對(duì)路橋混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)的思考

摘 要：傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法多為有損檢測(cè)，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)本身造成一定的破壞，且檢測(cè)效率低下，難以滿足現(xiàn)代路橋工程對(duì)質(zhì)量和安全的要求。無損檢測(cè)技術(shù)以其高效、準(zhǔn)確、非破壞性的優(yōu)勢(shì)，逐漸在路橋混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)領(lǐng)域占據(jù)重要地位?；诖耍瑢?duì)路橋混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)進(jìn)行分析，通過分析無損檢測(cè)技術(shù)的原理與分類，總結(jié)出無損檢測(cè)技術(shù)在路橋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用策略，以期為路橋混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)提供參考。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)果；無損檢測(cè)技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG1 " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " " 文章編號(hào)：2096-6903（2024）12-0090-03

0 引言

在路橋混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)中，無損檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)表面和內(nèi)部的質(zhì)量、性能以及缺陷等，以此來確認(rèn)路橋的質(zhì)量。無損檢測(cè)常用到的方法包括回彈法和超聲波法，其在應(yīng)用中還存在著一定的局限性，影響檢測(cè)質(zhì)量。因此，本文旨對(duì)路橋混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)進(jìn)行深入的分析和探討。

1 路橋混凝土結(jié)構(gòu)的基本概述

在現(xiàn)代交通建設(shè)工程中，混凝土結(jié)構(gòu)以其卓越的承載能力、耐久性和施工靈活性等特點(diǎn)，成為了路橋工程中不可或缺的重要組成部分。路橋工程中主要的材料就是混凝土，其具有良好的耐水性、耐腐蝕性，能夠抵御自然環(huán)境中的侵蝕作用，保證結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。它可以通過模板澆筑成各種形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)，適應(yīng)不同的地形和交通需求。通過鋼筋或其他增強(qiáng)材料對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)，從而構(gòu)成能夠承受車輛、人流等荷載的結(jié)構(gòu)體系。

2 無損檢測(cè)技術(shù)在路橋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

無損檢測(cè)技術(shù)是指在不損害被檢測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用性能的前提下，通過物理或化學(xué)手段，對(duì)被檢測(cè)物體內(nèi)部或表面的質(zhì)量、性能、缺陷等進(jìn)行檢查和測(cè)試的技術(shù)。在路橋混凝土結(jié)構(gòu)中，無損檢測(cè)技術(shù)主要包括超聲波檢測(cè)、雷達(dá)檢測(cè)、電磁檢測(cè)、紅外熱像檢測(cè)等，從這4種檢測(cè)方式來深入探討無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。

2.1 超聲波檢測(cè)

2.1.1 超聲波檢測(cè)的原理

超聲波檢測(cè)是利用超聲波在混凝土中傳播的特性，通過測(cè)量超聲波的傳播速度、振幅衰減等參數(shù)，來評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度、均勻性、缺陷等。其對(duì)材料內(nèi)部的變化非常敏感，能夠檢測(cè)出微小的缺陷，檢測(cè)速度也非?？?，可以大面積地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，而且不會(huì)對(duì)被檢測(cè)物體造成任何損傷，是一種非破壞性的檢測(cè)方法[1]。超聲波是頻率高于20 000 Hz的聲波，通過分析超聲波的反射信號(hào)，可以精確地確定缺陷的位置。

2.1.2 超聲波檢測(cè)的應(yīng)用

超聲波檢測(cè)常用來檢測(cè)質(zhì)量、缺陷以及腐蝕。在質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，通過測(cè)量超聲波在混凝土中的傳播速度、振幅衰減等參數(shù)，可以評(píng)估混凝土的密實(shí)度、均勻性和缺陷情況。在缺陷檢測(cè)過程中，超聲波技術(shù)可以有效地檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫、空洞等缺陷，其通過分析超聲波信號(hào)的幅度和時(shí)間延遲，可以確定缺陷的位置、大小和性質(zhì)。

