混凝土原位检测的技术状态

　　

混凝土原位检测的技术状态

付旻舸[1]

开原市建筑工程质量监督站建筑材料检测中心 112300

摘要：针对不同的混凝土检测的回弹法、层析成像、红外热成像及超声波检测等多种技术，介绍其检测原理、方法过程、特征或规范等，并对其检测技术的先进性及弱势进行评价。

关键词：混凝土；检测技术；回弹法；层析成像；红外热成像；超声波检测

中图分类号：TP274.4

Technical state of situ-detection in concrete

FU Min-ge

(Building Materials Testing Center, Kaiyuan Construction Engineering Quality Supervision Station, Kaiyuan, Liaoning 112300, China)

Abstract: Detection principles, method processes, features or specifications of different detection techniques,

such as Rebound method, Tomographic imaging, Infrared thermography and Ultrasonic testing, in concrete structure detection, were introduced. The advantages and disadvantages of those detection techniques were evaluated.

Key words: Concrete; Detection technology; Rebound method; Tomography; Infrared thermography; Ultrasonic testing

混凝土是耐久性良好的结构材料，是由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料。胶凝材料一般为水泥，集料为砂、石，与水按一定比例配合，搅拌、成型、养护而制成的一种人工石材，其工程应用愈来愈广泛。但是其质量参差不齐以及混凝土的内部结构和质量在应用过程中不断变化，因此其微观质量及损伤区域是目前业内专家研究的焦点之一，成为国家及行业重要的关注点^[1]。本文主要介绍这些检测技术的原理、方法过程、特征或规范等，以便为行业检测及混凝土质量的保证提供一些基本知识和注意事项。

1 回弹检测法^[2-11]

回弹检测法是利用回弹仪（一种直射锤击式仪器）检测普通混凝土结构构件抗压强度的方法，是混凝土抗压强度检测的重点方法之一，在我国工程检测中得到广泛应用^[2]，对其质量起到良好的监督作用。但影响该法的准确性因素比较多，如仪器固有性能的缺陷、操作方法的欠精确、操作流程的欠规范、计算方法的失误以及环境条件的限制等，这给混凝土质量监督带来许多困境，给精确检验带来很大误差，有时给实际工程造成巨大危害。因此检测人员需要掌握测量技术的原理、正确的操作流程及注意事项。

本检测技术的原理是基于混凝土抗压强度与表面硬度之间存有一定的相关关系，因此可根据表面硬度求抗压强度。具体过程为如下：回弹仪弹击锤打击在混凝土表面上，回弹仪读数即为回弹高度(回弹值)，而回弹值与表面硬度之间具有一定比例的关系，即混凝土表面硬度可以采用回弹值表示；求出表面硬度后，即可根据混凝土抗压强度与表面硬度间的固定关系求其抗压强度。但是回弹法具有一定的弱势，即检测时混凝土龄期范围为7～1000天（见混凝土抗压强度技术规程 (JGJ /T23－2001)），并且如果出现下列情况之一即不宜采用本法检测：混凝土(构件)表层或内部某些区域的质量存在明显差异，或混凝土(构件)内部具有某种明显的缺陷，或混凝土(构件)采用某些成型工艺制作。

本技术检测过程具体包括目测、测区布置及选择、回弹高度测量、碳化深度测量及数据处理。

目测、测区布置及选择：目测是对混凝土外观进行检查，主要观察其表面的清洁及平整情况，即是否存有油垢、是否疏松、是否存在蜂窝及麻面等缺陷，有时需做测前处理；同一样品的测区数应≥10，测区在被测样品上需均匀分布，且位于与模板相贴的表面上，相邻测区间距<2m；每一测区设置16个均匀分布的测量点，同时测量点不能分布在有气孔或外露石子的微区域上；相邻测量点的间距应该大于(或等于)0.2m。回弹高度测量：每一测区的两个测面各弹击8点，以水平方向为弹击方向，非水平方向时需修正。碳化深度测量：首先采用凿子在测区表面制作孔洞(直径约0.15m)，清理内部污物，并且采用砂轮磨平孔洞周围表面，然后从孔洞口(包括内壁)滴洒酚酞酒精溶液(1%)，观察到某些区域颜色发生变化，最后采用钥尺测量从测点开始到孔洞内壁深部不变色处的垂直距离，即为该测点的碳化深度值。数据处理：若弹击方向为水平方向，测量值为终值。若为非水平方向，须修正，包括回弹值及非标准测面的修正，另外回弹值及碳化深度值均需要去除最大值及最小值，然后以其余值的平均值作为终值。

2 层析成像检测技术^[12,13]

混凝土结构内部裂纹的扩展过程及特征与其受力状态及特点密切相关，且严重影响整个混凝土施工结构的耐久性及安全性，故其微观裂纹的定量表征及扩展机制与原理成为国内外学者的研究重点。

层析成像(计算机层析成像/计算机辅助层析成像)是由数据产生图像的一种结构重建技术，检测过程不损伤混凝土内部结构。本技术利用某种射线源，采用外用设备得到一些观测数据作为原始数据，然后采用数学模型和重建技术，构建混凝土内部的一些未知物理量，形成二维及三维图像，这样就可直观混凝土内部结构现状及缺陷区域、特征。

