探討無損檢測技術(shù)在建筑工程檢測中的應(yīng)用

王亮

（安徽省建設(shè)工程測試研究院有限責任公司， 安徽 合肥 230051）

建筑工程檢測的對象類型眾多， 對精確性的要求極高， 不僅需要準確判斷鋼筋、 混凝土、 預(yù)應(yīng)力錨具等建筑建筑材料的實際性能， 還要對地基基礎(chǔ)、 砌體質(zhì)量、 結(jié)構(gòu)合理性進行綜合判斷。 為了確保各項檢測工作能夠高效實施， 建筑行業(yè)需要加強無損檢測技術(shù)的引入與應(yīng)用， 明確該技術(shù)的主要優(yōu)勢與使用前提，確保潛在的結(jié)構(gòu)缺陷被及時發(fā)現(xiàn)。

1 無損檢測技術(shù)分析

無損檢測技術(shù)又稱非破壞性檢測， 是指在不破壞待測物原有化學(xué)性質(zhì)以及狀態(tài)的條件上， 獲取待測物品質(zhì)信息、 物理性質(zhì)、 化學(xué)數(shù)據(jù)的檢查方法， 其應(yīng)用原理是借助聲、 光、 電等物質(zhì)特性， 判斷被測對象是否存在不均勻性， 并準確測量缺陷位置與規(guī)格。 與傳統(tǒng)的建筑工程檢測技術(shù)相比， 不僅可以確保被測對象的全方位檢測， 還能對建筑材料、 工藝流程以及最終成品實現(xiàn)全程檢查， 甚至對運行中的設(shè)備也能進行故障檢測。

2 在建筑工程檢測中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用路徑

2.1 超聲檢測

超聲檢測技術(shù)是指借助超聲波對金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部的完整性進行無損探傷的方法（如圖1 所示）， 通過使用射頻探頭向構(gòu)件發(fā)射耦合劑與超聲波， 當超聲波在構(gòu)件內(nèi)部傳播過程中遇到差異性界面便會產(chǎn)生不同的回波， 之后根據(jù)回波傳遞至探頭的時間差便可判斷構(gòu)件內(nèi)部是否存在缺陷， 并依照電子屏呈現(xiàn)的反射信號強度與位置評估缺陷規(guī)格與性質(zhì)。 該技術(shù)對裂紋、 未焊透等類型的缺陷相對敏感， 對氣孔、 夾渣的檢測效率有待提升。 將超聲檢測運用在建筑工程檢測中可依照耦合方式細分為以下兩種方法： 一， 直接接觸法是指直接用探頭將聲束垂直入射構(gòu)件的待檢測面， 探頭在移動過程中， 無缺陷位置時示波屏只存在始波與底波。 如果移動到存在缺陷的區(qū)域且反射面小于聲束，則顯示屏則會出現(xiàn)始波、 底波以及缺陷波。 若探頭移動到缺陷較大的位置， 則顯示屏只會呈現(xiàn)始波與缺陷波； 二， 斜射束法， 是指利用斜探頭將聲束斜入射到待測工件表面， 若無缺陷， 聲束在底面產(chǎn)生反射， 以W 形路徑進行傳播， 不會出現(xiàn)底波。 若工件存在缺陷則聲束與缺陷的傾斜角極小， 聲束會被反射回來， 同樣不存在底波， 只顯示始波與缺陷波。

圖1 超聲檢測

超聲檢測的優(yōu)勢在于穿透效果好， 即便在鋼材中也能保證1m以上的探測深度， 可以準確測定裂紋、夾層等缺陷的尺寸與深度， 且相關(guān)設(shè)備質(zhì)量較輕， 攜帶方便， 易于操作。 但也存在對于形狀復(fù)雜的工件檢查效率較低的弊端， 需要被測物表面具有一定的整潔度， 預(yù)先利用耦合劑充填探頭與被測物表面之間的孔隙， 而對于存在粗晶粒的焊縫也容易產(chǎn)生雜亂反射波， 因此需要工作人員結(jié)合實際情況進行合理使用。

