黃從斌　張今陽　羅居剛

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混凝土內(nèi)部濕度檢測技術(shù)研究綜述

黃從斌張今陽羅居剛

混凝土內(nèi)部濕度對混凝土強(qiáng)度發(fā)展、收縮徐變和耐久性等有重要的影響，在結(jié)構(gòu)檢測中，測定混凝土的濕度對更合理地評價(jià)混凝土的性能具有現(xiàn)實(shí)意義。

隨著技術(shù)的發(fā)展和工程管理的需要，無損檢測技術(shù)越來越受到社會各界的重視，對既有混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量與安全的檢測與評價(jià)工作越來越多，使無損檢測技術(shù)的發(fā)展更加向好。各種既有混凝土水閘、大壩等水利工程及各種工業(yè)和民用建筑工程對混凝土的抗?jié)B防漏要求很高，現(xiàn)有的研究和測試方法不能解決在現(xiàn)場無損快速檢測大面積混凝土內(nèi)部濕度的難題。

一、內(nèi)部濕度對混凝土結(jié)構(gòu)的影響

混凝土內(nèi)部濕度對混凝土結(jié)構(gòu)工程的干燥收縮開裂、混凝土硬化、強(qiáng)度發(fā)展、耐久性等性能有著非常重要的影響。

混凝土內(nèi)部濕度是影響混凝土干燥收縮開裂的重要因素之一，水泥水化過程中需要混凝土構(gòu)件內(nèi)部的水分參與，但是混凝土構(gòu)件所處的外部濕度在很多時(shí)候都是低于其內(nèi)部濕度的，由于水分會向干燥的環(huán)境散發(fā)，混凝土構(gòu)件中的內(nèi)部濕度也會隨之降低并形成一定的濕度梯度，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的收縮，并產(chǎn)生收縮應(yīng)力，引起不均勻變形，容易導(dǎo)致混凝土構(gòu)件的表面產(chǎn)生收縮裂縫。

混凝土內(nèi)部濕度是影響混凝土早期硬化和強(qiáng)度的因素之一，混凝土內(nèi)部的水分決定水化反應(yīng)的程度，大量試驗(yàn)研究結(jié)果表明內(nèi)部濕度對混凝土早期硬化過程有著重要影響。另外研究還表明內(nèi)部濕度對混凝土的強(qiáng)度有影響，混凝土強(qiáng)度發(fā)展過程中，如果水分過少，則強(qiáng)度發(fā)展較慢。在水工混凝土結(jié)構(gòu)中，由于混凝土構(gòu)件長期被水浸泡含水較多，用鉆芯法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度表明其抗壓強(qiáng)度降低。

混凝土內(nèi)部濕度是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素之一，如果早期的混凝土因干燥水分不足影響水化反應(yīng)充分進(jìn)行，混凝土干縮會使混凝土在低強(qiáng)度狀態(tài)下因表面的收縮拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生微裂縫，水分會隨著混凝土內(nèi)部的微裂縫進(jìn)入到構(gòu)件中導(dǎo)致鋼筋銹蝕和凍融循環(huán)，對結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生不利影響。

綜上所述，混凝土內(nèi)部濕度是影響混凝土結(jié)構(gòu)工程性能的一個(gè)關(guān)鍵因素，因而加強(qiáng)對混凝土內(nèi)部濕度的研究有著十分重要的意義。

二、傳統(tǒng)檢測技術(shù)

1.傳感器法

測量濕度的傳感器主要有電容傳感器、核子傳感器、光電式傳感器等，主要原理是把物體作為電介質(zhì)，水份含量的高低將顯著影響其介電常數(shù)的變化，通過測得的介電常數(shù)值來測量其含水量。傳感器法優(yōu)點(diǎn)是若安裝和施工過程未有損傷，其可靠性高，簡便經(jīng)濟(jì)，易維護(hù)，可用于在線檢測。缺點(diǎn)是影響因素多，受溫度、品種、緊實(shí)度等影響，數(shù)據(jù)復(fù)雜，需要進(jìn)行相應(yīng)的處理，才能提高檢測精度。

2.紅外線法

利用紅外線技術(shù)進(jìn)行內(nèi)部濕度測定，其缺點(diǎn)是穿透力差，僅能對物體表面進(jìn)行測定。依據(jù)的是水對某一特定波長的紅外線吸收能力很強(qiáng)，而對其他波長的紅外線不吸收的原理。由于混凝土結(jié)構(gòu)工程的阻隔能力較強(qiáng)，要對深層混凝土內(nèi)部濕度進(jìn)行檢測，紅外線法局限性較大。紅外線不僅不能穿透結(jié)構(gòu)，表面光滑及光亮的建材，如磁磚、油漆、膠磚、臘質(zhì)及石面更因反光而令檢測數(shù)據(jù)完全錯誤。

