷地探索無損檢測的教學方法，以培養從事無損檢測相關技術的人才。然而，長期以來，由于我國的教育重理論、輕實踐，導致技術創新型高層次人才缺乏。培養寬專業、厚基礎、強能力的人才，提升學生的動手能力和創新能力是亟待研究的課題。[1] [2] [3] [4]

本論文針對這門課程講授過程中的實踐性教學，詳細介紹了混凝土缺陷模擬的試驗教學設計與實施過程，論述了采用數字化視頻及先進專用教學儀器在無損檢測實踐性教學中的優勢，并總結混凝土無損檢測實踐性教學的相關成效，以期為強化學生理論知識、培養學生專業技能及實踐能力提供參考。

一、混凝土缺陷模擬的無損檢測試驗教學設計

混凝土缺陷是指破壞混凝土的連續性和完整性，并在一定程度上降低混凝土的強度和耐久性的不密實區、空洞、裂縫或夾雜泥沙、雜物等。當混凝土的組成材料、工藝條件、內部質量及測試距離一定時，各測點超聲傳播速度、首波幅度和接收信號主頻率等聲學參數一般無明顯差異；如果某部分混凝土存在空洞、不密實或裂縫等缺陷，破壞了混凝土的整體性，通過該處的超聲波與無缺陷混凝土的相比較，聲時、波幅等接收信號會產生明顯變化。[5]

混凝土缺陷模擬的無損檢測試驗教學設計，即在實驗室條件下，模擬工程現場建筑物中的混凝土構件缺陷，以達到超聲波檢測混凝土缺陷的實踐性教學目的。本試驗主要針對混凝土中空洞、分層、鋼筋位置及裂縫等問題，設計成型有缺陷的混凝土試塊。學生可以采用超聲儀對所設計的混凝土進行實測，獲得混凝土的聲速、波幅和波形的信息，以推斷和檢查混凝土結構內部的空洞、裂縫及其他缺陷的位置等，增強學生的動手實踐能力。

（一）混凝土內部缺陷檢測

混凝土內部缺陷檢測試驗設計成型混凝土試塊，試件尺寸為200mm×200mm×200mm，將試件分為ABCD四部分[如圖1（a）]，澆搗試件時按設計要求在“A”處放置好了一塊均質泡沫，近似模擬空氣空洞缺陷。超聲脈沖波在混凝土中遇到缺陷時產生繞射，可根據聲時及聲程的變化，判別和計算缺陷的大小。用對測法檢測混凝土試塊，比較A、B、C、D四個位置的聲時和波幅，從而可以確定缺陷的部位。

（二）混凝土分層的檢測

混凝土分層檢測試驗設計成型混凝土試件，試件尺寸為150mm×150mm×150mm，將試件設計為a、b兩層[如圖1（b）]，澆搗試件時按設計a層為多砂漿少石子層，b層為多石子少砂漿層，以此來近似模擬混凝土的分層。采用對測法（等幅檢測）檢測混凝土試塊，分別比較a層和b層的聲時和波幅，從而可以判定砂漿層及混凝土層。

（三）混凝土中鋼筋位置的檢測

混凝土中鋼筋位置的檢測試驗設計成型混凝土試件，試件尺寸為150mm×150mm×150mm，將試件依次劃分為1-9九部分[如圖1（c）]，澆搗試件時按設計要求在“1”處埋入一小段鋼筋，以此來近似模擬檢測超聲波在鋼筋混凝土中的變化。用對測法測混凝土試塊，依次檢測“1”-“9”測點，當發現鋼筋位置時，在其左右移動換能器，觀測聲通路通過鋼筋及附近時的首波波形變化，以此可檢測出鋼筋的位置。

（四）混凝土裂縫深度的檢測

混凝土裂縫深度的檢測試驗設計制作混凝土試件一塊，試件尺寸為100mm×100mm×400mm，并在試件中間預留50mm深的縫隙，以此來近似模擬混凝土中的裂縫[如圖1（d）]。利用平測法，根據首波反向“臨界點”來判斷裂縫的深度。

