無損檢測技術在混凝土檢測中的應用分析

梁建華

（山西蘭星工程質量檢測有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

對混凝土結構進行質量檢測，可提前發現結構的性能狀態及潛在問題，并及時采取措施進行維護，以確保結構質量。傳統的破壞性檢測方法在檢測過程中可能會對混凝土結構造成不可逆的損傷，因此需要采用無損檢測技術來確保結構的完整性和安全性。無損檢測技術不僅可以準確評估混凝土結構的質量，還可以在不破壞結構的情況下提前發現潛在問題，及時為維護和修復工作提供指導。本文就幾種無損檢測技術及其在混凝土檢測中的應用進行介紹，并對提升混凝土無損檢測技術有效性的策略進行分析。

1 無損檢測技術的原理及應用優勢

1.1 原理

無損檢測技術即非破壞性檢測，就是在不破壞待測物質原來的狀態、化學性質等前提下，利用聲波、光波、電磁波等信號的傳播和反射特性，獲取與待測物品質有關的物理、化學信息的檢查方法。在混凝土結構中，可以通過無損檢測技術判斷被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質和數量等信息，從而判定被檢對象所處狀態（如合格與否、剩余壽命等）。

1.2 應用優勢

1.2.1 連續性優勢

無損檢測技術可以保證檢測過程中數據的連續性，實現對混凝土的連續檢測，從而獲得最為可靠、精確的檢測數據。

1.2.2 物理特性優勢

無損檢測技術可以充分利用聲、光、電、磁等載體，在不影響構件的質量和性能的前提下，來對被測構件的缺陷和損壞情況進行判定，具有較高的檢測效率和數據準確性。

1.2.3 遠距離優勢

無損檢測技術可在距離被檢測對象一定范圍內進行檢測工作，可以有效彌補常規檢測方法不能遠距離檢測的不足[1]。

2 常見的混凝土無損檢測方法

2.1 超聲波檢測法

超聲波檢測法是一種常用的無損檢測技術，通過聲波在材料中的傳播特性來評估混凝土結構的質量和缺陷情況。這種方法利用超聲波在材料內部傳播時的聲速和反射特性，來獲取混凝土的內部結構信息，如裂縫、空洞、孔隙、鋼筋分布等。

2.1.1 操作步驟

（1）傳感器放置。將超聲波傳感器放置在待測混凝土表面。傳感器通常包含一個發射器和一個接收器，用于發射超聲波和接收反射的信號。

（2）信號發射。發射器發出超聲波脈沖，這些脈沖在混凝土內部傳播。聲波在材料中的傳播速度受材料的性質影響，例如材料的密度、彈性模量等。

（3）信號接收。接收器接收從混凝土內部反射回來的聲波信號。反射信號的強度和傳播時間提供了有關混凝土內部結構的信息。

（4）數據分析。通過分析接收到的聲波信號，可以計算聲波在混凝土內部的傳播速度。根據聲速和混凝土的物理特性，可以推斷混凝土的密度、強度、缺陷等。

2.1.2 應用領域

（1）裂縫檢測：可以檢測混凝土中的微小裂縫，幫助提前發現可能導致結構問題的缺陷。

（2）空洞檢測：可以發現混凝土內部的空洞和孔隙，評估混凝土的一致性。

（3）鋼筋分布：能夠確定混凝土中鋼筋的位置和分布情況，有助于評估結構的承載能力。

（4）強度評估：通過聲速測量，可以估計混凝土的強度，提供關于結構穩定性的信息。

2.1.3 應用優勢和局限性

（1）應用優勢。①非破壞性：超聲波檢測法不會對混凝土結構造成損傷，適用于現場檢測和長期監測；②高準確性：通過分析聲波傳播速度和反射情況，可以獲得準確的內部結構信息；③快速性：檢測過程迅速，可以在較短時間內完成對大面積結構的評估；④適應性：可以適用于不同類型的混凝土結構，包括橋梁、建筑物、水壩等。