在腐蝕檢測(cè)時(shí)，對(duì)于長(zhǎng)期受到外界環(huán)境侵蝕的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)，超聲波技術(shù)可以檢測(cè)混凝土中的腐蝕程度和分布情況。如某路橋工程，2#橋墩是大體積結(jié)構(gòu)混凝土，強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為C20。在對(duì)其混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，先采用鉆芯法對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，然后進(jìn)行了壓水實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了滲水現(xiàn)象，這意味著其存在著質(zhì)量問題。采用超聲波檢測(cè)技術(shù)，利用其對(duì)檢測(cè)孔進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)孔深約為4 m，波速約為4 200～4 600 m/s，通過超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其4 400 m/s以下存在著缺陷。在對(duì)其進(jìn)行CT成像掃描顯示，發(fā)現(xiàn)有兩條帶狀缺陷，兩個(gè)檢測(cè)孔之間是空心的，隨后對(duì)其進(jìn)行了填補(bǔ)，有效保證了結(jié)構(gòu)安全[2]。

2.1.3 超聲波檢測(cè)應(yīng)用的局限性

超聲波檢測(cè)是一種高效、無損傷的材料檢測(cè)技術(shù)，在路橋混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而，在實(shí)際應(yīng)用中需要注意其局限性，超聲波在材料中的傳播速度、衰減等參數(shù)會(huì)受到材料性質(zhì)、含水率等因素的影響。超聲波檢測(cè)要求被檢測(cè)物體表面平整、光滑，以便超聲波能夠順利傳播和反射，對(duì)表面要求比較高。超聲波檢測(cè)需要專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)人員，對(duì)操作人員的技能和經(jīng)驗(yàn)要求較高，需要對(duì)其進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)。

2.2 雷達(dá)檢測(cè)

2.2.1 雷達(dá)檢測(cè)的原理

雷達(dá)檢測(cè)是利用高頻電磁波在混凝土中的反射和透射特性，通過測(cè)量電磁波的反射時(shí)間、波形變化等參數(shù)，來探測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷和裂縫。雷達(dá)接收的是目標(biāo)對(duì)照射信號(hào)的二次反射波，因此其探測(cè)距離較遠(yuǎn)，預(yù)警時(shí)間較長(zhǎng)。雷達(dá)偵察只接收外界的輻射信號(hào)，因此具有良好的隱蔽性和安全性[3]。雷達(dá)偵察所獲取的信息直接來源于雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)，受其他環(huán)節(jié)影響少，信噪比高，因此信息的準(zhǔn)確性較高，特別適用于檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空洞、裂縫等缺陷，且對(duì)混凝土材料的性質(zhì)依賴性較小。

2.2.2 雷達(dá)檢測(cè)的應(yīng)用

雷達(dá)檢測(cè)能夠深入橋梁內(nèi)部，通過高頻陣列天線收集密集的地下數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)識(shí)別隱藏在混凝土層下的結(jié)構(gòu)缺陷，如裂縫、空洞等。該技術(shù)還能夠清晰展示鋼筋的排布深度與間距情況，甚至精確查找到橋梁箱梁內(nèi)部的空腔體結(jié)構(gòu)，對(duì)評(píng)估橋梁的結(jié)構(gòu)完整性和防水性能至關(guān)重要。

在橋梁建設(shè)前，地質(zhì)雷達(dá)可以幫助檢測(cè)建設(shè)地點(diǎn)地下的隱患，如斷層、洞穴、冰蝕、軟土等，從而選擇合適的橋梁建設(shè)方案，避免因地下隱患導(dǎo)致的工程事故。通過對(duì)材料的電磁波反射特征的分析，可以判斷材料中的缺陷、空隙以及其他問題，提前發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，還可用于測(cè)量橋梁的撓度和位移，以評(píng)估橋梁在運(yùn)營(yíng)過程中的穩(wěn)定性和安全性。

2.2.3 雷達(dá)檢測(cè)應(yīng)用的局限性

雷達(dá)檢測(cè)在路橋混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)中發(fā)揮著重要作用，但也存在一定的局限性。解讀雷達(dá)檢測(cè)數(shù)據(jù)需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，不同人員對(duì)數(shù)據(jù)的理解和分析可能存在差異，因此對(duì)檢測(cè)人員專業(yè)素養(yǎng)要求高[4]。

