郭曉潞　張德東　施惠生　張雄

[摘 要]混凝土無損檢測技術(shù)是指在不破壞混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件條件下，在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件原位上對其強度和缺陷進(jìn)行直接定量檢測的技術(shù)。混凝土缺陷模擬的無損檢測試驗教學(xué)設(shè)計包括混凝土內(nèi)部缺陷、混凝土分層、混凝土中鋼筋位置、混凝土裂縫深度的檢測?；炷翢o損檢測技術(shù)實踐性教學(xué)提高了學(xué)生的操作技能、團(tuán)隊意識，創(chuàng)新了教學(xué)方法。

[關(guān)鍵詞]混凝土 無損檢測 模擬試驗 數(shù)字化視頻 教學(xué)設(shè)計 教學(xué)效果

[中圖分類號] TU528 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）16-0117-02

混凝土無損檢測技術(shù)是指在不破壞混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件條件下，在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件原位上對其強度和缺陷進(jìn)行直接定量檢測的技術(shù)。無損檢測技術(shù)不僅具有非破損、原位檢測等特性，且簡便易行、快速高效，是在建筑物原位上獲得其真實質(zhì)量的唯一途徑，也是土木工程檢測的實用技術(shù)和提高建筑物質(zhì)量的保證。無損檢測技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用一直受到國家和科技工作者的高度重視。

同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院已開設(shè)“材料檢測技術(shù)”課程三十余年，該課程以混凝土建筑物無損檢測技術(shù)為主要內(nèi)容，不斷地探索無損檢測的教學(xué)方法，以培養(yǎng)從事無損檢測相關(guān)技術(shù)的人才。然而，長期以來，由于我國的教育重理論、輕實踐，導(dǎo)致技術(shù)創(chuàng)新型高層次人才缺乏。培養(yǎng)寬專業(yè)、厚基礎(chǔ)、強能力的人才，提升學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力是亟待研究的課題。[1] [2] [3] [4]

本論文針對這門課程講授過程中的實踐性教學(xué)，詳細(xì)介紹了混凝土缺陷模擬的試驗教學(xué)設(shè)計與實施過程，論述了采用數(shù)字化視頻及先進(jìn)專用教學(xué)儀器在無損檢測實踐性教學(xué)中的優(yōu)勢，并總結(jié)混凝土無損檢測實踐性教學(xué)的相關(guān)成效，以期為強化學(xué)生理論知識、培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能及實踐能力提供參考。

一、混凝土缺陷模擬的無損檢測試驗教學(xué)設(shè)計

混凝土缺陷是指破壞混凝土的連續(xù)性和完整性，并在一定程度上降低混凝土的強度和耐久性的不密實區(qū)、空洞、裂縫或夾雜泥沙、雜物等。當(dāng)混凝土的組成材料、工藝條件、內(nèi)部質(zhì)量及測試距離一定時，各測點超聲傳播速度、首波幅度和接收信號主頻率等聲學(xué)參數(shù)一般無明顯差異；如果某部分混凝土存在空洞、不密實或裂縫等缺陷，破壞了混凝土的整體性，通過該處的超聲波與無缺陷混凝土的相比較，聲時、波幅等接收信號會產(chǎn)生明顯變化。[5]

混凝土缺陷模擬的無損檢測試驗教學(xué)設(shè)計，即在實驗室條件下，模擬工程現(xiàn)場建筑物中的混凝土構(gòu)件缺陷，以達(dá)到超聲波檢測混凝土缺陷的實踐性教學(xué)目的。本試驗主要針對混凝土中空洞、分層、鋼筋位置及裂縫等問題，設(shè)計成型有缺陷的混凝土試塊。學(xué)生可以采用超聲儀對所設(shè)計的混凝土進(jìn)行實測，獲得混凝土的聲速、波幅和波形的信息，以推斷和檢查混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空洞、裂縫及其他缺陷的位置等，增強學(xué)生的動手實踐能力。

（一）混凝土內(nèi)部缺陷檢測

混凝土內(nèi)部缺陷檢測試驗設(shè)計成型混凝土試塊，試件尺寸為200mm×200mm×200mm，將試件分為ABCD四部分[如圖1（a）]，澆搗試件時按設(shè)計要求在“A”處放置好了一塊均質(zhì)泡沫，近似模擬空氣空洞缺陷。超聲脈沖波在混凝土中遇到缺陷時產(chǎn)生繞射，可根據(jù)聲時及聲程的變化，判別和計算缺陷的大小。用對測法檢測混凝土試塊，比較A、B、C、D四個位置的聲時和波幅，從而可以確定缺陷的部位。

（二）混凝土分層的檢測

混凝土分層檢測試驗設(shè)計成型混凝土試件，試件尺寸為150mm×150mm×150mm，將試件設(shè)計為a、b兩層[如圖1（b）]，澆搗試件時按設(shè)計a層為多砂漿少石子層，b層為多石子少砂漿層，以此來近似模擬混凝土的分層。采用對測法（等幅檢測）檢測混凝土試塊，分別比較a層和b層的聲時和波幅，從而可以判定砂漿層及混凝土層。

（三）混凝土中鋼筋位置的檢測

混凝土中鋼筋位置的檢測試驗設(shè)計成型混凝土試件，試件尺寸為150mm×150mm×150mm，將試件依次劃分為1-9九部分[如圖1（c）]，澆搗試件時按設(shè)計要求在“1”處埋入一小段鋼筋，以此來近似模擬檢測超聲波在鋼筋混凝土中的變化。用對測法測混凝土試塊，依次檢測“1”-“9”測點，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼筋位置時，在其左右移動換能器，觀測聲通路通過鋼筋及附近時的首波波形變化，以此可檢測出鋼筋的位置。

