土木工程中的無損檢測技術(shù)及其應用

孫鵬 劉娟娟

摘要：土木工程中的無損檢測技術(shù)很多，各自都有其優(yōu)缺點，在選擇時要根據(jù)場地、條件、材質(zhì)及施工工藝，并能對缺陷的種類、性質(zhì)等有充分的估計后，才能選擇出合適的檢測技術(shù)。

關(guān)鍵詞：土木工程;無損檢測技術(shù);應用

本文筆者對無損檢測技術(shù)及其在土木工程中的應用進行了系統(tǒng)回顧與總結(jié)，以提高人們對無損檢測技術(shù)的認識，充分發(fā)揮無損檢測技術(shù)的作用，進而促進無損檢測技術(shù)的應用與發(fā)展。

一、概述

無損檢測技術(shù)是一種在不損傷成品或材料的前提下進行內(nèi)部缺陷評價的技術(shù)。無損檢測技術(shù)的應用原理是當材料或者建筑成品內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在缺陷時，對聲、光、電以及磁的反應是具有一定特點的，通過對這種特異的反應可以科學的評價材料或成品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的危害程度。近些年，我國土木工程無損檢測技術(shù)得到了快速發(fā)展，很多單項技術(shù)都達到了國際水平[1]。通過不斷地技術(shù)攻關(guān)和無損檢測技術(shù)體系逐漸完善，有效的無損檢測技術(shù)越來越多，像激光技術(shù)、波動分析技術(shù)、紅外成像技術(shù)、雷達技術(shù)等都得到了廣泛的應用。

二、靜態(tài)檢測技術(shù)

2.1 射線法

是利用 x 射線或γ射線以及中子射線易于穿透物體，且在穿透過程中受到吸收和散射而衰減的性質(zhì)，在感光材料中獲取與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷相對應的透射相片，從而檢測出物體內(nèi)部的缺陷情況。這種方法的缺點是所需的設(shè)備笨重，且對建筑物有一定程度的破壞（如需要鉆孔放置底片等）。而且，由于建筑物對 x 射線或γ射線的吸收問題，使得穿透深度很小而得不到廣泛應用[2]。因此，這種方法對于大型建筑物或大型橫梁、橋墩、水庫堤壩的非破損檢測效果不理想。

2.2 聲發(fā)射檢測法

聲發(fā)射現(xiàn)象指的是物體因受外力或內(nèi)應力的作用，在其內(nèi)部缺陷處將產(chǎn)生應力集中而發(fā)生塑性變形，儲存大量的應變能，一旦裂紋產(chǎn)生或裂紋擴展，部分應變能就會以瞬時彈性應力波的形式向外釋放的現(xiàn)象。因物體內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生或擴展而產(chǎn)生的聲發(fā)射現(xiàn)象的彈性波頻率低，人們就做了大量的工作去研究如何能“聽”到這些聲發(fā)射現(xiàn)象，不僅要能“聽” 到，而且要能知道在哪個地方發(fā)生、原因是什么、什么時間發(fā)生、危害有多大，這就是聲發(fā)射檢測。聲發(fā)射技術(shù)不僅在聲發(fā)射理論及數(shù)據(jù)處理方面有了大的發(fā)展，而且聲發(fā)射儀也從早期的模擬式單通道聲發(fā)展到目前的全數(shù)字化、全波形的多通道聲發(fā)射儀。然而，由于混凝土材料自身的復雜性，依然還有很多問題未能解決，如混凝土聲發(fā)射的機理、聲發(fā)射信號與混凝土力學參數(shù)間的相關(guān)性、混凝土的凱賽爾效應等等。

2.3 雷達波法

工程探地雷達是用頻率介于 10～2000MHz 的寬頻脈沖電磁波來確定工程結(jié)構(gòu)或介質(zhì)分布的技術(shù)。雷達監(jiān)測的工作原理是利用發(fā)射天線向受檢體發(fā)射寬頻帶短脈沖形式的電磁波，該電磁波進入介質(zhì)內(nèi)部后，經(jīng)內(nèi)部界面反射后回到表面，再由接收電線接收回波信號。由于電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強度及波形隨所通過的介質(zhì)的電性性質(zhì)及幾何形態(tài)發(fā)生變化，因此反射回波攜帶有受檢體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，就可依據(jù)接收到的反射回波的雙程走時、幅度、相位等信息對目標介質(zhì)結(jié)構(gòu)進行準確描述。探地雷達無損探測技術(shù)可用于混凝土內(nèi)部缺陷、鋼筋的分布檢測，公路工程中路面結(jié)構(gòu)層厚度檢測，裂縫和裂縫擴展的識別。其優(yōu)點是：探地雷達法可迅速對被測結(jié)構(gòu)進行掃描，適用于結(jié)構(gòu)物大面積快速掃測。

