混凝土無(wú)損檢測(cè)方法述評(píng)

　　無(wú)論是工業(yè)及民用建筑，還是公路、鐵路、水利及水電工程等都廣泛使用混凝土材料，混凝土的質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)工程的質(zhì)量。 傳統(tǒng)的混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)方法是在澆筑地點(diǎn)隨機(jī)抽取試樣，對(duì)試樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，由試驗(yàn)結(jié)果來(lái)評(píng)定混凝土的強(qiáng)度。由于試樣的制作條件、養(yǎng)護(hù)環(huán)境及受力狀態(tài)與原位混凝土均存在著明顯的差異，試樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以全面、準(zhǔn)確地反映原位混凝土的質(zhì)量狀況，顯然無(wú)損檢測(cè)是獲得原位混凝土真實(shí)質(zhì)量的有效方法。早在20 世紀(jì)30 年代，人們就開(kāi)始研究混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。1948 年，瑞士科學(xué)家施密特（E. Schmidt）研制成回彈儀；1949 年萊斯利（Leslie）等人用超聲脈沖成功檢測(cè)混凝土；60 年代費(fèi)格瓦洛（I. Facaoaru）提出用聲速、回彈綜合法估算混凝土強(qiáng)度；80 年代中期，美國(guó)的Mary Sansalone 等用機(jī)械波反射法進(jìn)行混凝土無(wú)損檢測(cè)；90 年代以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出一批新的測(cè)試方法，如微波吸收、雷達(dá)掃描、紅外線譜、脈沖回波等方法。我國(guó)從50年代開(kāi)始引進(jìn)瑞士、英國(guó)、波蘭等國(guó)的超聲波儀器和回彈儀，并結(jié)合工程應(yīng)用開(kāi)展了一定的研究工作；60 年代初我國(guó)研制成功多種型號(hào)的超聲波儀器，隨后廣泛進(jìn)行了混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用；80 年代混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)得到快速發(fā)展，并取得了一定的研究成果，除了超聲、回彈等無(wú)損檢測(cè)方法外，還進(jìn)行了鉆芯法、后裝拔出法的研究；90 年代以來(lái)，雷達(dá)技術(shù)、紅外成像技術(shù)、沖擊回波技術(shù)等進(jìn)入實(shí)用階段，同時(shí)超聲波檢測(cè)儀器也由模擬式發(fā)展為數(shù)字式，可將測(cè)試數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理，以進(jìn)一步提高檢測(cè)的可靠性。

　　混凝土無(wú)損檢測(cè)的方法主要有回彈法、超聲法、超聲回彈綜合法、雷達(dá)法、沖擊回波法、紅外成像法、鉆芯法、拔出法及超聲波CT 法等，其中鉆芯法和拔出法屬局部破損或半破損檢測(cè)方法。以下就各種方法的工作原理、特點(diǎn)及適用范圍作以述評(píng)。

　　1 各種無(wú)損檢測(cè)方法工作原理及其特點(diǎn)述評(píng)
　　1.1 回彈法
　　回彈法是以在混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上測(cè)得的回彈值和碳化深度來(lái)評(píng)定混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件強(qiáng)度的一種方法，它不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的力學(xué)性質(zhì)和承載能力產(chǎn)生不利影響，在工程上已得到廣泛應(yīng)用。

　　回彈法使用的儀器為回彈儀，它是一種直射錘擊式儀器，是用一彈擊錘來(lái)沖擊與混凝土表面接觸的彈擊桿，然后彈擊錘向后彈回，并在回彈儀的刻度標(biāo)尺上指示出回彈數(shù)值?；貜椫档拇笮∪Q于與沖擊能量有關(guān)的回彈能量，而回彈能量則反映了混凝土表層硬度與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系，即可以在混凝土的抗壓強(qiáng)度與回彈值之間建立起一種函數(shù)關(guān)系，以回彈值來(lái)表示混凝土的抗壓強(qiáng)度?；貜椃ㄖ荒軠y(cè)得混凝土表層的質(zhì)量狀況，內(nèi)部情況卻無(wú)法得知，這便限制了回彈法的應(yīng)用范圍，但由于回彈法操作簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉，在工程上還是得到了廣泛應(yīng)用。

　　1.2 超聲波法
　　超聲波法檢測(cè)混凝土常用的頻率為20～250kHz，它既可用于檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，也可用于檢測(cè)混凝土缺陷。

