混凝土結(jié)構(gòu)缺陷無損檢測技術(shù)探析

楊茂生

摘 要：混凝土結(jié)構(gòu)缺陷對建筑整體質(zhì)量影響巨大，結(jié)構(gòu)缺陷檢測技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量評定中發(fā)揮著重要的作用。本文對超聲紅外熱成像檢測技術(shù)、反射波法檢測技術(shù)、聲波透射法檢測技術(shù)以及彈性模量檢測法等幾種常見的混凝土結(jié)構(gòu)缺陷無損檢測技術(shù)進(jìn)行探討，旨在對無損檢測技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)缺陷檢測中的應(yīng)用提供一些參考。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)缺陷;無損檢測

混凝土結(jié)構(gòu)是建筑中的一種主要結(jié)構(gòu)形式，在我國建筑結(jié)構(gòu)中被廣泛采用。混凝土結(jié)構(gòu)受原材料、配合比、施工工藝等諸多因素影響，容易造成表面及內(nèi)部的缺陷，采用必要的檢測技術(shù)進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)缺陷檢測是確保建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要措施。本文現(xiàn)就幾種常見的混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)進(jìn)行探討。

1 超聲紅外熱成像檢測技術(shù)

世界上第一套用于無損檢測的紅外熱成像儀器是由瑞典在1964年研制。存在缺陷的混凝土結(jié)構(gòu)，由于混凝土內(nèi)部存在裂縫、空洞，其震動阻尼比沒有缺陷的混凝土要高，超聲紅外熱成像檢測技術(shù)就是利用混凝土的這一特點，從外部將超聲波輸入到被檢測結(jié)構(gòu)中，對可能存在裂縫位置的混凝土進(jìn)行選擇性加熱，聲波在混凝土內(nèi)部傳播過程中會在結(jié)構(gòu)內(nèi)逐漸削弱，由振動能量不可逆轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而缺陷位置由于振動阻尼較大，內(nèi)摩擦熱效應(yīng)和熱彈效應(yīng)更加明顯，通過熱成像儀可以準(zhǔn)確直觀地發(fā)現(xiàn)缺陷位置。紅外熱成像檢測設(shè)備主要設(shè)備包括三個部分，即超聲發(fā)生裝置、信號處理采集裝置和紅外熱成像儀。超聲紅外熱像技術(shù)在混凝土缺陷檢測方面的應(yīng)用包括：（1）利用缺陷與完好混凝土熱容與導(dǎo)熱性能的差異，對混凝土裂縫、疏松、空洞等缺陷進(jìn)行檢測。（2）滲漏處混凝土含水量較高，利用水對混凝土熱容和導(dǎo)熱性能的影響，對隱蔽的滲漏點進(jìn)行探查。（3）利用過火后混凝土的熱學(xué)參數(shù)的變化來檢測混凝土的過火溫度。（4）利用空氣導(dǎo)熱系數(shù)較混凝土低，檢測混凝土梁黏鋼、黏碳纖維布或建筑外墻飾面層的粘貼質(zhì)量。（5）通過檢測熱量泄出點評價建筑節(jié)能性能。

超聲紅外熱像技術(shù)作為一種新型的無損檢測技術(shù)，與傳統(tǒng)的缺陷檢測技術(shù)相比具有如下幾個優(yōu)點：（1）聲波在介質(zhì)中可以隨意傳播，因此在現(xiàn)場檢測時無須考慮檢測對象的幾何形狀以及內(nèi)部材料的均勻性;（2）在混凝土介質(zhì)內(nèi)聲波傳播速度快能量損失小，幾乎可以在瞬間達(dá)到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的任何位置，所以可以應(yīng)用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的檢測;（3）通過紅外熱成像儀可以直觀地反映出構(gòu)件內(nèi)部缺陷情況。

2 反射波法檢測技術(shù)