（2）應用的局限性。①深度限制：超聲波的傳播受到混凝土厚度的限制，對于較厚的結構可能存在檢測深度有限的問題；②不適用于多層結構：當混凝土結構存在多層或復雜結構時，超聲波的傳播可能會受到干擾，影響檢測結果的準確性；③材料異質性：如果混凝土材料的密度、彈性模量等在空間上存在較大變化，可能會影響聲波傳播的預測和分析。

2.2 雷達波檢測法

雷達波檢測法是一種基于電磁波傳播特性的無損檢測技術，用于評估混凝土結構內部的缺陷、鋼筋分布以及結構的整體性能。通過發射和接收電磁波，該方法可以在不破壞混凝土的情況下獲取有關混凝土結構的信息。

2.2.1 操作步驟

（1）發射電磁波。通過雷達波發射器發射一系列的電磁波，這些波會穿過混凝土結構。

（2）電磁波傳播。電磁波在混凝土中傳播時會受到不同材料的影響，如混凝土、空氣、鋼筋等。當電磁波遇到不同材料界面時，會發生反射、折射和傳播延遲等現象。

（3）接收反射波。接收器接收從混凝土結構內部反射回來的電磁波。根據反射波的強度、傳播時間以及相位變化等信息，可以推斷出混凝土結構的內部情況。

（4）數據分析。通過分析接收到的電磁波信息，可以確定混凝土中的缺陷、空洞、鋼筋分布、混凝土質量等。不同材料之間的電磁波傳播速度差異可以提供關于結構內部的信息。

2.2.2 應用領域

（1）缺陷檢測：可以檢測混凝土中的裂縫、空洞、蜂窩等缺陷，及早發現可能導致結構問題的隱患。

（2）鋼筋分布：能夠確定混凝土中鋼筋的分布情況，有助于評估結構的強度和穩定性。

（3）濕度評估：可以檢測混凝土中的水分分布情況，有助于預測混凝土的耐久性和腐蝕風險。

（4）界面檢測：能夠探測不同材料之間的界面，如混凝土和鋼筋的界面情況。

2.2.3 應用優勢和局限性

（1）應用優勢。①遠距離檢測：雷達波可以在較遠距離內檢測混凝土結構，無需直接接觸被測物體；②多層檢測：適用于多層結構的檢測，不同層次的反射波可以被分析用于獲取更詳細的信息；③大面積：可以覆蓋較大的面積，適用于對大型混凝土結構的評估。

（2）應用的局限性。①信號干擾：在某些情況下，電磁波可能會受到金屬結構、含水率高的區域等的干擾，影響信號的傳播和反射；②分辨率限制：雷達波的分辨率可能受到電磁波頻率和傳播距離的限制，難以檢測較小尺寸的缺陷；③數據處理：雷達波數據的處理和解釋需要專業的技能，以確保獲得準確的結構信息。

2.3 沖擊彈性波檢測法

沖擊彈性波檢測法是一種基于彈性波傳播特性的無損檢測技術，用于評估混凝土結構的強度、硬度和一致性。該方法通過在混凝土表面施加沖擊力，并分析由此產生的彈性波的傳播特性，來推斷混凝土的性能。