2.2 射線檢測

射線檢測屬于最常用的無損檢測方法之一， 主要是指采用X射線進行動態(tài)研究、 物品結(jié)構(gòu)， 尺寸的測定、 物品的厚度測量以及工藝， 鑄造的缺陷檢查， X射線與自然光本質(zhì)上都屬于電磁波， 區(qū)別在于X射線光量子能量極強， 可以穿透可見光無法穿透的物體，并在穿透物體的同時與相應(yīng)物質(zhì)產(chǎn)生物理、 化學(xué)反應(yīng)， 實現(xiàn)原子電離， 使部分物質(zhì)產(chǎn)生熒光， 此時若工件存在缺陷， 便會改變物體對射線的衰減影響， 引發(fā)射線強度的變化， 檢測透射射線的強度便可準確判斷工件內(nèi)的缺陷位置與大小。 X射線的特點在于穿透性極強， 作為一種波長較短的電磁波， 其波長通常維持在0.001 ～100nm之間， 若X射線的波長較高， 穿透力便越大， 因此在建筑工程檢測過程中可利用球面電壓來確定X射線的穿透性， 并將單位時間內(nèi)通過X射線的電流與時間乘積作為X射線的量， 以此準確把控X射線強度， 提高檢測范圍。 該檢測方法的優(yōu)勢在于適用面寬， 底片可以長期完成存檔備查， 有利于分析事故， 可以準確呈現(xiàn)缺陷圖像。 但缺點在于對人體有一定影響， 對敏感物體容易產(chǎn)生不良作用， 且對環(huán)境也有一定的輻射污染， 顯影定影液也不利于回收。

2.3 渦流檢測

渦流檢測是指通過電磁感應(yīng)原理， 根據(jù)被測構(gòu)件的內(nèi)感生渦流變化情況判斷建筑材料性能， 并判斷內(nèi)部是否存在缺陷， 該檢測方法通常適用于導(dǎo)電建筑材料， 需要將導(dǎo)體放置在交變磁場中， 當導(dǎo)體有感應(yīng)電流通過時便會產(chǎn)生渦流， 之后因?qū)w磁導(dǎo)率、 形狀、電導(dǎo)率、 缺陷等因素產(chǎn)生變化后， 渦流也隨之變化，此時便可通過裂紋檢測儀、 測厚儀獲取試件基本信息。 此類設(shè)備攜帶方便， 能夠準確記錄聲、 光信息，且報警方式多樣， 可以利用矢量光電以及阻抗變化程度分析缺陷大小與深淺， 也能對樣件留下永久性顯示， 便于后期存檔記錄。

渦流檢測與上述幾種無損檢測技術(shù)相比， 其優(yōu)勢在于： 無需接觸工件以及添加耦合劑， 能夠?qū)堋簟?線等類型的建筑材料實現(xiàn)高速自動化檢測， 也能在高溫環(huán)境下或是狹窄區(qū)域?qū)崿F(xiàn)檢測， 并且對工件表面缺陷具有極高的靈敏度， 可以借助不同類型的信號處理電路， 完成干擾抑制， 提取關(guān)于渦流的影響因素， 適用于膜層厚度以及金屬薄板的厚度測量。 此外渦流檢測采取的為電信號， 因此可以實現(xiàn)檢測結(jié)果的數(shù)字化處理， 更高效的完成數(shù)據(jù)的存儲與比較。 而渦流檢測的缺陷在于局限性較高， 只能完成導(dǎo)電金屬建筑材料或者可以產(chǎn)生渦流的非金屬建筑材料檢測， 無法對建筑材料內(nèi)部缺陷實現(xiàn)準確檢查， 難以對缺陷進行定性與定量。