　　超聲波在混凝土中的傳播速度與混凝土的彈性性質(zhì)密切相關(guān)，而混凝土的彈性性質(zhì)又可以反映其強(qiáng)度大小，從而可以在混凝土超聲波傳播速度與其強(qiáng)度之間建立起一種相關(guān)關(guān)系，這種關(guān)系通常為非線性關(guān)系，可用經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)Ｓ脺y(cè)強(qiáng)曲線來(lái)表示。由于混凝土本身是一種復(fù)合材料，其內(nèi)部超聲波傳播速度受許多因素影響，如鋼筋的配置方向、不同骨料及粒徑的大小、各組分的比例變化、齡期、養(yǎng)護(hù)條件及混凝土的強(qiáng)度等級(jí)等，這些影響因素在建立測(cè)強(qiáng)關(guān)系時(shí)均應(yīng)進(jìn)行修正，顯然這種修正是一項(xiàng)很復(fù)雜而又煩瑣的工作。

　　超聲波法檢測(cè)混凝土缺陷是根據(jù)超聲波在混凝土中傳播的速度、振幅、相位及主頻的變化來(lái)判斷混凝土內(nèi)部的缺陷情況?；炷羶?nèi)部常見(jiàn)的缺陷有：蜂窩狀或松散狀的不密實(shí)區(qū)、空洞、雜物或受意外損傷而形成的酥松區(qū)等。當(dāng)超聲波遇到以上缺陷時(shí)，其速度、振幅等常會(huì)發(fā)生一定程度的異常變化，分析這種異常變化可推知混凝土內(nèi)部的缺陷狀況。超聲波法檢測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷時(shí)常需要進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)計(jì)算，且需要測(cè)試人員具有一定的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。

　　1.3 超聲回彈綜合法
　　回彈法只能測(cè)得混凝土表層的強(qiáng)度，內(nèi)部情況卻無(wú)法得知，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度較低時(shí)，其塑性變形較大，此時(shí)回彈值與混凝土表層強(qiáng)度之間的變化關(guān)系不太明顯；超聲波在混凝土中的傳播速度可以反映混凝土內(nèi)部的強(qiáng)度變化，但對(duì)強(qiáng)度較高的混凝土，波速隨強(qiáng)度的變化不太明顯。如將以上兩種方法結(jié)合，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立超聲波波速—回彈值—混凝土強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系，用雙參數(shù)來(lái)評(píng)定混凝土的強(qiáng)度，即為超聲回彈綜合法。實(shí)踐表明該法是一種較為成熟、可靠的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法。

　　1.4 雷達(dá)法
　　鋼筋混凝土雷達(dá)多采用1GHz 及以上的電磁波，可探測(cè)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件混凝土中鋼筋的位置、保護(hù)層的厚度以及孔洞、酥松層、裂縫等缺陷。它首先向混凝土發(fā)射電磁波，當(dāng)遇到電磁性質(zhì)不同的缺陷或鋼筋時(shí)，將產(chǎn)生反射電磁波，接收此反射電磁波可得到一波形圖，據(jù)此波形圖可得知混凝土內(nèi)部缺陷的狀況及鋼筋的位置等。雷達(dá)法主要是根據(jù)混凝土內(nèi)部介質(zhì)之間電磁性質(zhì)的差異來(lái)工作的，差異越大，反射波信號(hào)越強(qiáng)。雷達(dá)法檢測(cè)混凝土其探測(cè)深度較淺，一般為20 cm 以?xún)?nèi)，探地雷達(dá)使用較低頻率電磁波，探測(cè)深度可稍大些。此外，該法受鋼筋低阻屏蔽作用影響較大，且儀器本身價(jià)格昂貴，故實(shí)際工程上應(yīng)用的并不多。

　　1.5 沖擊回波法
　　沖擊回波法是用一鋼珠沖擊結(jié)構(gòu)混凝土的表面，從而在混凝土內(nèi)產(chǎn)生一應(yīng)力波，當(dāng)該應(yīng)力波在混凝土內(nèi)遇到波阻抗差異界面即混凝土內(nèi)部缺陷或混凝土底面時(shí)，將產(chǎn)生反射波，接收這種反射波并進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）可得到其頻譜圖，頻譜圖上突出的峰值就是應(yīng)力波在混凝土內(nèi)部缺陷或混凝土底面的反射形成的，根據(jù)其峰值頻率可計(jì)算出混凝土缺陷的位置或混凝土的厚度。由于該法采用單面測(cè)試，特別適合于只有一個(gè)測(cè)試面如路面、護(hù)坡、底板、跑道等混凝土的檢測(cè)。

