陳仕坤

摘要：目前，混凝土的結(jié)構(gòu)檢測越來越重要。若是混凝土內(nèi)部存在有空洞或是不密實(shí)的區(qū)域，勢必會嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性能。無損檢測主要用于混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測中，其中以探地雷達(dá)和超聲波法的使用最為普遍，檢測結(jié)果也比較準(zhǔn)確。本文主要介紹了這兩種方法在混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢測中的使用原理，表明探地雷達(dá)和超聲波法在混凝土結(jié)構(gòu)檢測中是可行的，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出兩種方法使用的側(cè)重點(diǎn)和優(yōu)勢。希望通過這兩種方法的簡要介紹，可以給其具體使用帶來一定程度的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：探地雷達(dá)；超聲波；無損檢測；混凝土結(jié)構(gòu)

引言

混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部若存在不密實(shí)區(qū)或空洞等缺陷，必然會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。我國的建筑物結(jié)構(gòu)規(guī)模越來越宏大，當(dāng)建筑物由于某種原因不能滿足某項(xiàng)功能的要求或?qū)M足某項(xiàng)功能的要求產(chǎn)生懷疑時，就需要對建筑物的整體結(jié)構(gòu)、某一部分結(jié)構(gòu)或者是某構(gòu)件進(jìn)行檢測與改造。本文列舉出了用標(biāo)準(zhǔn)試件評價混凝土質(zhì)量的劣勢，接著介紹了探地雷達(dá)和超聲波兩種方法在混凝土結(jié)構(gòu)檢測中的具體應(yīng)用。

1標(biāo)準(zhǔn)試件評價混凝土質(zhì)量的缺點(diǎn)

傳統(tǒng)的混凝土質(zhì)量檢測方法為用標(biāo)準(zhǔn)試件評價混凝土質(zhì)量，這種方法存在一些顯而易見的缺點(diǎn)，主要有：不能反映混凝土的施工和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量；不能反映結(jié)構(gòu)各部位混凝土強(qiáng)度質(zhì)量，評價的均勻性不強(qiáng)；當(dāng)沒有試件或者對試件的制作、養(yǎng)護(hù)、抗壓實(shí)驗(yàn)等條件有懷疑時，沒有辦法評價驗(yàn)收混凝土強(qiáng)度；不能反映混凝土結(jié)構(gòu)老化或意外損傷后的強(qiáng)度；不能反映特殊工藝生產(chǎn)的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度，例如噴射、離心、擠壓、振動模式等等；不能進(jìn)行多次試驗(yàn)，例如在觀測混凝土強(qiáng)度發(fā)展或者檢測外界因素的實(shí)驗(yàn)的時候等等方面。這些方面的缺點(diǎn)都限制了這種方法的應(yīng)用，并促進(jìn)了新的檢測方法的發(fā)展。

2無損檢測技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展，一些無損檢測技術(shù)越來越多地應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)檢測中。無損檢測技術(shù)是指不破壞混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的條件下，在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件原位上對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度和缺陷進(jìn)行直接定量檢測的技術(shù)。在檢測混凝土的強(qiáng)度方面有回彈法、綜合法；在檢測混凝土內(nèi)部缺陷的方面有超聲法、沖擊回波法、雷達(dá)波反射法、紅外熱譜法等，本文主要介紹的是探地雷達(dá)和超聲波兩種方法的具體應(yīng)用。

2.1探地雷達(dá)檢測法原理

探地雷達(dá)技術(shù)探測識別混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)部缺陷和埋設(shè)物并不是一項(xiàng)新技術(shù)，國外很多學(xué)者和檢測機(jī)構(gòu)都對其進(jìn)行了一定程度的研究。探地雷達(dá)是一種高效的淺層地球物理探測技術(shù)，它通過發(fā)射高頻電磁脈沖波，利用地下介質(zhì)電性參數(shù)（見表1電磁波在部分常見介質(zhì)中的傳播參數(shù)）的差異，根據(jù)回波的振幅、波形和頻率等運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征來分析和推斷介質(zhì)結(jié)構(gòu)和物性特征，即不同的介質(zhì)在電磁特性上的差異會造成雷達(dá)反射回波在波幅、波長及波形上有相應(yīng)的變化。混凝土與金屬和空氣間均存在明顯的電磁性能差異，因此可以將探地雷達(dá)用于混凝土結(jié)構(gòu)的檢測中，來探測混凝土中的空洞、裂縫等。

雷達(dá)的發(fā)射天線向被探測混凝土的內(nèi)部發(fā)射高頻電磁波，在電磁特性發(fā)生變化的地方，雷達(dá)波一部分被反射回來并由接收天線接收，一部分發(fā)生散射，剩下的繼續(xù)向內(nèi)透射。由天線接收到的雷達(dá)信號經(jīng)計(jì)算機(jī)和雷達(dá)專用軟件處理后形成雷達(dá)圖像，從而可以對介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，比如混凝土厚度，內(nèi)部埋藏物的深度，內(nèi)部缺陷的深度、大小、形狀、走向以及分界面等。