2.4 聲發(fā)射檢測

聲發(fā)射檢測是指利用接收與分析建筑材料的聲發(fā)射信號實現(xiàn)建筑材料性能的評定， 判斷結(jié)構(gòu)完整程度的無損檢測方法， 其中聲發(fā)射信號是指建筑材料因裂縫擴散、 塑性變形導(dǎo)致應(yīng)變能快速釋放而形成的應(yīng)力波。 該技術(shù)運用在建筑工程檢測過程中需要借助相關(guān)檢測儀器實現(xiàn)構(gòu)件的缺陷研究， 比如單通道聲發(fā)射儀， 該設(shè)備操作便捷， 通常用于實驗建筑材料試驗。多通道聲發(fā)射儀是指大型設(shè)備， 包含多個檢測通道，能夠確定聲發(fā)射源位置， 依照多個聲源聲發(fā)射信號強度判斷聲源的活動性， 準確評價大型構(gòu)件的安全性。該技術(shù)的特點在于： 一， 實施動態(tài)監(jiān)控， 可以顯示與記錄產(chǎn)生擴散的缺陷， 能夠?qū)θ毕葸M行不按尺寸分類的方式完成檢查， 若構(gòu)件在承載過程中出現(xiàn)應(yīng)力較小部位形成大尺寸缺陷則不會劃分為危險缺陷， 若應(yīng)力集中部位出現(xiàn)超出標準范圍的缺陷且呈擴展現(xiàn)象變化， 則會被列入危險缺陷； 二， 聲發(fā)射技術(shù)的檢查靈敏度較高， 即便構(gòu)件出現(xiàn)0.1mm的裂紋增量， 也能準確查出。

2.5 紅外成像檢測

紅外成像檢測技術(shù)能夠?qū)ㄖ飪?nèi)部結(jié)構(gòu)性質(zhì)進行監(jiān)測， 幫助技術(shù)人員根據(jù)檢測結(jié)果準確分析工程質(zhì)量是否達標。 紅外線呈現(xiàn)技術(shù)是利用電子攝像功能，將混凝土連續(xù)輻射信號接收， 之后進行相應(yīng)處理與轉(zhuǎn)換， 使其成為混凝土區(qū)域溫度分布圖像， 以此更清晰的呈現(xiàn)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在缺陷與損失。 該技術(shù)的特點在于可以不與建筑物進行直接接觸， 也不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何破壞， 能夠保證極高的掃描效率， 借助人工遙感器操作的方式完成建筑物質(zhì)量檢測。

2.6 雷達波檢測

雷達波檢測是指一種高頻電磁波接發(fā)技術(shù)， 雷達波產(chǎn)生于自身激振， 可以向建筑工程中的路面立即發(fā)射射頻電磁波， 利用波的反射獲取路面路基采樣信號， 之后借助軟件程序、 分析設(shè)備以及顯示系統(tǒng)得到檢測結(jié)果。 而雷達采用的頻率通常為MHZ， 至于接發(fā)射頻頻率則需達到GHZ以上。 以路面路基狀態(tài)檢測為例， 在運用雷達波檢測技術(shù)時需要準備好天線、 發(fā)射機以及終端設(shè)備， 利用寬頻帶短脈沖的方式進行缺陷檢測， 當發(fā)射機向地下傳輸高頻電磁脈沖波后， 地層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層便可依照電磁特性進行區(qū)分， 若與附近結(jié)構(gòu)層材料電磁特性不一致， 便會在界面影響射頻信號的傳播， 產(chǎn)生透射以及反射， 此時會有部分電磁波能量被反射回來， 而另一部分能量則會繼續(xù)進入下一層介質(zhì)材料。 由于介質(zhì)材料本身對信號具有一定的損耗影響， 因此透射雷達信號會呈遞減趨勢變化。