　　1.6 紅外成像法
　　自然界中任何高于絕對(duì)零度（-273℃）的物體都是紅外線的輻射源，它們都向外界不斷地輻射出紅外線。紅外線是介于可見(jiàn)光與微波之間的電磁波，其波長(zhǎng)為0.76-1000 μm， 頻率為4×1014-3×1011 Hz。混凝土紅外線無(wú)損檢測(cè)是通過(guò)測(cè)量混凝土的熱量及熱流來(lái)判斷其質(zhì)量的一種方法。當(dāng)混凝土內(nèi)部存在某種缺陷時(shí)，將改變混凝土的熱傳導(dǎo)，使混凝土表面的溫度場(chǎng)分布產(chǎn)生異常，用紅外成像儀測(cè)出表示這種異常的熱像圖，由熱像圖中異常的特征可判斷出混凝土缺陷的類(lèi)型及位置特征等。這種方法屬非接觸無(wú)損檢測(cè)方法，可對(duì)檢測(cè)物進(jìn)行上下、左右的連續(xù)掃測(cè)，且白天、黑夜均可進(jìn)行，可檢測(cè)的溫度為-50-2000℃，分辨率可達(dá)0.1-0.02℃，是一種檢測(cè)精度較高、使用較方便的無(wú)損檢測(cè)方法，并具有快速、直觀、適合大面積掃測(cè)的特點(diǎn)，可用于檢測(cè)混凝土遭受凍害或火災(zāi)等損傷的程度以及建筑物墻體的剝離、滲漏等。

　　1.7 拔出法
　　拔出法用于檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度，它是將安裝在混凝土體內(nèi)的錨固件拔出，測(cè)定其極限抗拔力，然后根據(jù)預(yù)先建立的混凝土極限拔出力與其抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系來(lái)測(cè)定混凝土強(qiáng)度的一種半破損（局部破損）檢測(cè)方法。大量實(shí)驗(yàn)表明：極限拔出力與混凝土抗壓強(qiáng)度之間確實(shí)存在著某種近似線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這就為該方法的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。拔出法可分為預(yù)埋拔出法及后裝拔出法兩種，預(yù)埋拔出法是指預(yù)先將錨固件埋入混凝土內(nèi)的拔出法，后裝拔出法是指在已硬化的混凝土上鉆孔，然后在其上安裝錨固件的拔出法。前者主要適用于成批、連續(xù)生產(chǎn)的混凝土結(jié)構(gòu)

　　構(gòu)件的強(qiáng)度檢測(cè)，后者可用于新、舊混凝土各種構(gòu)件的強(qiáng)度檢測(cè)。拔出法一般不宜直接用于遭受凍害、化學(xué)腐蝕、火災(zāi)等損傷混凝土的檢測(cè)。

　　1.8 鉆芯法
　　鉆芯法是利用專(zhuān)用鉆機(jī)和人造金剛石空心薄壁鉆頭，在結(jié)構(gòu)混凝土上鉆取芯樣以檢測(cè)混凝土強(qiáng)度和缺陷的一種檢測(cè)方法。它可用于檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)混凝土受凍、火災(zāi)損傷的深度，混凝土接縫及分層處的質(zhì)量狀況，混凝土裂縫的深度、離析、孔洞等缺陷。該方法直觀、準(zhǔn)確、可靠，是其他無(wú)損檢測(cè)方法不可取代的一種有效方法。鉆芯法檢測(cè)混凝土費(fèi)用較高，費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，且對(duì)混凝土造成局部損傷，因而大量的鉆芯取樣往往受到限制，可利用其他無(wú)損檢測(cè)方法如超聲法與鉆芯法結(jié)合使用，以減少鉆芯數(shù)量，另一方面鉆芯法的檢測(cè)結(jié)果又可驗(yàn)證其他無(wú)損檢測(cè)方法如超聲法的檢測(cè)結(jié)果，以提高其檢測(cè)的可靠性。