（四）混凝土裂縫深度的檢測

混凝土裂縫深度的檢測試驗設(shè)計制作混凝土試件一塊，試件尺寸為100mm×100mm×400mm，并在試件中間預(yù)留50mm深的縫隙，以此來近似模擬混凝土中的裂縫[如圖1（d）]。利用平測法，根據(jù)首波反向“臨界點”來判斷裂縫的深度。

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圖1 混凝土缺陷模擬試件及示意圖

二、數(shù)字化視頻及教學(xué)專用儀器的應(yīng)用

數(shù)字化視頻教學(xué)及專用教學(xué)儀器的引入直觀性強，能夠突出要點，且有助于學(xué)生對概念的理解和方法的掌握。采用數(shù)字化視頻教學(xué)能夠圖文聲像并茂，多角度調(diào)動學(xué)生的情緒，吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生的興趣。

以回彈法為例，由于回彈儀的主要機芯零部件隱藏在回彈儀機殼體中，其實際工作原理，學(xué)生難以理解。如果在課堂教學(xué)過程中，采用數(shù)字化視頻教學(xué)，播放拆卸與安裝回彈儀的教學(xué)視頻以及回彈儀在實際工程中的使用及檢測過程的視頻，并組織學(xué)生在實驗室親自動手拆卸與組裝回彈儀，就可以極大地幫助學(xué)生理解回彈儀的工作原理，熟悉回彈儀的內(nèi)部構(gòu)造，掌握回彈儀的拆裝技術(shù)及其維護(hù)保養(yǎng)的基本常識。此外，還可以采用教學(xué)專用透明回彈儀，由于回彈儀機殼透明，這樣，在回彈儀工作的過程中，其工作原理即可一目了然。

通過多媒體視頻教學(xué)實現(xiàn)了對傳統(tǒng)教學(xué)方法的有益補充，并通過對真實情景的再現(xiàn)和模擬，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撆c實踐結(jié)合起來，加深了學(xué)生對理論知識的認(rèn)識，有利于突破傳統(tǒng)教學(xué)中的難點，并克服傳統(tǒng)教學(xué)重理論、輕實踐的弊端。同時，多媒體視頻教學(xué)還具有信息量大、容量大的特性，能夠節(jié)約空間和時間，提高教學(xué)效率。

三、混凝土無損檢測技術(shù)實踐性教學(xué)成效

（一）提高了操作技能

通過實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和數(shù)字化視頻教學(xué)，讓學(xué)生在實踐中理解了儀器的工作原理，熟悉了回彈儀的基本構(gòu)造，掌握了回彈儀的拆裝技術(shù)及維護(hù)保養(yǎng)的基本常識。通過混凝土缺陷模擬的超聲波檢測試驗，學(xué)生掌握了超聲波檢測儀的使用操作方法，并模擬工程現(xiàn)場測定了混凝土缺陷對混凝土超聲參數(shù)（聲速、波幅、波形等）的影響，最終能夠用聲速、波幅及波形等超聲參數(shù)的變化綜合分析混凝土的質(zhì)量狀況。

（二）提高了團(tuán)隊意識

試驗的完成需要同組中每個同學(xué)的相互配合，只有每個同學(xué)都能夠獨立自主地完成試驗中自己所負(fù)責(zé)的部分，然后配合同組中的其他同學(xué)，才能使整個試驗過程得以順利進(jìn)行。實踐性教學(xué)活動的開展既增強了學(xué)生的責(zé)任心，又培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。

（三）創(chuàng)新了教學(xué)方法

在混凝土無損檢測技術(shù)的教學(xué)過程中，引入數(shù)字化視頻教學(xué)方法，創(chuàng)新性地模擬工程現(xiàn)場設(shè)計實踐性教學(xué)方案，創(chuàng)新了教學(xué)方法。對于學(xué)生而言，能夠?qū)⒄n堂上的理論知識與現(xiàn)場實際操作相對應(yīng)，加深了對理論知識的理解，提高了教學(xué)效率，達(dá)到了理論與實踐相結(jié)合的目標(biāo)。

四、結(jié)論

由于工程建設(shè)的實際需要，混凝土無損檢測技術(shù)始終具有較強的生命力。我們可以預(yù)料，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，無損檢測技術(shù)將會不斷地更新以適應(yīng)工程需要，其發(fā)展前景是廣闊的。在混凝土無損檢測技術(shù)的教學(xué)過程中，創(chuàng)新性地開展實踐性教學(xué)活動，強化了學(xué)生對無損檢測技術(shù)理論知識的理解，采用理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法，提高了學(xué)生的實踐操作技能，有利于無損檢測技術(shù)人才的培養(yǎng)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 郭曉潞，施惠生.建筑材料制備工藝實踐性教學(xué)初探[J].中國建設(shè)教育，2012（1）：77-79.

[2] 張科強，楊波.混凝土的無損檢測方法及其新發(fā)展[J].混凝土，2007（5）：99-101.

[3] 孫從廣.混凝土無損檢測技術(shù)淺析[J].科技資訊，2012（20）：60.

[4] 林峰，顧祥林，何敏娟.現(xiàn)代土木工程特點與土木工程專業(yè)人才的培養(yǎng)模式[J].高等建筑教育，2006（1）：26-28.

[5] 封世東，田曉璞.無損檢測技術(shù)在混凝土質(zhì)量控制中的應(yīng)用研究[J].科技信息（科學(xué)教研），2008 （13）：107-121.

[責(zé)任編輯：覃侶冰]