2.7 磁粉檢測

磁粉檢測是指將磁粉作為顯示介質(zhì)之后對建筑材料缺陷進行觀察的檢查方法， 其原理是鐵磁性材料在磁化后， 由于本身不連續(xù)的特性， 使建筑材料表面的磁力線產(chǎn)生局部畸變進而生成漏磁場， 并吸附在建筑材料表面的磁粉上， 之后便可在一定的光照環(huán)境下產(chǎn)生能夠直接觀察到的磁痕， 以此呈現(xiàn)不連續(xù)性的具體位置以及嚴重程度。 該檢測技術(shù)的主要特點在于只能實現(xiàn)鐵磁性建筑材料表面的缺陷檢查， 對于不連續(xù)的形狀與尺寸顯示的更加清晰， 可以大致確定材料的實際性質(zhì)， 并且磁粉檢測靈敏度可達0.1μm， 幾乎不受構(gòu)件大小與形狀的影響。 將其運用在建筑工程中， 可依照施加的磁粉介質(zhì)類型分為以下兩種： 一是濕法，是指磁粉懸浮在油、 水等液體介質(zhì)中， 在檢測環(huán)節(jié)需要將磁懸液均勻分布在被檢對象表面， 之后利用載液流動以及漏磁場完成對磁粉的吸引， 從而顯示缺陷形狀。 該方法適用于檢測微小缺陷， 比如疲勞裂紋或者磨削裂紋； 二是干法， 多數(shù)用于無法使用濕法檢測的特殊場合， 需要采用特制干磁粉依照既定程序施加在磁化建筑材料上， 若材料存在缺陷則會顯示磁痕。 該方法多數(shù)用于大型構(gòu)件， 能夠與便攜設(shè)備配合使用。

2.8 激光全息檢測

激光全息檢測技術(shù)無損檢測領(lǐng)域中使用頻率最高的檢查方法， 能夠?qū)?fù)合建筑材料、 疊層結(jié)構(gòu)保持極佳的檢測效果。 該技術(shù)與一般的照相技術(shù)區(qū)別在于能夠?qū)⒁酝鶈渭冇涗浳矬w表面光波振幅信息， 而舍棄的位相信息保留下來， 這樣便可保證記錄后的物體光波信息具有一定的差異性， 其原理在于借助光的衍射作用， 將物體發(fā)射的特定光波以條紋形式記錄下來， 之后在特定條件下形成三維影像。 激光全息技術(shù)的特點在于： 本質(zhì)上是一種干涉計量數(shù)， 干涉計量精度與激光波長屬于同一數(shù)量級， 因此即便是微米量級的形變也能被準確檢測出來； 光源激光的相干長度較大， 可以完成大尺寸產(chǎn)品的檢測， 若激光可以覆蓋整個待測對象的表面， 便可只用一次便完成檢驗； 激光全息檢測無應(yīng)用限制， 對被檢對象無特殊要求， 無論是任何建筑材料， 還是建筑材料表面較為粗糙都可借助干涉條紋的數(shù)量與分布狀況判斷缺陷實際位置與深度， 再完成定量分析。

2.9 滲透檢測

滲透檢測是以毛細管作為使用原理的無損檢測方法， 能夠用于非疏孔性金屬的檢測或者非金屬零構(gòu)件表面存在開口缺陷的檢查。 在檢測過程中需要將溶有熒光材料的滲透液施加在構(gòu)件表面， 在毛細的作用下， 滲透液會流入到細小表面開口當中， 之后要清除建筑材料表面多余的滲透液， 在干燥后再次添加顯像劑， 此時缺陷中的滲透液會被重新吸附到構(gòu)件表面，形成放大的缺陷顯示， 這樣便可準確檢測缺陷的實際形狀以及具體分布。 該技術(shù)的優(yōu)勢在于檢測范圍較廣， 能夠完成非疏孔性材料氣孔、 折疊、 冷隔等缺陷的檢測， 不受材料結(jié)構(gòu)以及化學(xué)成分限制， 可以檢查有色金屬以及塑料陶瓷， 并且滲透檢測的靈敏度較高， 可以清晰顯示μm級別的細微裂紋。 并且滲透檢測設(shè)備的操作便捷、 容易觀察， 只需一次操作便可將全部方向的缺陷檢測出來。 但該技術(shù)也存在一定的局限性， 一是無法實現(xiàn)多孔性材料組成的構(gòu)件檢測， 因為在施加熒光涂料時會使材料表面呈現(xiàn)極強的熒光背景， 從而造成缺陷掩蓋， 且材料表面過于粗糙， 容易出現(xiàn)假象， 影響檢測質(zhì)量。 二是滲透檢測只能完成零部件表面開口的檢測， 若開口被污染物堵塞便難以被準確測出。