2.4 紅外熱成像檢測法

20 世紀 60 年代，美國就已經(jīng)開始對紅外熱成像技術(shù)應用進行研究，20 世紀 70 年代末，紅外熱成像技術(shù)已被用于診斷建筑物的熱損耗、屋頂滲水、圍墻缺陷以及查找路面的次表面缺陷等。我國在這方面的研究起步較晚，到 90 年代初才有學者將紅外熱像診斷技術(shù)和土木工程結(jié)合起來，對建筑物的熱損耗、建筑材料缺陷的探測和建筑外墻施工質(zhì)量等進行了初步的應用研究。紅外線是介于可見紅光和微波間的電磁波，它的波長范圍在 0.76～1000μm 之間，而其中只有 3～5μm 和 8～14μm 的波段能很好地透過，紅外探測儀正是利用這個波段來實現(xiàn)探測。任何高于絕對零度的物體都會輻射紅外線，而物體內(nèi)部存在的裂縫或缺陷會改變物體的熱傳導，使物體表面的溫度分布不均勻。紅外熱成像技術(shù)是借助紅外熱像儀探測物體各部分輻射的紅外線能量，由物體表面的溫度場分布情況形成熱像圖來直觀的顯示材料、結(jié)構(gòu)物等內(nèi)部缺陷的一種非接觸式的無損檢測技術(shù)，也被稱為紅外掃描測試技術(shù)。它可以檢測出物體內(nèi)部缺陷的位置，并具有快速、非接觸、大面積地掃查檢測物表面，而不損傷檢測物，且結(jié)果直觀形象，易于實現(xiàn)自動化和實時觀測的優(yōu)點。

三、動態(tài)檢測技術(shù)

動態(tài)檢測技術(shù)即基于結(jié)構(gòu)振動的損傷識別方法。它是利用結(jié)構(gòu)的振動響應和系統(tǒng)動態(tài)特性參數(shù)來進行結(jié)構(gòu)損傷檢測。其基本原理是：結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)（如固有頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼等）是結(jié)構(gòu)物理特性（如質(zhì)量、剛度和阻尼）的函數(shù)，因而結(jié)構(gòu)物理特性的改變會引起結(jié)構(gòu)振動響應的改變。這種損傷探測方法屬于整體檢測方法，相對于前述的局部無損檢測方法而言，它能夠檢測一些較大形體的復雜結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件。目前該方法已經(jīng)被廣泛應用在航空、航天以及精密機械結(jié)構(gòu)等方面。除了整體檢測的優(yōu)點外，對于石油平臺、大型橋梁等大型土木工程結(jié)構(gòu)，可以利用環(huán)境激勵引起的結(jié)構(gòu)振動來對結(jié)構(gòu)進行檢測，從而實現(xiàn)實時監(jiān)測，這是很吸引人的。

結(jié)束語

總之，無損檢測技術(shù)在土木工程材料和成品檢測中發(fā)揮了巨大的作用，由于無損檢測技術(shù)具有非破損、便捷、速度快的優(yōu)點，因此它不僅在土木工程中得到了廣泛的應用，它也在工業(yè)與民用建筑工程、道路工程、隧道工程以及水利水電工程中發(fā)揮重大作用。并且越來越多的新無損檢測技術(shù)不斷的產(chǎn)生，這些技術(shù)的使用有效提高了土木工程的質(zhì)量。因此，我國土木工程相關(guān)單位應該進一步加強無損檢測技術(shù)的研究和應用。

參考文獻

[1]蔣濟同，范曉義.紅外熱像技術(shù)在混凝土檢測中的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].無損檢測，2011（2）：52-55.

[2]焦登文.混凝土無損檢測技術(shù)應用及其發(fā)展趨勢[J].商品混凝土，2009（2）：58-60.

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