在多層結(jié)構(gòu)、不規(guī)則形狀或多種材料組合的部位，信號(hào)可能會(huì)相互干擾，導(dǎo)致對(duì)缺陷或內(nèi)部狀況的判斷變得困難，復(fù)雜結(jié)構(gòu)解讀困難。設(shè)備的精度、分辨率等性能指標(biāo)可能存在限制，無法完全滿足某些對(duì)檢測(cè)要求極高的情況。對(duì)于某些細(xì)微的裂縫或早期劣化跡象，雷達(dá)檢測(cè)可能不夠敏感，容易出現(xiàn)漏檢的情況，檢測(cè)成本也比較高。

2.3 電磁檢測(cè)

2.3.1 電磁檢測(cè)的原理

電磁檢測(cè)是利用電磁場(chǎng)在混凝土中的傳播和分布特性，通過測(cè)量混凝土表面的電位差、電阻率等參數(shù)，來評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)的性能和質(zhì)量。在電磁檢測(cè)中，常用的電磁參數(shù)有電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、電磁波的頻率和相位等，通過測(cè)量這些參數(shù)的變化，可以推斷目標(biāo)物體的性質(zhì)、形狀、位置等信息。

電磁檢測(cè)主要基于電磁感應(yīng)原理，當(dāng)檢測(cè)儀器如電磁感應(yīng)儀的探頭靠近混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，探頭內(nèi)部的感應(yīng)線圈會(huì)發(fā)射電磁波并在混凝土表面產(chǎn)生感應(yīng)電流。這個(gè)感應(yīng)電流會(huì)在混凝土內(nèi)部傳播，并在遇到缺陷時(shí)產(chǎn)生反射或透射現(xiàn)象，通過檢測(cè)這些反射或透射信號(hào)，可以分析出混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征和缺陷情況。電磁檢測(cè)不僅對(duì)于較厚壁的目標(biāo)物體，如30 mm壁厚范圍內(nèi)，可以同時(shí)檢測(cè)內(nèi)外壁缺陷，還可以大面積的進(jìn)行任務(wù)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了缺陷的初步量化。

2.3.2 電磁檢測(cè)的應(yīng)用

電磁檢測(cè)技術(shù)可以通過測(cè)量混凝土中鋼筋的電磁感應(yīng)信號(hào)來確定鋼筋的位置和直徑，以此來保證混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，維護(hù)其安全。鋼筋保護(hù)層是防止鋼筋銹蝕的重要措施，電磁檢測(cè)技術(shù)可以通過測(cè)量鋼筋與混凝土表面之間的距離來確定鋼筋保護(hù)層的厚度，從而評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

電磁檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)出混凝土中的裂縫、空洞等缺陷，通過測(cè)量電磁波在混凝土中的傳播速度和衰減情況，可以分析出混凝土內(nèi)部的缺陷位置和大小，以便于及時(shí)采取修復(fù)措施。電磁檢測(cè)技術(shù)還可以通過測(cè)量微波在混凝土中的傳播速度和反射強(qiáng)度來評(píng)估混凝土的含水率和密度，以此來保證混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度。

2.3.3 電磁檢測(cè)應(yīng)用的局限性

雖然電磁檢測(cè)在路橋混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，但也具備一定的局限性。電磁檢測(cè)對(duì)于某些非導(dǎo)電性材料的檢測(cè)效果可能不佳，對(duì)于深層混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)，可能需要配合其他檢測(cè)方法以提高準(zhǔn)確性。對(duì)于開裂很窄的裂紋，尤其是閉合型裂紋，檢測(cè)效果可能不佳。

2.4 紅外熱像檢測(cè)

2.4.1 紅外熱像檢測(cè)的原理

紅外熱像檢測(cè)是利用紅外熱成像技術(shù)，通過測(cè)量混凝土結(jié)構(gòu)表面的溫度分布，來評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)的性能和質(zhì)量。其紅外熱像檢測(cè)是一種非接觸式測(cè)試設(shè)備，使用紅外輻射來檢測(cè)物體表面的溫度分布，無需對(duì)結(jié)構(gòu)造成物理接觸或損傷[5]。其還可以快速掃描大面積區(qū)域，即時(shí)顯示溫度圖像，提高檢測(cè)效率。紅外熱像圖以圖像形式直觀地顯示溫度分布，便于檢測(cè)人員快速識(shí)別和評(píng)估問題，可視化程度比較高，適用于檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫、滲漏等缺陷。