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圖1 混凝土缺陷模擬試件及示意圖

二、數字化視頻及教學專用儀器的應用

數字化視頻教學及專用教學儀器的引入直觀性強，能夠突出要點，且有助于學生對概念的理解和方法的掌握。采用數字化視頻教學能夠圖文聲像并茂，多角度調動學生的情緒，吸引學生的注意力，提高學生的興趣。

以回彈法為例，由于回彈儀的主要機芯零部件隱藏在回彈儀機殼體中，其實際工作原理，學生難以理解。如果在課堂教學過程中，采用數字化視頻教學，播放拆卸與安裝回彈儀的教學視頻以及回彈儀在實際工程中的使用及檢測過程的視頻，并組織學生在實驗室親自動手拆卸與組裝回彈儀，就可以極大地幫助學生理解回彈儀的工作原理，熟悉回彈儀的內部構造，掌握回彈儀的拆裝技術及其維護保養的基本常識。此外，還可以采用教學專用透明回彈儀，由于回彈儀機殼透明，這樣，在回彈儀工作的過程中，其工作原理即可一目了然。

通過多媒體視頻教學實現了對傳統教學方法的有益補充，并通過對真實情景的再現和模擬，使學生能夠將理論與實踐結合起來，加深了學生對理論知識的認識，有利于突破傳統教學中的難點，并克服傳統教學重理論、輕實踐的弊端。同時，多媒體視頻教學還具有信息量大、容量大的特性，能夠節約空間和時間，提高教學效率。

三、混凝土無損檢測技術實踐性教學成效

（一）提高了操作技能

通過實踐性教學環節和數字化視頻教學，讓學生在實踐中理解了儀器的工作原理，熟悉了回彈儀的基本構造，掌握了回彈儀的拆裝技術及維護保養的基本常識。通過混凝土缺陷模擬的超聲波檢測試驗，學生掌握了超聲波檢測儀的使用操作方法，并模擬工程現場測定了混凝土缺陷對混凝土超聲參數（聲速、波幅、波形等）的影響，最終能夠用聲速、波幅及波形等超聲參數的變化綜合分析混凝土的質量狀況。

（二）提高了團隊意識

試驗的完成需要同組中每個同學的相互配合，只有每個同學都能夠獨立自主地完成試驗中自己所負責的部分，然后配合同組中的其他同學，才能使整個試驗過程得以順利進行。實踐性教學活動的開展既增強了學生的責任心，又培養了學生的團結協作精神。

（三）創新了教學方法

在混凝土無損檢測技術的教學過程中，引入數字化視頻教學方法，創新性地模擬工程現場設計實踐性教學方案，創新了教學方法。對于學生而言，能夠將課堂上的理論知識與現場實際操作相對應，加深了對理論知識的理解，提高了教學效率，達到了理論與實踐相結合的目標。

四、結論

由于工程建設的實際需要，混凝土無損檢測技術始終具有較強的生命力。我們可以預料，隨著科學技術的發展和工程建設規模的不斷擴大，無損檢測技術將會不斷地更新以適應工程需要，其發展前景是廣闊的。在混凝土無損檢測技術的教學過程中，創新性地開展實踐性教學活動，強化了學生對無損檢測技術理論知識的理解，采用理論與實踐相結合的教學方法，提高了學生的實踐操作技能，有利于無損檢測技術人才的培養。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 郭曉潞，施惠生.建筑材料制備工藝實踐性教學初探[J].中國建設教育，2012（1）：77-79.

[2] 張科強，楊波.混凝土的無損檢測方法及其新發展[J].混凝土，2007（5）：99-101.

[3] 孫從廣.混凝土無損檢測技術淺析[J].科技資訊，2012（20）：60.

[4] 林峰，顧祥林，何敏娟.現代土木工程特點與土木工程專業人才的培養模式[J].高等建筑教育，2006（1）：26-28.

[5] 封世東，田曉璞.無損檢測技術在混凝土質量控制中的應用研究[J].科技信息（科學教研），2008 （13）：107-121.

[責任編輯：覃侶冰]