2.3.1 操作步驟

（1）沖擊加載。在混凝土表面使用一個沖擊器或錘子施加沖擊力，這會在混凝土中產生一個瞬時的應力波。

（2）彈性波傳播。沖擊力產生的應力波會在混凝土內部傳播，產生彈性波。這些彈性波在材料中傳播，并在不同的介質界面反射和折射。

（3）彈性波接收。使用傳感器或接收器捕獲從混凝土內部返回的彈性波信號。這些信號包含了關于混凝土內部結構和性能的信息。

（4）數據分析。分析彈性波的傳播速度、振幅和衰減等特性，可以推斷混凝土的強度、硬度以及存在的缺陷情況。

2.3.2 應用領域

（1）強度評估：可以評估混凝土的彈性模量和硬度，從而間接反映其強度。

（2）一致性檢測：能夠檢測混凝土內部的均勻性，提供有關混凝土整體質量的信息。

（3）質量控制：可以用于新混凝土結構的質量控制，以確保混凝土的強度和性能符合設計要求。

2.3.3 應用優勢和局限性

（1）應用優勢。①快速便捷：沖擊彈性波檢測法操作簡單快速，可以在現場迅速實施；②定量信息：通過分析彈性波的傳播特性，可以獲得定量的關于混凝土性能的信息；③非破壞性：與傳統的破壞性檢測方法相比，沖擊彈性波檢測法不會對混凝土結構造成損傷[2]。

（2）應用的局限性。①材料影響：沖擊彈性波的傳播特性受材料的彈性模量、密度和含水率等因素影響，因此需要根據具體情況進行校準和解釋；②表面準備：檢測結果可能受到混凝土表面的光滑度和均勻性的影響，需要進行適當的表面準備和處理；③深度限制：沖擊彈性波的傳播深度有限，只能評估混凝土表面附近的性能。

2.4 回彈檢測法

回彈檢測法是利用彈簧驅動彈擊錘，通過彈擊傳力桿在混凝土表面上進行彈擊，并通過對彈擊錘反彈距離的測量，將反彈距離和彈簧的起始長度比來確定回彈值，然后通過回彈值來對混凝土的強度進行推定。回彈法具有成本低、操作方便、對設備要求低、對被檢測物質的大小和形狀沒有特殊的要求等優點，而該方法的缺點是檢測的準確性較低，只從混凝土表層（1～3mm）的質量來評定混凝土的總體質量，而如果混凝土內部有缺陷，則不能及時發現。故不適用于凍傷、火災、化學腐蝕等內部有缺陷的混凝土、表面和內部質量不同的混凝土、預應力鋼筋錨固區和鋼筋密集區域的混凝土檢測。

2.5 綜合檢測法

在混凝土的檢測中，綜合檢測法就是利用多種方法和參數對混凝土進行有效的檢測。而綜合法中超聲-回彈綜合法是在混凝土檢測中應用廣泛的檢測方法之一。超聲波-回彈法是將超聲波檢測法和回彈檢測法，2 種檢測手段相結合的方法，使用該方法進行檢測時，首先要采用超聲儀對混凝土構件進行檢測，測定出超聲波在混凝土構件中的傳播時間，再計算出超聲波的聲速值。在超聲檢測完畢之后，再采用回彈法對混凝土進行檢測，主要是測定混凝土表面硬度的回彈值，最后以回彈量、聲速值為主來綜合推定出混凝土的強度。因此，超聲-回彈綜合法中的2 種技術可以起到很好的互補效果，有助于全面反映出混凝土的質量，從而達到提高無損檢測混凝土精度的目的。

3 提升混凝土無損檢測技術有效性的策略

3.1 多技術組合應用

在實際工程中，通過將不同的無損檢測方法結合使用，可以獲得更全面、準確的混凝土結構信息，從而更好地評估結構的性能和健康狀態。

（1）多技術組合能夠彌補單一技術的不足。不同的無損檢測方法各自具有一定的適用范圍和局限性。通過將多種方法組合使用，可以在不同方面獲取信息，更全面地了解混凝土結構的情況。