2.4.2 紅外熱像檢測(cè)的應(yīng)用

混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫和缺陷通常會(huì)引起局部溫度變化，紅外熱像儀可以快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域的溫度異常，幫助識(shí)別潛在的裂縫、空隙或其他缺陷。通過及早發(fā)現(xiàn)這些問題，采取必要的維修措施，可確?；炷两Y(jié)構(gòu)的健康和安全?；炷两Y(jié)構(gòu)中的溫度分布不均可能意味著結(jié)構(gòu)問題，例如材料密度不均或內(nèi)部損壞，紅外熱像儀提供整體表面溫度分布圖像，幫助檢測(cè)人員準(zhǔn)確地識(shí)別這些異常情況。某些混凝土結(jié)構(gòu)問題可能在外部不可見，但會(huì)導(dǎo)致局部溫度異常，紅外熱像儀可以定位這些隱藏的問題，如滲水或隱藏的缺陷。紅外熱像儀可用于在不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)試相同的混凝土結(jié)構(gòu)，以監(jiān)測(cè)溫度變化，這有助于識(shí)別隨時(shí)間推移可能發(fā)生的變化，如泄漏或材料老化等。

2.4.3 紅外熱像檢測(cè)應(yīng)用的局限性

紅外熱像檢測(cè)在路橋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，為檢測(cè)人員提供了一種非接觸、高效率且直觀的溫度分布檢測(cè)手段，通過檢測(cè)溫度異常，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在的問題，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的健康和安全。然而，其也存在著局限性，如受環(huán)境溫度、風(fēng)速和濕度等外部因素的影響可能影響紅外熱像儀的檢測(cè)結(jié)果[6]。紅外熱像檢測(cè)主要檢測(cè)物體表面的溫度分布，對(duì)于深層混凝土結(jié)構(gòu)的問題，可能需要結(jié)合其他檢測(cè)方法進(jìn)行綜合評(píng)估，因此深度檢測(cè)受限。紅外熱像圖的解釋和評(píng)估需要專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，操作人員需要經(jīng)過適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)和經(jīng)驗(yàn)積累，來解釋準(zhǔn)確性。

3 對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)在路橋混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)中應(yīng)用展望

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無損檢測(cè)技術(shù)也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，如基于激光技術(shù)的無損檢測(cè)、基于聲發(fā)射技術(shù)的無損檢測(cè)等，新的無損檢測(cè)方法和技術(shù)不斷涌現(xiàn)。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)無損檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)技術(shù)的智能化、自動(dòng)化，以此來提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和效率[7]。

盡管無損檢測(cè)技術(shù)在路橋混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但目前仍面臨一些挑戰(zhàn)和問題需要解決。首先，無損檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)精度和可靠性受到多種因素的影響，如混凝土材料的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)形狀、環(huán)境因素等。其次，無損檢測(cè)技術(shù)的成本較高，對(duì)于一些小型工程來說可能難以承受。最后，無損檢測(cè)技術(shù)的操作人員需要具備專業(yè)的知識(shí)和技能，培訓(xùn)成本較高。

無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向?qū)⑹翘岣邫z測(cè)精度和可靠性、降低檢測(cè)成本、實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化等方面，通過改進(jìn)無損檢測(cè)設(shè)備和算法、優(yōu)化無損檢測(cè)工藝流程、推廣無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用等方式來實(shí)現(xiàn)[8]。

4 結(jié)束語

無損檢測(cè)技術(shù)在路橋混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的實(shí)用價(jià)值，其主要包括超聲檢測(cè)、雷達(dá)檢測(cè)、紅外熱像檢測(cè)、電磁檢測(cè)等，通過采用合適的無損檢測(cè)技術(shù)和方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)路橋混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、缺陷和耐久性等方面的全面評(píng)估和監(jiān)測(cè)，為工程質(zhì)量控制和維修加固提供科學(xué)依據(jù)。在檢測(cè)過程中，每一種無損檢測(cè)方式都有自己的優(yōu)勢(shì)和局限性，需要結(jié)合路橋工程的實(shí)際情況采用合適的無損檢測(cè)方式，以此來保證檢測(cè)質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，無損檢測(cè)技術(shù)將在路橋混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

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