針對埋置地下的樁基礎(chǔ)等容易出現(xiàn)橫向裂縫的構(gòu)件，預(yù)判可能出現(xiàn)裂縫或存在接頭質(zhì)量問題時。進(jìn)行大體量的開挖來暴露出樁體進(jìn)行檢測顯然是不切合實際的，針對此類問題，反射波檢測技術(shù)便可以很好地解決地下樁體橫向質(zhì)量缺陷的問題。

采用反射波技術(shù)進(jìn)行樁身質(zhì)量檢測時，在樁頂施加激振信號生成應(yīng)力波，應(yīng)力波順樁身由上向下傳遞，在傳遞過程中，如果樁身內(nèi)部、接頭混凝土存在質(zhì)量缺陷，如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等將產(chǎn)生反射波，通過接受反射波判斷反射波的延時、幅值和波形特征便可以對樁混凝土質(zhì)量進(jìn)行判定。在使用反射波法進(jìn)行檢測時把樁視為連續(xù)彈性的一維均質(zhì)桿件，不考慮樁周土對沿樁身傳播應(yīng)力波的影響且在受力變形時截面保持平面，沿平面有均布的軸向應(yīng)力。因此，一般要求受檢樁的長細(xì)比、瞬時激勵脈沖有效高頻分量的波長與樁的橫向尺寸之比均宜大于5.0。

3 聲波透射法檢測技術(shù)

樁基缺陷檢測除反射波法外，聲波檢測法也是應(yīng)用廣泛的一種方法。聲波透射法在樁的聲測管中向混凝土發(fā)射聲波，引起樁的混凝土介質(zhì)的振動，聲波經(jīng)過混凝土介質(zhì)的傳播，接收變化的聲波，分析波的各項參數(shù)。與反射波法相比，兩者的主要區(qū)別有以下幾點：（1）波長和邊界條件。低應(yīng)變反射波法試驗中，以米作為應(yīng)力波的波長量級，應(yīng)力波沿樁縱軸線傳播，樁徑為垂直于波向的橫向尺寸，縱向尺寸樁長較長，樁可視為桿件;（2）聲波頻率。低應(yīng)變反射波法脈沖主頻在幾百Hz，而聲波透射法的聲波脈沖主頻高達(dá)3050Hz;（3）測距。低應(yīng)變反射波法若以樁底反射信號和樁長反算波速，則測距為2 倍樁長。聲波透射法測距比樁徑略小，明顯小于樁長，聲波在其傳播過程中有“頻漂”現(xiàn)象，即隨著傳播距離的增加，主頻降低，傳播速度減慢，測試波速減小，因此測距的差異也加大了低應(yīng)變反射波法波速與聲波透射法波速的差異。

4 彈性模量檢測法

通過超聲波平測法檢測出普通混凝土的波速值，根據(jù)波速與彈性模量的換算關(guān)系計算得到檢測對象的彈性模量，分析對不同位置混凝土彈性模量的變化來判斷混凝土內(nèi)部情況，就是彈性模量檢測法。

波速，繪制相應(yīng)的齡期-波速曲線作為參考，實際檢測時采集待檢測混凝土波速而后將所采集數(shù)據(jù)放置于標(biāo)準(zhǔn)試塊的齡期- 波速曲線內(nèi)。如果檢測數(shù)據(jù)可以較好地擬合在標(biāo)準(zhǔn)試塊曲線上，表明檢測區(qū)域混凝土質(zhì)量較好;如果對應(yīng)波速明顯小于相同齡期標(biāo)準(zhǔn)試塊，說明構(gòu)件內(nèi)部存在缺陷。

5 結(jié)束語

對于既有結(jié)構(gòu)混凝土缺陷的無損檢測技術(shù)，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展已經(jīng)逐漸成熟，在實際項目操作時還需要根據(jù)被檢測結(jié)構(gòu)自身特性選擇項適應(yīng)的檢測方法，綜合考慮檢測方法的檢測精度、效率與操作的簡易性，以求達(dá)到事半功倍的效果。

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