3 無損檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

自進入信息時代以來， 計算機技術(shù)、 圖像識別技術(shù)、 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與機電一體化技術(shù)得到高速發(fā)展， 能夠與無損檢測技術(shù)有機結(jié)合， 進一步提高檢測準確率。 比如： 在射線檢測方面， 可將射線成像與CR、 DR以及自動識別技術(shù)進行適當融合， 實現(xiàn)應(yīng)用面的擴充， 通過組建X射線實時成像系統(tǒng)， 將X射線、 直線加速器作為射線源的CT設(shè)備， 使微米級的細小缺陷也能被檢測出來； 在超聲檢測方面， 可采用數(shù)字化超聲探傷儀， 該設(shè)備攜帶方便、 探傷通道眾多， 內(nèi)置探傷標準能夠?qū)崿F(xiàn)自由調(diào)出， 并且集超聲檢測與測厚功能于一體， 可以通過USB接口與計算機實現(xiàn)通訊連接， 實時顯示SL、 GL等定量， 具有高性能鋰電池， 能夠維持長時間連續(xù)使用。 而研發(fā)出的TOFD超聲檢測系統(tǒng)、 磁致伸縮超聲導(dǎo)波系統(tǒng)都能夠強化建筑工程材料的檢測質(zhì)量， 據(jù)研究顯示在管棒材以及焊管方面使用自動化檢測線能夠保證采樣速度高達240MHZ。 目前我國已將超聲波檢測系統(tǒng)投入到保溫層的管道腐蝕缺陷長距離檢測當中； 在電磁檢測方面， 渦流檢測設(shè)備也已實現(xiàn)了自動化、 智能化、 數(shù)字化轉(zhuǎn)變， 發(fā)展了陣列探頭以及多通道裝置， 大量運用了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及電子信息手段。 比如遠場渦流成像監(jiān)測可以檢測內(nèi)徑在毫米級別的小管， 檢測厚度高達13mm， 操作頻率可擴充到10HZ～20HZ， 復(fù)合頻率可達1000 樣點/s； 在聲發(fā)射監(jiān)測方面， 隨著信息技術(shù)的愈發(fā)成熟， 各種性能優(yōu)異的多通道設(shè)備也在不斷被開發(fā)出來， 通過運用人工智能程序， 能夠做到參數(shù)分析、 時差定位、 小波分析、 頻譜分析以及模式識別。除此之外為了確保無損檢測技術(shù)能夠高效運用在建筑工程監(jiān)測當中， 還需要技術(shù)人員掌握豐富的知識理論以及實踐經(jīng)驗， 能夠根據(jù)實際需要進行多種無損監(jiān)測技術(shù)的合理選取， 確保材料缺陷被及時發(fā)現(xiàn)。

4 結(jié)語

綜上所述， 通過對無損檢測技術(shù)分析進行分析討論， 提出超聲檢測、 射線檢測、 渦流檢測、 聲發(fā)射檢測、 紅外成像檢測、 沖擊反射檢測、 雷達波檢測、 磁粉檢測、 激光全息檢測等技術(shù)在建筑工程檢測中的應(yīng)用路徑， 以此提高構(gòu)件缺陷的檢測效率與準確性， 切實保障建筑物結(jié)構(gòu)質(zhì)量與穩(wěn)定性， 推動建筑工程的順利開展。