（2）多技術組合可以相互驗證檢測結果。不同方法的結果在一定程度上可以互相驗證，從而減少誤差和不確定性。這種互相驗證可以提高評估結果的可靠性。

（3）多技術組合還可以從不同的角度揭示混凝土結構的問題。例如，超聲波技術可以用于檢測內部缺陷，而熱紅外技術可以用于檢測潛在的熱點，如隱蔽的水分滲漏。最后，多技術組合在復雜情況下尤其有優勢。某些情況下，混凝土結構可能存在多種問題，單一技術難以全面覆蓋。通過將多種技術方法結合使用，可以更好地解決復雜問題，提高評估的準確性。例如，在評估一座橋梁的混凝土質量時，可以綜合使用超聲波、雷達波和回彈法。超聲波用于檢測混凝土的內部缺陷，雷達波用于識別鋼筋的位置和分布，回彈法用于評估表面的強度。這種多技術組合可以更全面地了解橋梁結構的性能和健康狀態。

3.2 完善校準過程及流程標準化

為了進一步提高無損檢測技術的有效性，需在校準流程標準化方面進行更深入的完善和優化。

（1）校準過程應更加精細和全面。在校準過程中，需要考慮更多的因素，如環境溫度、濕度等，以確保儀器輸出與實際參數之間的準確關系。校準曲線的建立需要充分的數據采集和分析，以確保其可靠性和穩定性。校準過程中的不確定性也需要考慮。校準結果可能會受到多種因素的影響，如儀器精度、樣本狀態等。因此，在校準過程中應該估計和記錄不確定性，以提供更準確的評估結果。

（2）校準過程需更加嚴格和詳細，應建立標準化的校準流程，包括儀器的校準、樣本的準備、操作的步驟等，確保每次測試都在相同的條件下進行，同時還應考慮數據記錄和報告的格式，以保證測試結果的一致性和可比性。

（3）標準化的校準流程培訓也是重要的一環，對操作人員進行專業的培訓，讓其了解校準過程的重要性，并掌握正確的、標準化的操作方法，同時，可通過相關機構對其操作水平進行認證，才能確保操作人員具備合格的操作技能[3]。

3.3 建立有效的數據處理和分析流程

為了進一步提高技術的有效性，需要建立一個有效的數據處理和分析流程，以確保從原始數據中提取出有價值的信息。

（1）數據處理階段需要包括數據清洗和校準。原始數據可能受到噪音、干擾等因素的影響，因此需要采用濾波、平滑等方法進行數據清洗，以保障數據的質量。

（2）校準過程也是確保數據準確性的關鍵步驟，通過將儀器輸出與已知標準進行比較，可以將數據轉化為實際物理參數值。

（3）數據標準化和轉換是保證不同方法獲得數據可比性的重要環節。不同的技術方法可能具有不同的測量單位或范圍，通過將數據標準化，轉換為相同的尺度，可以對不同方法的數據進行比較和綜合分析。

（4）數據插值和擬合也是數據處理階段的重要內容。原始數據可能存在間隔不均勻的情況，通過插值和擬合可以填補數據間的間隙，獲得更連續和準確的數據曲線，從而更好地了解混凝土結構的性能。

（5）數據分析階段需要考慮趨勢分析、關聯分析和異常檢測。趨勢分析可以幫助了解數據隨時間或空間的變化趨勢，關聯分析可以揭示不同方法之間的關系，異常檢測可以識別數據中的異常值和異常情況。

（6）數據可視化也是數據處理和分析的重要方式。通過繪制圖表、曲線等，可以將數據呈現得更直觀和易于理解，有助于從數據中提取出有意義的信息[4]。

4 結束語

綜上所述，無損檢測技術不僅可以準確評估混凝土結構的質量，還可以在不破壞結構的情況下提前發現潛在問題。超聲波檢測法、雷達波檢測法、沖擊彈性波檢測法、回彈檢測法、綜合檢測法等是常見的混凝土無損檢測方法，各有各的操作流程以及優劣勢。通過采用多技術組合、正確校準和標準化，以及合理的數據處理和分析，可以提高混凝土無損檢測技術的有效性，為工程領域的發展和建設提供更堅實的質量保證基礎。在未來，隨著這些策略的不斷演進和創新，可以有效應對結構越來越復雜、質量要求越來越高的工程質量檢測的挑戰。