試驗無損檢測技術在建筑工程檢測中的應用

徐 凡

（中鐵二十二局集團第三工程有限公司，福建 廈門 361000）

1 無損檢測技術的特點

近年來，隨著無損檢測技術的不斷發展，國家陸續出臺了多種檢測技術規范和標準，為檢測技術的實施提供了權威的科學依據和法律保障。通過無損檢測技術，可以將工程質量進行相應的量化，將材料結構的質量進行指標量化后，利用檢測技術確定其是否滿足質量要求。無損檢測的使用不能影響原結構的正常性能。比如在鋼結構建筑中，需要進行大量的焊接作業，焊縫的質量直接關系到鋼結構的整體穩定性以及結構安全，因此無損檢測的重點就是焊縫結構。無損檢測技術的實施應當建立在不破壞檢測材料性能的基礎上，通過物理方法獲取檢測對象的內部信息。同時，應采取隨機檢測的方式，因為隨機檢測更具有代表性和客觀性，更能真實反映結構的整體質量。通過檢測技術中的科學計算，將結構性能進行具體的量化直觀反映其質量，也便于數據的存儲，避免因判斷依據模糊而造成檢測結果不準確等問題，切實提高質量控制水平。

2 常用的無損檢測技術

2.1 混凝土結構無損檢測技術

對混凝土結構的建筑工程進行無損檢測時，常用的檢測技術有超聲波檢測技術、紅外線檢測技術、沖擊回波檢測技術等［1］。超聲波檢測技術又可以細分為超聲波無損檢測和回彈檢測，前者多用于檢測混凝土結構強度，檢測原理是根據聲波振幅的變化以及傳播速度判斷其結構強度；后者多用于檢測混凝土的表面質量，該技術能夠檢測較薄表面的混凝土質量。紅外線檢測技術的原理是通過混凝土結構內部的熱流變化以及熱量實現質量的檢測，根據熱傳導的具體情況即可判斷出混凝土結構內部是否有較大的缺陷，同時混凝土結構的表面缺陷也能通過該技術快速檢測出來。沖擊回波檢測技術在應用時需要在混凝土表面放置鋼珠，利用信號發生裝置發出相應的信號，形成應力波，并激發缺陷形成相應的頻譜圖由傳感器接收，完成對混凝土結構缺陷的檢測和判斷，該技術的應用原理如圖1所示。

圖1 沖擊回波檢測技術應用原理

2.2 鋼結構無損檢測技術

鋼結構無損檢測技術在建筑工程的無損檢測中發揮重要的作用，該類檢測技術通常有滲透無損檢測技術、超聲無損檢測技術、磁粉無損檢測技術。在使用滲透無損檢測技術時需要在鋼結構物體表面涂抹一定量的含有色料或熒光料的滲透液，若鋼結構物體表面存在缺陷則會在缺陷處聚集一定的滲透液，當清理多余滲透液并干燥處理后，則可以利用顯像劑判斷表面是否存在缺陷，以此實現無損檢測的目的。滲透無損檢測技術的應用范圍較小，并且不適于檢測有涂料、氧化皮或者鐵銹的鋼結構，因此實用性較低。超聲無損檢測技術能夠廣泛應用于管材、焊縫、鍛件以及復合材料的檢測，尤其是對厚度較大的工件更具有無損檢測的優勢，檢測時需要借助探傷儀完成。探傷儀能夠產生相應的超聲波，當遇到異面介質時超聲波會產生反射作用，則表明檢測對象的內部結構中存在一定的缺陷。磁粉無損檢測技術多用于需磁化處理的磁性材料檢測，由于鋼結構工件會不可避免存在磁力線變形，利用光照技術探測工件的磁痕，從而準確判斷檢測工件存在的結構缺陷。

3 新型無損檢測技術的具體應用要點

3.1 基于BIM的鋼結構無損檢測技術

在使用該技術檢測時，首先應將建筑結構進行小波分解，并設定相應的閾值，由此得出相應的變換系數并保存有效值，確保變換系數在閾值范圍內。然后對鋼結構檢測圖像進行去噪處理，結合先進的紅外圖像技術可以顯著提高檢測圖像的清晰度，由此實現對鋼結構缺陷邊緣的無損檢測。

