混凝土结构的无损检测
2015-07-09
引 言
混凝土结构是我国建筑工程中最主要的结构形式，混凝土和钢筋是最为重要的材料，其质量直接关系到结构的安全。用试件实验测得的混凝土性能指标，往往与结构物中的混凝土的性能有一定差别。结构钢筋是隐蔽材料，其位置的准确与否亦关乎结构的安全和耐久，而传统方法无法在非破损情况下对其位移进行检测，因此，无破损情况下在结构物上检测混凝土质量和钢筋位置的现场检测技术，已成为混凝土结构质量管理的重要手段，这一检测技术已引起各国建筑工程界的重视和承认。
对混凝土进行非破损检测，即在不影响结构或构件的受力性能或其它使用功能的前提下，直接在结构或构件上通过测定某些适当的物理量，并通过这些物理量与混凝土、钢筋的相关关系，进而推定混凝土的强度、均匀性、连续性、耐久性等系列性能。
无损检测技术是多学科紧密结合的高技术产物，现代材料学和应用物理学的发展为无损检测技术奠定了理论基础。而现代电子技术和计算机科学的发展又为无损检测技术提供了现代化的测试工具。本文简要介绍了混凝土无损检测技术的形成与发展，并对混凝土强度无损检测技术进行了分类，对无损检测技术在建筑工程应用中的出现的问题进行了总结。
1 我国混凝土无损检测技术回顾
我国的无损检测技术工作开始于20世纪50年代中期，开始引进瑞士、英国等国的回弹仪和超声仪，并结合工程应用开展了许多研究工作。70年代以后，我国曾多次组织力量攻关，大大推进了结构混凝土无损检测技术的研究和应用，并使回弹法、超声回弹综合法、钻芯法、拔出法、超声缺陷检测法等主要无损检测检测技术规范化，已制定相应的的规程.同时，有关仪器的研究也发展迅速，并制定了有关仪器标准。
例如某工程，钢筋混凝土梁柱在验收过程没能准确检测强度，验收者只是根据经验和施工单位提供的同条件强度实验报告便将其判定为合格工程，致使房屋在交验入住后就出现裂缝、后经专家在现场对每个构件逐一检查和重点局部破损检验，综合分析后，得出的结论是混凝土内部不密实，钻芯试块强度低于设计要求。该工程花了相当大的代价才将其加固，后期加固费用远远超过了当时处理的费用，给工程有关各方造成了很大损失。另一工程的三层现浇悬挑板，因施工中踩踏钢筋，其负弯矩钢筋保护层厚度远高于设计值，从而导致板面出现裂缝，但这种问题在现场无法准确判定出来，往往在竣工验收后才被发现，导致后期发生很多索赔纠纷。
以上所举的情况以及类似的建筑工程质量问题在全国范围亦屡屡发生，为此，建设部进行了广泛深入的调查研究，通过专题研究和工程试点，并总结了我国混凝土结构工程质量验收的实践经验，出台了新的施工质量验收标准《混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2004》。新规范对无损检测技术提出了更高的要求，混凝土结构工程质量检测向数字化、图像化方向发展已成为必然趋势。
2 无损检测常用方法
（1）回弹法：利用回弹仪检测混凝土结构构件抗压强度的方法简称回弹法。回弹值大小反映了与冲击能量有关的回弹能量，而回弹能量反映了混凝土表层硬度与混凝土抗压强度之间的关系。
回弹法操作最简单，费用最低廉，检测效率最高，检测数量可灵活，且被测物的形状尺寸一般不受限制。但回弹法精度相对较差，由于它是利用表层混凝土（1～3mm）的质量来推断混凝土的整体质量，因此，当试测部位表层与内部的质量有明显差异或内部存在缺陷时、遭受化学腐蚀或火灾的混凝土、硬化期间遭受冻害的混凝土、钢筋密集区或预应力钢筋锚固区的混凝土等，不宜采用该法。
（2）超声波法：其检测原理是依据超声仪产生高压电脉冲，激励发射换能器内的压电晶体获得高频声脉冲声脉冲传人混凝土介质中，由接受换能器接收通过混凝土传来的声信号，测出超声波在混凝土中传播的时间和距离，算出超声波在混凝土中的传播速度。它的传播速度与混凝土的密实度有关，而混凝土的密实性与其强度存在一定的关系。
实际中由于影响超声测强的因素较多，这些影响因素如果不经修正都会影响检测结果，因此建立测强曲线时应加以综合考虑影响因素的修正。
（3）超声回弹综合法：超声回弹综合法是采用超声仪和回弹仪，在结构混凝土同一测区分别测量声时值及回弹值，然后利用已建立起来的测强公式推算该测区混凝土强度。
综合法的最大优点就是能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素，并且还能抵消部分影响强度与物理量相关关系的因素，提高了混凝土强度检测的精度和可靠性。因此许多学者认为综合法是混凝土强度无损检测技术的一个重要发展方向。
（4）钻芯法：钻芯法是利用专用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头直接在混凝土结构构件上钻取芯样以检测混凝土强度和混凝土内部缺陷的方法。
其测试结果能真实地反应混凝土的强度，因而其测试结果将更可靠、更准确。但它对结构构件造成局部损伤，大量取芯往往受到一定的限制，因此取芯前应考虑到取芯对结构带来的影响，取得的试样要有质量代表性，且确保结构被取芯后仍有足够的安全度。
（5）拔出法：拔出法是指将安装在混凝土中的锚固件拔出，测出极限拔出力，利用事先建立的极限拔出力和混凝土强度问的相关关系，推定被测混凝土结构构件的强度的方法，是一种半破损或微破损检测方法。
拔出法又可分为预埋拔出法和后装拔出法两类。预埋拔出法是在混凝土表层以下一定距离处预先埋入一个钢制锚固件，混凝土硬化以后，通过锚固件施加拔出力，记录极限拔出力，并根据提供的测强曲线用拔出力换算混凝土的抗压强度。预埋拔出法必须事先做好计划，不能在混凝土硬化后随时进行。而后装拔出法可以克服上述缺点，只要避开钢筋位置，在已硬化的新旧混凝土的各种构件上都可使用。
3 混凝土无损检测技术应用展望
随着我国工程界对新技术、新材料的应用，对检测技术也提出了新的要求，如高强、高性能混凝土的应用，以及再生混凝土等新材料的应用对结构工程无损检测技术提出了新的要求。
计算机、互联网技术将与新一代检测仪器和检测技术紧密结合。伴随着电子技术的不断进步，仪器处理能力得到提高，模糊聚类分析、神经网络甚至人工智能等先进的数据处理手段将得到更广泛的应用，使其能进行快速的、大量信息的处理，使检测结果更加可靠、检测水平不断提高。