3.雷達(dá)檢測法

不同濕度狀況的混凝土介電特性不同，當(dāng)混凝土中含有的水分不同時(shí)，其相對介電常數(shù)也隨之變化，材料的相對介電常數(shù)數(shù)值越小，存儲的電磁波能量的能力越差，電磁波在混凝土材料中傳播時(shí)損耗的能量越小，因而可以通過研究不同濕度情況下混凝土中雷達(dá)波的傳播速度以及混凝土相對介電常數(shù)的變化規(guī)律，測試出混凝土內(nèi)部濕度情況。

傳統(tǒng)檢測技術(shù)中的傳感器法需要在混凝土未成型前，將傳感器預(yù)先埋設(shè)在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部，在埋設(shè)后繼續(xù)進(jìn)行混凝土澆筑工作，混凝土澆筑過程中的振搗等操作會對預(yù)先埋設(shè)的傳感器和接線造成影響。另外混凝土水化反應(yīng)及內(nèi)部環(huán)境的變化也可能會對傳感器的性能產(chǎn)生影響。紅外線法穿透能力差，只能評估物體表面的濕度。雷達(dá)檢測法目前在混凝土內(nèi)部濕度檢測中應(yīng)用較少，研究還表明在空氣濕度比較大的環(huán)境中，內(nèi)部濕度較大的混凝土進(jìn)行雷達(dá)檢測時(shí)，產(chǎn)生的測量誤差較大。

三、新型檢測技術(shù)

微波掃描是一種利用廣闊微波頻譜中特定頻率，進(jìn)行結(jié)構(gòu)滲漏檢測的先進(jìn)科技。微波掃描的原理是透過磁電管產(chǎn)生輕微的電場，穿越及深入所檢測的結(jié)構(gòu)。由于水分子是極性化的，一端為負(fù)電荷，而另一端是正電荷。結(jié)構(gòu)中的水分子也開始跟隨電場頻率震動，并且產(chǎn)生介電效應(yīng)。因?yàn)樗肿釉谖⒉妶鱿掠袕?qiáng)烈及明顯的介電效應(yīng)，其介電值約為80。但絕大部份的結(jié)構(gòu)材料在微波電場下卻只有輕微的介電效應(yīng)，其介電值為3～6。由于水分子及結(jié)構(gòu)材料的介電值之間有極大差異，因此在結(jié)構(gòu)材料中即使有少量水分子都能被探測出來。透過在結(jié)構(gòu)上不同位置及深度進(jìn)行快速探測，并利用計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)組合成平面或立體微波掃描影像，快速無損地檢測出混凝土內(nèi)部濕度。

微波掃描成像測試系統(tǒng)通過不同的探頭可獲得結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同深度位置的濕度數(shù)據(jù)，并利用專業(yè)軟件對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的濕度分布進(jìn)行濕度成像處理，再結(jié)合其他參數(shù)評估混凝土內(nèi)部的質(zhì)量狀況及耐久性。

目前，混凝土濕度的檢測多是有損方法，影響了檢測技術(shù)體系的完善，因此需要開發(fā)簡便、可靠、無損的混凝土內(nèi)部濕度檢測技術(shù)?；炷羶?nèi)部濕度的研究主要是在試驗(yàn)混凝土早期階段，研究影響內(nèi)部濕度的因素，及濕度對混凝土耐久性的影響，但對于實(shí)際工程中成熟階段的混凝土內(nèi)部濕度的檢測研究較少，如何檢測既有結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件內(nèi)部濕度，進(jìn)而確定內(nèi)部滲漏情況成為一個(gè)非常值得研究和推廣應(yīng)用的技術(shù)方法。

四、結(jié)語

混凝土內(nèi)部濕度是影響混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件早期性能和使用性能的重要因素，本文詳細(xì)介紹了混凝土內(nèi)部濕度檢測技術(shù)的原理、適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，對傳統(tǒng)的檢測技術(shù)進(jìn)行總結(jié)分析，并對新的檢測技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行展望。

（1）以傳感器法、紅外線法、雷達(dá)檢測法為代表的傳統(tǒng)檢測方法，簡便經(jīng)濟(jì)，易維護(hù)，可用于在線檢測，但是考慮到工程施工、測試深度、空氣濕度等狀況，測試用的傳感器在施工中易損壞，紅外線法測試深度較小，雷達(dá)法易受空氣濕度的影響。

（2）微波掃描成像測試技術(shù)用于混凝土結(jié)構(gòu)的濕度測試，通過不同的探頭可獲得結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同深度的濕度數(shù)據(jù)，并利用專業(yè)軟件對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的濕度分布進(jìn)行成像處理，技術(shù)先進(jìn)，操作性好，還可以大面積快速準(zhǔn)確地測試不同深度的內(nèi)部濕度分布情況，進(jìn)而確定滲漏途徑，為工程管理和養(yǎng)護(hù)提供技術(shù)支持。

（3）混凝土內(nèi)部濕度現(xiàn)場檢測技術(shù)的智能化、無損化是內(nèi)部濕度檢測技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向■

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院233000）

本文由水利部“948”項(xiàng)目：混凝土內(nèi)部濕度掃描成像測試系統(tǒng)（項(xiàng)目任務(wù)書編號：201518）資助。

（專欄編輯：周權(quán)）