橋梁病害無(wú)損檢測(cè)技術(shù)探究

張麗芳

(山西晉城路橋建設(shè)有限公司，山西晉城 048000)

0 引言

橋梁檢測(cè)方法從最廣義的角度來(lái)說(shuō)，我們可以把它分為無(wú)損的檢測(cè)方法、靜載試驗(yàn)的檢測(cè)方法和動(dòng)載試驗(yàn)的檢測(cè)方法。

混凝土作為我們?cè)跇蛄荷蠎?yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)有近兩百多年的歷史，最早可以追溯到19世紀(jì)初，到現(xiàn)在我們?nèi)绾未_定和探測(cè)出混凝土結(jié)構(gòu)的表面及其內(nèi)部的缺陷，并對(duì)缺陷的位置、大小、形式、性質(zhì)、數(shù)量做合理的鑒定，成了各國(guó)學(xué)者一直致力研究的重點(diǎn)。

橋梁病害的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是指在不影響橋梁結(jié)構(gòu)和構(gòu)件性能的前提下，對(duì)橋梁的損傷情況進(jìn)行診斷和評(píng)估，從而為橋梁的養(yǎng)護(hù)和維修方案提供科學(xué)依據(jù)，并對(duì)橋梁的適用性、安全性和可靠性進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)。它是通過(guò)測(cè)定結(jié)構(gòu)的某些物理參數(shù)來(lái)判斷結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件性能的一種合理的檢測(cè)方法。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是緊密結(jié)合多個(gè)學(xué)科的科學(xué)技術(shù)所形成的高技術(shù)產(chǎn)物，材料學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)的快速發(fā)展為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，而計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，讓橋梁病害無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有了更加先進(jìn)和現(xiàn)代化的計(jì)算方法。

1 國(guó)內(nèi)外橋梁病害無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和水平

1．1 國(guó)外橋梁病害無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程

20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了表面壓痕法來(lái)了解混凝土的強(qiáng)度?？茖W(xué)家們?cè)?935年的時(shí)候，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)和努力在測(cè)量鋼筋混凝土的彈性模量上應(yīng)用了共振法。1948年回彈儀的出現(xiàn)更加的規(guī)范了混凝土的強(qiáng)度測(cè)量。到了1949年的時(shí)候加拿大人已經(jīng)開(kāi)始成功的應(yīng)用超聲脈沖技術(shù)來(lái)檢測(cè)混凝土了，以上這些前人的研究為橋梁病害無(wú)損檢測(cè)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

80年代中期，美國(guó)的Mary．Sansalonet和Nicholas J．Carino實(shí)現(xiàn)了在水泥中運(yùn)用機(jī)械波反射的方法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

目前，隨著各個(gè)學(xué)科的不斷發(fā)展、交叉、結(jié)合，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)又有了新的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的檢測(cè)手段，包括微波吸收法、紅外熱譜法、脈沖回波法、雷達(dá)掃描法等新技術(shù)。

1．2 橋梁病害無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)的現(xiàn)狀和發(fā)展過(guò)程

我國(guó)的橋梁病害無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的比較晚，首次是在20世紀(jì)50年代的時(shí)候，由前蘇聯(lián)引入橋梁病害無(wú)損檢測(cè)技術(shù)到中國(guó)，以后我國(guó)就開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外比較先進(jìn)的超聲儀和回彈儀等一系列的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，并且把這些先進(jìn)的超聲儀和回彈儀應(yīng)用到實(shí)際的工程中，得到了很多的科研成果。我國(guó)在60年代初的時(shí)候在超聲檢測(cè)儀的發(fā)展和自主研發(fā)上就取得了很好的成果，能夠自主研發(fā)和生產(chǎn)回彈儀。70年代末，我國(guó)有關(guān)部門(mén)曾多次組織科研力量合作攻關(guān)無(wú)損檢測(cè)方法，隨后便制訂了一系列相關(guān)技術(shù)規(guī)程。隨著電子科技的發(fā)展，儀器的研制業(yè)更加精密、精準(zhǔn)，多項(xiàng)技術(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

