混凝土結構的無損檢測
2015-07-09
引 言
混凝土結構是我國建筑工程中最主要的結構形式，混凝土和鋼筋是最為重要的材料，其質(zhì)量直接關系到結構的安全。用試件實驗測得的混凝土性能指標，往往與結構物中的混凝土的性能有一定差別。結構鋼筋是隱蔽材料，其位置的準確與否亦關乎結構的安全和耐久，而傳統(tǒng)方法無法在非破損情況下對其位移進行檢測，因此，無破損情況下在結構物上檢測混凝土質(zhì)量和鋼筋位置的現(xiàn)場檢測技術，已成為混凝土結構質(zhì)量管理的重要手段，這一檢測技術已引起各國建筑工程界的重視和承認。
對混凝土進行非破損檢測，即在不影響結構或構件的受力性能或其它使用功能的前提下，直接在結構或構件上通過測定某些適當?shù)奈锢砹浚⑼ㄟ^這些物理量與混凝土、鋼筋的相關關系，進而推定混凝土的強度、均勻性、連續(xù)性、耐久性等系列性能。
無損檢測技術是多學科緊密結合的高技術產(chǎn)物，現(xiàn)代材料學和應用物理學的發(fā)展為無損檢測技術奠定了理論基礎。而現(xiàn)代電子技術和計算機科學的發(fā)展又為無損檢測技術提供了現(xiàn)代化的測試工具。本文簡要介紹了混凝土無損檢測技術的形成與發(fā)展，并對混凝土強度無損檢測技術進行了分類，對無損檢測技術在建筑工程應用中的出現(xiàn)的問題進行了總結。
1 我國混凝土無損檢測技術回顧
我國的無損檢測技術工作開始于20世紀50年代中期，開始引進瑞士、英國等國的回彈儀和超聲儀，并結合工程應用開展了許多研究工作。70年代以后，我國曾多次組織力量攻關，大大推進了結構混凝土無損檢測技術的研究和應用，并使回彈法、超聲回彈綜合法、鉆芯法、拔出法、超聲缺陷檢測法等主要無損檢測檢測技術規(guī)范化，已制定相應的的規(guī)程.同時，有關儀器的研究也發(fā)展迅速，并制定了有關儀器標準。
例如某工程，鋼筋混凝土梁柱在驗收過程沒能準確檢測強度，驗收者只是根據(jù)經(jīng)驗和施工單位提供的同條件強度實驗報告便將其判定為合格工程，致使房屋在交驗入住后就出現(xiàn)裂縫、后經(jīng)專家在現(xiàn)場對每個構件逐一檢查和重點局部破損檢驗，綜合分析后，得出的結論是混凝土內(nèi)部不密實，鉆芯試塊強度低于設計要求。該工程花了相當大的代價才將其加固，后期加固費用遠遠超過了當時處理的費用，給工程有關各方造成了很大損失。另一工程的三層現(xiàn)澆懸挑板，因施工中踩踏鋼筋，其負彎矩鋼筋保護層厚度遠高于設計值，從而導致板面出現(xiàn)裂縫，但這種問題在現(xiàn)場無法準確判定出來，往往在竣工驗收后才被發(fā)現(xiàn)，導致后期發(fā)生很多索賠糾紛。
以上所舉的情況以及類似的建筑工程質(zhì)量問題在全國范圍亦屢屢發(fā)生，為此，建設部進行了廣泛深入的調(diào)查研究，通過專題研究和工程試點，并總結了我國混凝土結構工程質(zhì)量驗收的實踐經(jīng)驗，出臺了新的施工質(zhì)量驗收標準《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50204-2004》。新規(guī)范對無損檢測技術提出了更高的要求，混凝土結構工程質(zhì)量檢測向數(shù)字化、圖像化方向發(fā)展已成為必然趨勢。
2 無損檢測常用方法