本技术包括传感器测试系统(传感器、信号处理电路)、图像构建系统(图像重建系统)、图像分析及特征提取系统、知识库和实时图像显示系统、图像显示单元。传感器设置在被测结构截面周围，主要测量反映混凝土结构内部信息的一些数据，信号处理电路具有信号采集、滤波、A/D转换和扫描控制等功能。图像构建系统利用扫描所得数据进行混凝土内部结构图像的构建，进而反映内部的实际情况。图像分析及特征提取系统根据对重建图像的观察及分析得到的混凝土内部缺陷的分布信息，以数学手段进行分析和处理，推算出所需的各种检测参数值。知识库包括各类模型、重建算法和先验知识，主要为图像构建与分析和特征的提取提供服务，同时对知识库进行不断补充、完善。图像显示单元依据数字图像灰度值和各检测参数值，在电脑终端真实显示出反映混凝土微观缺陷分布的实时图像。

声波层析成像技术是最为重要的层析成像技术，利用声波在混凝土结构不同介质的响应，实现对某一截面内缺陷分布的图像从不同角度和方向进行扫描。该技术概念清晰，算法简单，计算快速，能够较正确地计算复杂介质内部缺陷的位置、大小及性质，但在实际大体积混凝土结构的检测中，受现场条件限制，其图像重建效果仍有待研究及完善。

3 红外热成像技术^[14]

本技术采用红外热成像仪，利用被测物体辐射的红外线通过物镜收集之后, 经过扫描器聚集到红外线探测器上, 然后转换成电信号，经放大器放大后通过信号处理机进行处理, 然后输出电子视频信号，最后在终端显示器上显示出反映物体表面温度场分布的热像图。

本技术主要针对混凝土耐久性损伤方面的检测，属于非接触快速检测。混凝土使用过程中持续受到化学腐蚀、冻融交替、遭受火灾、钢筋腐蚀、碱-集料反应或综合作用等多种损害，其结构将产生疏松现象，致使其耐久性、强度均下降。因此当阳光或外部热源照射到混凝土时, 这些疏松部位的温度场分布与周围正常的温度场分布将产生明显差异，本技术即利用这些差异显示的冷、热区域确定混凝土的损伤部位。

4 超声波检测技术^[1,11,15]

声波脉冲在混凝土内部传播时，由于混凝土的声阻抗率远大于空气，因此遇到某些具有缺陷的区域时，如空洞或裂缝等，该声波将在缺陷区域处发生反射、散射等现象，其声能将会下降或衰减，另外一些反射、散射信号将会改变路径从而绕过这些缺陷区域，这种改变路径的信号与未改变路径而直接到达的信号之间将存在相位差和声程差，同时这些反射和折射信号间发生相互干扰、叠加，致使最终波形发生很大变化，超声波检测技术就是通过这些波形变化来准确判断混凝土中的缺陷位置及涉及范围。

本技术的主要功能部件是发射换能器，一般安置在混凝土构件上，以发射超声波。信号检测设备和接收换能器对接收反射回来的各项参数信号进行分析及运算，即可得到混凝土的一些相关参数及特性，如强度、厚度、混凝土的内部缺陷区域等，然后将这些参数进行对比分析，即可获得得到凝土质量好坏的某些确定信息。

本技术主要包括混凝土损伤及内部缺陷的普通测定及超声波-层析成像综合检测技术，以及混凝土强度的超声回弹综合检测技术^[1]。

混凝土内部缺损检测主要包括NFP法、CBV判据、概率判断法、超声检测法和 PSD判据法等。普通超声波检测主要是针对所测混凝土断面的声学参数进行检测，然后对所测信号进行处理，从而得出终论。但是单纯的超声波技术在检测过程中有一些局限，因此无法对混凝土微观缺陷的实际情况进行某些确定化描述，而且所测的一些声波参数的具体数值只能给出有关混凝土被测区域的大致状况，不能对被测区域的微观测点的缺陷做出定量表述。

超声波-层析成像综合检测技术是结合超声波及层析成像技术对混凝土微观损伤进行检测，这种技术可对上述普通超声波检测技术的弱点进行较大程度的弥补。因为层析成像技术采用了能够穿透混凝土内部的交叉射线，因此可对被测区

订阅方式：
①在线订阅（推荐）：www.sdchem.net.cn
②邮局订阅：邮发代号24-109

投稿方式：
①在线投稿（推荐）：www.sdchem.net.cn
　　作者只需要简单注册获得用户名和密码后，就可随时进行投稿、查稿，全程跟踪稿件的发表过程，使您的论文发表更加方便、快捷、透明、高效。
②邮箱投稿：sdhgtg@163.com sdhg@sdchem.net
　　若“在线投稿”不成功，可使用邮箱投稿，投稿邮件主题：第一作者名字/稿件题目。
投稿时请注意以下事项：
　　①文前应有中英文“题目”、“作者姓名”、“单位”、“邮编”、“摘要”、“关键词”；
　　②作者简介包括：姓名、出生年、性别、民族、籍贯或出生地、工作单位、职务或职称、学位、研究方向；
　　③论文末应附“参考文献”，执行国标GB/T7714-2005标准，“参考文献”序号应与论文中出现的顺序相符；
　　④注明作者的联系方式，包括电话、E-mail、详细的通讯地址、邮编，以便联系并邮寄杂志。
　　 　                                                                                   山东化工稿件修改细则