2 混凝土的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

目前我國(guó)大部分橋梁多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)于混凝土的檢測(cè)，主要有肉眼觀測(cè)法，回彈儀測(cè)強(qiáng)法，裂縫觀測(cè)儀觀測(cè)法和超聲波成像觀測(cè)法。混凝土碳化深度的測(cè)量主要是采用噴灑酚酞試劑的辦法，碳化深度對(duì)回彈儀測(cè)量混凝土強(qiáng)度起到一定的修正作用?；貜梼x測(cè)量混凝土強(qiáng)度是目前混凝土強(qiáng)度檢測(cè)最普遍的做法。對(duì)于結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫的測(cè)量，可借助超聲波成像技術(shù)，這里主要介紹一下超聲波成像技術(shù)。

目前，超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是橋梁檢測(cè)中的重要方法，該方法具有缺陷定位準(zhǔn)確、分辨率高、檢測(cè)結(jié)果直觀易懂等特點(diǎn)，因此受到測(cè)橋人的青睞。該方法檢測(cè)時(shí)多采用對(duì)測(cè)法和斜測(cè)法(見(jiàn)圖1)，通過(guò)對(duì)所測(cè)斷面超聲波的聲時(shí)、波幅、頻率及波形等參數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算分析確定缺陷異常的位置和嚴(yán)重程度。

圖1 超聲波無(wú)損檢測(cè)儀的布置方式

這種檢測(cè)方法的原理是根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀態(tài)的變化和物性參數(shù)與聲學(xué)參數(shù)的變化具有良好的一致性，得出超聲波在檢測(cè)面上的走勢(shì)圖，然后根據(jù)這個(gè)走勢(shì)圖利用相應(yīng)的計(jì)算方法計(jì)算出超聲波在檢測(cè)面上的分布，最后根據(jù)超聲波與混凝土相關(guān)性確定檢測(cè)剖面上混凝土的淺裂縫、深裂縫、空洞、混凝土內(nèi)部的均勻性以及表面損傷情況等等各種病害。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

一般的情況下，我們認(rèn)為在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋是處在一種堿性環(huán)境中的，因此鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋就基本不會(huì)發(fā)生腐蝕破壞，能夠保持好的力學(xué)性能，但是如果鋼筋所處的堿性環(huán)境被破壞了，那么鋼筋就會(huì)非常容易發(fā)生銹蝕的現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼筋有效的截面面積變小和鋼筋保護(hù)層的開(kāi)裂等，最后導(dǎo)致整體的混凝土耐久性下降。

對(duì)于鋼筋銹蝕情況的檢測(cè)，有半電位檢測(cè)法和電子脈沖檢測(cè)法兩種。

3．1 半電位無(wú)損害檢測(cè)法

我們可以把混凝土構(gòu)件內(nèi)的鋼筋銹蝕過(guò)程看作一個(gè)現(xiàn)實(shí)中的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。鋼筋和混凝土可以看作是半個(gè)弱電池組(與普通干電池類似的結(jié)構(gòu)形式)，鋼筋是一個(gè)電極，而潮濕的混凝土構(gòu)成了電解質(zhì)。半電池法就是把“鋼筋+混凝土”看作是一個(gè)半電池系統(tǒng)，它與手持電極構(gòu)成一個(gè)全電池系統(tǒng)。又因?yàn)槭殖蛛姌O那一端具有比較穩(wěn)定的電位差，并且鋼筋因?yàn)殇P蝕而發(fā)生的電化學(xué)作用，將會(huì)很大的引起由“鋼筋+混凝土”形成的半電池和手持電極構(gòu)成的全電池系統(tǒng)的變化。因此由“鋼筋+混凝土”形成的半電池的電位變化可以很好的對(duì)鋼筋的銹蝕情況進(jìn)行腐蝕。根據(jù)已有的測(cè)量研究數(shù)據(jù)以及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，一般以150 mV電勢(shì)差作為鋼筋是否銹蝕的分界點(diǎn)，當(dāng)電勢(shì)差小于150 mV可認(rèn)為鋼筋混凝土中的鋼筋未被銹蝕。此種方法的缺陷是只能做定性分析，而不能做定量分析，對(duì)于已經(jīng)被銹蝕的結(jié)構(gòu)，不能測(cè)出其被腐蝕的嚴(yán)重程度。

