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

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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混凝土的性能具有現(xiàn)實意義。

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，導致混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的收縮，并產(chǎn)生收縮應力，引起不均勻變形，容易導致混凝土構(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度的因素之一，混凝土內(nèi)部的水分決定水化反應的程度，大量試驗研究結(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度有影響，混凝土強度發(fā)展過程中，如果水分過少，則強度發(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度表明其抗壓強度降低。

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充分進行，混凝土干縮會使混凝土在低強度狀態(tài)下因表面的收縮拉應力，導致混凝土產(chǎn)生微裂縫，水分會隨著混凝土內(nèi)部的微裂縫進入到構(gòu)件中導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)工程性能的一個關(guān)鍵因素，因而加強對混凝土內(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)點是若安裝和施工過程未有損傷，其可靠性高，簡便經(jīng)濟，易維護，可用于在線檢測。缺點是影響因素多，受溫度、品種、緊實度等影響，數(shù)據(jù)復雜，需要進行相應的處理，才能提高檢測精度。

2.紅外線法

利用紅外線技術(shù)進行內(nèi)部濕度測定，其缺點是穿透力差，僅能對物體表面進行測定。依據(jù)的是水對某一特定波長的紅外線吸收能力很強，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，要對深層混凝土內(nèi)部濕度進行檢測，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.雷達檢測法

不同濕度狀況的混凝土介電特性不同，當混凝土中含有的水分不同時，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先埋設(shè)的傳感器和接線造成影響。另外混凝土水化反應及內(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。雷達檢測法目前在混凝土內(nèi)部濕度檢測中應用較少，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行雷達檢測時，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，進行結(jié)構(gòu)滲漏檢測的先進科技。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。因為水分子在微波電場下有強烈及明顯的介電效應，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，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行快速探測，并利用計算機將數(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)。混凝土內(nèi)部濕度的研究主要是在試驗混凝土早期階段，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，進而確定內(nèi)部滲漏情況成為一個非常值得研究和推廣應用的技術(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，對傳統(tǒng)的檢測技術(shù)進行總結(jié)分析，并對新的檢測技術(shù)發(fā)展方向進行展望。

（1）以傳感器法、紅外線法、雷達檢測法為代表的傳統(tǒng)檢測方法，簡便經(jīng)濟，易維護，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)部的濕度分布進行成像處理，技術(shù)先進，操作性好，還可以大面積快速準確地測試不同深度的內(nèi)部濕度分布情況，進而確定滲漏途徑，為工程管理和養(yǎng)護提供技術(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)展的一個重要方向■

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學研究院233000）

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

（專欄編輯：周權(quán)）