?。?）回彈法：利用回彈儀檢測混凝土結構構件抗壓強度的方法簡稱回彈法?；貜椫荡笮》从沉伺c沖擊能量有關的回彈能量，而回彈能量反映了混凝土表層硬度與混凝土抗壓強度之間的關系。
回彈法操作最簡單，費用最低廉，檢測效率最高，檢測數(shù)量可靈活，且被測物的形狀尺寸一般不受限制。但回彈法精度相對較差，由于它是利用表層混凝土（1～3mm）的質(zhì)量來推斷混凝土的整體質(zhì)量，因此，當試測部位表層與內(nèi)部的質(zhì)量有明顯差異或內(nèi)部存在缺陷時、遭受化學腐蝕或火災的混凝土、硬化期間遭受凍害的混凝土、鋼筋密集區(qū)或預應力鋼筋錨固區(qū)的混凝土等，不宜采用該法。
?。?）超聲波法：其檢測原理是依據(jù)超聲儀產(chǎn)生高壓電脈沖，激勵發(fā)射換能器內(nèi)的壓電晶體獲得高頻聲脈沖聲脈沖傳人混凝土介質(zhì)中，由接受換能器接收通過混凝土傳來的聲信號，測出超聲波在混凝土中傳播的時間和距離，算出超聲波在混凝土中的傳播速度。它的傳播速度與混凝土的密實度有關，而混凝土的密實性與其強度存在一定的關系。
實際中由于影響超聲測強的因素較多，這些影響因素如果不經(jīng)修正都會影響檢測結果，因此建立測強曲線時應加以綜合考慮影響因素的修正。
（3）超聲回彈綜合法：超聲回彈綜合法是采用超聲儀和回彈儀，在結構混凝土同一測區(qū)分別測量聲時值及回彈值，然后利用已建立起來的測強公式推算該測區(qū)混凝土強度。
綜合法的最大優(yōu)點就是能較全面地反映構成混凝土強度的各種因素，并且還能抵消部分影響強度與物理量相關關系的因素，提高了混凝土強度檢測的精度和可靠性。因此許多學者認為綜合法是混凝土強度無損檢測技術的一個重要發(fā)展方向。
?。?）鉆芯法：鉆芯法是利用專用鉆機和人造金剛石空心薄壁鉆頭直接在混凝土結構構件上鉆取芯樣以檢測混凝土強度和混凝土內(nèi)部缺陷的方法。
其測試結果能真實地反應混凝土的強度，因而其測試結果將更可靠、更準確。但它對結構構件造成局部損傷，大量取芯往往受到一定的限制，因此取芯前應考慮到取芯對結構帶來的影響，取得的試樣要有質(zhì)量代表性，且確保結構被取芯后仍有足夠的安全度。
?。?）拔出法：拔出法是指將安裝在混凝土中的錨固件拔出，測出極限拔出力，利用事先建立的極限拔出力和混凝土強度問的相關關系，推定被測混凝土結構構件的強度的方法，是一種半破損或微破損檢測方法。
拔出法又可分為預埋拔出法和后裝拔出法兩類。預埋拔出法是在混凝土表層以下一定距離處預先埋入一個鋼制錨固件，混凝土硬化以后，通過錨固件施加拔出力，記錄極限拔出力，并根據(jù)提供的測強曲線用拔出力換算混凝土的抗壓強度。預埋拔出法必須事先做好計劃，不能在混凝土硬化后隨時進行。而后裝拔出法可以克服上述缺點，只要避開鋼筋位置，在已硬化的新舊混凝土的各種構件上都可使用。
3 混凝土無損檢測技術應用展望
隨著我國工程界對新技術、新材料的應用，對檢測技術也提出了新的要求，如高強、高性能混凝土的應用，以及再生混凝土等新材料的應用對結構工程無損檢測技術提出了新的要求。
計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術將與新一代檢測儀器和檢測技術緊密結合。伴隨著電子技術的不斷進步，儀器處理能力得到提高，模糊聚類分析、神經(jīng)網(wǎng)絡甚至人工智能等先進的數(shù)據(jù)處理手段將得到更廣泛的應用，使其能進行快速的、大量信息的處理，使檢測結果更加可靠、檢測水平不斷提高。