3．2 電子脈沖檢測(cè)法

鋼筋的銹蝕率也可以用電子脈沖法進(jìn)行檢測(cè)，這是鋼筋銹蝕率檢測(cè)的最新方法。它比半電位法更加先進(jìn)，不僅能對(duì)鋼筋是否銹蝕進(jìn)行明確，還能較為準(zhǔn)確的測(cè)量出鋼筋的銹蝕率。

丹麥的Germann公司生產(chǎn)鋼筋銹蝕率檢測(cè)儀就是利用電子脈沖原理檢測(cè)鋼筋銹蝕率的，它的檢測(cè)步驟是:

1)在混凝土破損較嚴(yán)重的地方，用鋼筋定位儀找到鋼筋位置。

2)在鋼筋處用沖擊鉆鉆兩個(gè)孔，用接觸螺栓將其導(dǎo)出，用歐姆表測(cè)量?jī)牲c(diǎn)處的電阻，當(dāng)電阻為零時(shí)，說(shuō)明螺栓接觸正確。

3)在測(cè)試區(qū)域?yàn)⑺疂駶?rùn)15 min，畫(huà)出測(cè)試網(wǎng)格，然后做鋼筋銹蝕率檢測(cè)。

4)將銹蝕儀的一端通過(guò)螺栓連接到鋼筋上，另一端與手持電極相連，然后開(kāi)始測(cè)量。

4 鋼結(jié)構(gòu)橋梁的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

鋼結(jié)構(gòu)的橋梁以前在我國(guó)主要是用于小跨徑，因此對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安全性檢測(cè)要求不是很?chē)?yán)格，但是最近幾年鋼結(jié)構(gòu)的橋梁在大跨度上的應(yīng)用越來(lái)越多，為了保證橋梁的安全性，就越來(lái)越需要高要求的無(wú)損害檢測(cè)手段和檢測(cè)儀器。例如磁粉探傷法和渦流檢測(cè)法、聲發(fā)射法以及超聲衍射法等檢測(cè)手段都是常用或者比較新的檢測(cè)手段。

檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)橋梁主要包括以下兩個(gè)方面:

1)檢查鋼箱梁在工地拼接時(shí)的大環(huán)形焊縫是否平順，有無(wú)扭曲現(xiàn)象，以防出現(xiàn)應(yīng)力集中。

2)檢查鋼結(jié)構(gòu)桿件是否平直，受力桿件的彎曲會(huì)使桿件兩端產(chǎn)生多余的扭轉(zhuǎn)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)間的推移，我國(guó)早前建立的橋梁慢慢的進(jìn)入了維修期，并且隨著橋梁事業(yè)的發(fā)展，我國(guó)橋梁的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也得到了非?？焖俚陌l(fā)展，越來(lái)越成為我國(guó)在橋梁檢測(cè)上的重要手段，由于橋梁的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)的橋梁損害可以得到很快和很準(zhǔn)確的確認(rèn)，為我國(guó)橋梁的維修提供了非常大的幫助，大大的降低了橋梁維修的難度，節(jié)約了橋梁維修的時(shí)間和費(fèi)用，因此深入掌握和了解橋梁病害的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，將對(duì)我國(guó)橋梁事業(yè)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。

［1］ 林 濤．基于小波包能量的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別應(yīng)用研究［J］．山西建筑，2011，37(5):172-173．

［2］ 劉 喆，夏葉飛．缺失資料既有橋梁無(wú)損檢測(cè)及承載力評(píng)定［J］．河南建材，2012(5):100-101．

［3］ 郭建平．無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在道橋中的應(yīng)用［J］．工程科技，2012(3):97-98．

［4］ 潘海結(jié)，潘海軍，戴天帥．GPR在橋梁無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用研究［J］．重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(2):15-16．

［5］ 劉 贊．無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)在某鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的應(yīng)用研究 ［D］．西安:長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011．