基于BIM的鋼結構無損檢測技術，在實際應用時應首先選取小波基，然后選定分解層數并設定合理的閾值，通過小波消噪、形態學處理后進行缺陷邊緣檢測。在檢測時應選擇線性相位屬性良好、高階消失矩、緊支性、正則性等屬性明顯的雙正交小波基，即雙正交小波基bior3.1，用來檢測鋼結構的噪聲信號；需根據最小近似信號噪聲標準確定信號的分解層數，比如當信號信噪比SNR＜20時，分解層數需設為5，否則需設為4，為確保鋼結構的實時無損檢測，可將分解層數確定為4；作為信號去噪的重要環節，判定閾值可根據式（1）確定，式中的y、α、e、M分別為尺度向量、噪聲大小、常數、小波系數數量。噪聲的大小α可同最小尺度空間的小波系數確定，由此結合小波系數空間中信號和噪聲擁有的具備傳播性小波變換系數，可基于式（2）確定α值，式中的ji、j分別為首次小波變換獲取的小波系數與小波系數均值。

小波消噪應建立相應的零通小波，并根據重構公式完成信息回復，從而實現消噪的目的，該環節需要利用奇異性指數對信號的局部奇異點特征進行科學判斷；形態學處理則需要分別進行膨脹處理以及腐蝕處理，通常是刪除檢測目標邊界某類像素的方法來保證圖像清晰度的增強；而缺陷邊緣檢測則需要結合紅外圖像技術，同時輔以旋轉跟蹤法，按照圖2所示的原理實現缺陷邊緣的檢測。

圖2 缺陷邊緣檢測原理

3.2 基于阻尼振動法的灌漿套筒無損檢測技術

為實現對灌漿套筒的無損檢測，本文建議嘗試阻尼振動法這一先進的新型技術。該技術是在灌漿套筒中預埋阻尼振動傳感器，然后分辨灌漿料和空氣兩種不同介質的振動傳感情況檢測灌漿套筒的飽滿度［2］。使用阻尼振動法時，灌漿前后振動波形會產生一定的變化從而判斷套筒內灌漿情況，灌漿前的振動波形圖具有輸出能量值大、振幅衰減速度慢、振幅大等特點，在灌漿后其波形圖的輸出能量值、振幅衰減速度以及振幅等方面都會相應產生相反變化，由此實現套筒內灌漿密實度的無損檢測。該技術可以判斷裝配式建筑工程灌漿套筒施工質量，必要時需要采取二次補灌的措施，同時還能合理評估灌漿作業的質量，因此阻尼振動法對灌漿套筒的無損檢測具有較大的推廣價值。

結合實際的裝配式建筑施工工程，阻尼振動傳感器應在套筒灌漿作業前預埋于出漿孔的底部，灌漿作業完成后漿料初凝前實施檢測。針對信號波幅的衰減大小可以確定傳感器是否被灌漿料包裹，漿料的飽和度也有利于工程質量的管控。檢測時應確保傳感器、檢查儀器等處于正常狀態然后錄入相關數據，注意檢測至少在灌漿結束5min后進行并至少進行1／3的抽樣檢測，若抽樣檢測確定灌漿不飽滿，則需要補灌直到滿足檢測標準。

本項目為裝配式鋼筋混凝土框架結構商業樓，豎向支撐結構為框架柱，并通過套筒灌漿的方式連接縱向受力鋼筋。利用阻尼振動傳感器對灌漿套筒進行無損檢測，該商業樓9層兩個柱共設置18個測點。根據檢測結果可知，部分測點在初凝前檢測結果表明未達到飽滿狀態，因此施工單位采取了補灌措施，確保了套管灌漿的質量。在灌漿料固化后，再使用該技術進行檢測發現各測點都達到了飽滿狀態，這也表明阻尼振動傳感技術能夠指導裝配式建筑施工作業，保證灌漿的質量。

4 結語

無損檢測技術能夠檢測工程結構的表面缺陷以及內部缺陷，是一種有效的工程質量檢測技術，同時避免了對鋼結構的破壞，也適用于各種工程項目的開發建設。無損檢測技術的不斷完善和優化在很大程度上推動了建筑工程行業的發展，促進建設質量和建設水平進一步提升。