根據(jù)電磁學(xué)理論：非磁性介質(zhì)如混凝土的磁導(dǎo)率為1，當(dāng)天線頻率很高時，被探

測介質(zhì)的導(dǎo)電率σ又較小時，雷達(dá)波的傳播速度如下式所示：

在上式中，V0 是雷達(dá)波在空氣中的傳播速度，為一定值：v0 = 0.3 m/ns，根據(jù)波長 ，可以得出當(dāng)使用某一固定頻率的天線進(jìn)行雷達(dá)探測時，如果被探測的混凝土的相對介電常數(shù)有發(fā)生任何變化，那么雷達(dá)波的波速就會發(fā)生變化，波長也會變化。電磁波在介質(zhì)中的傳播能量衰減系數(shù)為 ，當(dāng)電磁波的頻率一定的前提下，如果介質(zhì)的相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率都比較大，雷達(dá)波的能量衰減的會很快。因?yàn)榭諝獾慕殡姵?shù)比混凝土的要小得多，所以，在有內(nèi)部缺陷的混凝土中雷達(dá)波的能量衰減較慢，在有孔洞的地方波幅衰減速度減慢，甚至?xí)霈F(xiàn)波幅異常增大的現(xiàn)象。根據(jù)這種現(xiàn)象我們就能有效并且準(zhǔn)確地檢測混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2.2超聲波檢測法原理

超聲波檢測技術(shù)目前普遍運(yùn)用于我國的工程建筑行業(yè)，2000年由中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會批準(zhǔn)頒布了《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》，在一定程度上為超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。超聲波檢測技術(shù)主要用于對混凝土材料、構(gòu)件的檢測，其目的是檢測混凝土材料內(nèi)部是否存在裂縫、空洞等?；炷潦怯啥喾N材料組合的非均質(zhì)材料，對超聲脈沖的吸收、散射衰減較大，因此，當(dāng)混凝土的材料、內(nèi)部質(zhì)量和檢測距離一定時，超聲波在混凝土中傳播的速度、首波幅度等聲學(xué)參數(shù)的數(shù)值應(yīng)該保持基本的一致，例如對于原材料、配合比、齡期及測試距離一定的混凝土來說，聲速高則混凝土密實(shí)，相反則混凝土不密實(shí)。但如果混凝土內(nèi)部出現(xiàn)空洞或者裂縫時，混凝土完整性被破壞，超聲波的聲速、信號頻率會有所變化，超聲脈沖波只能繞過裂縫或空洞傳播到接收換能器，因此傳播路

程增大，測得的聲時必然偏長或聲速降低。而且由于超聲波在缺陷的層面產(chǎn)生復(fù)雜的反射、折射等現(xiàn)象，會使得聲能衰減，成分中頻率越高的部分其聲能衰減地越快，從而使得接收信號的波幅很大程度地降低，導(dǎo)致頻率明顯減小以及整個頻率譜中高頻率成分大大減少，信號經(jīng)過缺陷發(fā)生反射或繞過缺陷傳播得到的的脈沖波和直接到達(dá)的脈沖波信號之間相互疊加，因?yàn)榇嬖诼暢毯拖辔徊?，二者會產(chǎn)生干擾，從而會使得接收到的信號的波形發(fā)生變化，超聲波測試正是根據(jù)這些變化綜合混凝土聲學(xué)參數(shù)測量值的相對變化分析、判定內(nèi)部缺陷的位置和范圍并估算缺陷的尺寸大小。

在利用超聲波技術(shù)檢測混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，需要注意的是由于混凝土本身的不均勻性，即使混凝土內(nèi)部沒有缺陷，測得的聲時、波幅等一些參數(shù)值也會在一定范圍內(nèi)波動，更不用說混凝土原材料品種、用量和混凝土的濕度測距等都會在不同程度上影響聲學(xué)參數(shù)值，因此我們不可以確定一個固定的臨界指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)判斷缺陷是否存在，而是需要根據(jù)所測得數(shù)據(jù)在經(jīng)過應(yīng)用抽樣檢驗(yàn)理論和數(shù)學(xué)推導(dǎo)以及適當(dāng)?shù)暮喕?，根?jù)得到的樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差來確定完整的混凝土和缺陷混凝土的波幅和聲速的分解值。

陜西某建筑結(jié)構(gòu)的混凝土質(zhì)量檢測中就重點(diǎn)使用了超聲波法。該項(xiàng)目通過超聲波探測混凝土內(nèi)部密實(shí)度和混凝土實(shí)際強(qiáng)度，并掌握了混凝土的整體澆注質(zhì)量和實(shí)際強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)上，還結(jié)合了回彈法，綜合起來對重點(diǎn)區(qū)域混凝土表面層缺陷進(jìn)行探測，掌握混凝土蜂窩、麻面和缺陷層的厚度和疏松狀況。

3應(yīng)用分析比較

超聲波和探地雷達(dá)兩種方法都可以檢測混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)缺陷，它們的檢測范圍大致相同。但是二者的應(yīng)用范圍仍然有差別。探地雷達(dá)可以粗略地判斷出混凝土的缺陷，而超聲波則能以相對低速區(qū)和低幅區(qū)更好地顯示不密實(shí)的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而更加精確地確定混凝土缺陷的位置和尺寸。在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)情況而具體確定使用單一方法還是兩種方法結(jié)合使用。單一的應(yīng)用一種檢測技術(shù)會對工程檢測產(chǎn)生一定的局限性，但是綜合利用各種有效的方法會大大提高工作的準(zhǔn)確性和結(jié)果的公正性。這兩種方法在監(jiān)控混凝土的施工質(zhì)量、消除工程不安全隱患以及加快施工監(jiān)督等方面具有很重要的意義。目前在混凝土檢測中主要使用的是無損檢測，雖然檢測手段和檢測效率、準(zhǔn)確性等方面都有惡很大的提高，然而根據(jù)國內(nèi)外的使用實(shí)例，這一方面的研究還是不完整的。因此，我們要在日常運(yùn)用中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步完善這兩種方法的使用。

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