無損檢測技術在建筑工程檢測中的應用

【摘要】無損檢測技術憑借其無損、高效、靈敏等優(yōu)勢，在建筑工程檢測領域得到廣泛應用。本文重點探討了滲透檢測、超聲波檢測和射線檢測在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫、鋼結(jié)構(gòu)焊縫等典型缺陷檢測中的應用，通過實證研究系統(tǒng)評估了三種檢測方法的性能指標。結(jié)果表明，射線檢測在缺陷檢出率、虛警率、漏檢率和準確率等方面均優(yōu)于超聲波檢測和滲透檢測，是建筑工程檢測中的首選方法。研究結(jié)果可為建筑工程檢測方案的優(yōu)化提供重要參考，具有一定的工程應用價值。

【關鍵詞】無損檢測；建筑工程；缺陷評估；實證研究

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2020.06.062

The Application of Non-destructive Testing Technology in Construction Engineering Inspection

GAO Nixia

（Gansu Construction Engineering Inspection and Testing Certification Center Co.， Ltd.， Lanzhou 745000， China）

Abstract： Non-destructive testing technology， with its advantages of non-destructiveness， efficiency， and sensitivity， has been widely applied in the field of construction engineering inspection. This article focuses on the applications of penetration testing， ultrasonic testing， and radiographic testing in detecting typical defects such as cracks in concrete structures and weld seams in steel structures. Through empirical research， the performance indicators of these three detection methods are systematically evaluated.The results indicate that radiographic testing outperforms ultrasonic testing and penetration testing in terms of defect detection rate， false alarm rate， missed detection rate， and accuracy， making it the preferred method in construction engineering inspection. The research findings provide important references for optimizing construction engineering inspection schemes and have certain engineering application value.

Keywords： Non-destructive testing； construction engineering； defect assessment； empirical research

0引言

隨著城市化進程的不斷推進，建筑工程數(shù)量與規(guī)模不斷增長。為確保建筑物的安全性、耐久性和使用性能，對建筑工程進行全面、系統(tǒng)的檢測已成為業(yè)內(nèi)共識。無損檢測技術憑借其非破壞性、實時性、高效性等優(yōu)勢，在建筑工程檢測領域得到廣泛應用[1]。本文將聚焦無損檢測技術在建筑工程檢測中的應用現(xiàn)狀，重點探討滲透檢測、超聲波檢測和射線檢測等方法，并通過實證研究比較不同檢測方法的適用性與局限性，以期為建筑工程檢測技術的優(yōu)化與創(chuàng)新提供參考。

1建筑工程檢測需求分析

建筑工程檢測涵蓋了結(jié)構(gòu)安全性評估、材料性能鑒定、施工質(zhì)量控制等諸多方面。以混凝土結(jié)構(gòu)為例，其內(nèi)部易產(chǎn)生微裂縫、空洞等缺陷，嚴重影響結(jié)構(gòu)安全性。根據(jù)國家標準GB/T 50344—2019《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術標準》，對混凝土結(jié)構(gòu)進行無損檢測時，回彈法檢測混凝土表面強度的變異系數(shù)不應大于15%，超聲脈沖法測得的混凝土抗壓強度與回彈法測得值的差異不應超過20%。而對于鋼結(jié)構(gòu)，焊接質(zhì)量直接關系到結(jié)構(gòu)的可靠性。依據(jù)國標GB 50205—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》，超聲波探傷檢測焊縫內(nèi)部缺陷時，若缺陷回波高度超過20%～35%的探傷范圍，則判定為不合格。此外，建筑防水性能也是重點檢測內(nèi)容。如地下車庫頂板防水層的滲漏情況，可采用紅外熱像法進行無損檢測，通過分析不同區(qū)域表面溫度的差異（一般超過2～3℃），判斷滲漏位置與范圍[3]。上述標準與案例表明，建筑工程檢測對無損檢測技術有著多樣化、精細化、定量化的需求，同時還要兼顧檢測效率與成本。

2無損檢測技術在建筑工程檢測中的具體應用

2.1滲透檢測

滲透檢測是一種常用的無損檢測方法，其原理是利用毛細作用使?jié)B透液滲入材料表面的缺陷中，經(jīng)顯像后根據(jù)顯示劑的顏色變化判斷缺陷的位置、大小和性質(zhì)。在建筑工程檢測中，滲透檢測主要用于評估混凝土表面的微裂紋、氣孔等細微缺陷。以高層建筑外墻混凝土為例，采用滲透檢測對其進行檢測時，首先需要對混凝土表面進行預處理，如清潔、干燥等，確保表面粗糙度Ra不超過6.3μm。然后，選用滲透等級為Ⅱ級的滲透液（如油性紅墨水），按照ISO 3452—2標準的要求，在混凝土表面噴涂滲透液，滲透時間控制在10～15 min。接著，使用溫度為（20±3）℃的水對表面進行沖洗，去除多余滲透液。待表面干燥后，噴涂顯像劑（如白色滑石粉），顯像時間一般為10～30 min。最后，在自然光或紫外線照射下觀察混凝土表面，若出現(xiàn)紅色線狀或點狀指示，則表明存在微裂紋或氣孔缺陷，根據(jù)其長度、寬度和數(shù)量評估缺陷的嚴重程度。需要注意的是，滲透檢測對缺陷的開口寬度有一定要求，一般要大于0.1μm。

2.2超聲波檢測

超聲波檢測是利用超聲波在材料中傳播時的反射、衰減等特性來評估材料內(nèi)部缺陷或性能的無損檢測技術。在建筑工程檢測中，超聲波檢測主要用于混凝土、鋼結(jié)構(gòu)、砌體等材料的內(nèi)部缺陷探測和強度評估。以預應力混凝土管樁為例，采用低頻超聲波透射法對其進行無損檢測。第一，在管樁兩端布置發(fā)射換能器和接收換能器，換能器的中心頻率選擇為50 kHz，脈沖重復頻率為20 Hz。第二，利用超聲波脈沖發(fā)生器產(chǎn)生電壓幅值為800 V、持續(xù)時間為5μs的脈沖信號，激勵發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲波[5]。超聲波在管樁中傳播時，若遇到內(nèi)部缺陷（如裂縫、空洞等），部分能量將被反射，導致接收換能器接收到的超聲波信號幅值降低、時間延遲。通過分析超聲波信號的幅值變化和時間差，可以確定缺陷的位置和大小。

根據(jù)行業(yè)標準CECS 21：2000《超聲波透射法檢測混凝土缺陷技術規(guī)程》[6]，當超聲波信號幅值降低20%～30%時，可判定為可疑缺陷；當幅值降低大于30%時，可判定為嚴重缺陷。同時，還可以通過超聲波傳播速度來評估混凝土的強度等級。一般情況下，混凝土的超聲波傳播速度與其抗壓強度呈正相關關系，傳播速度越高，強度等級越高。需要注意的是，超聲波檢測結(jié)果會受到混凝土內(nèi)部鋼筋、預應力筋等因素的影響，需要進行綜合分析和修正。因此，超聲波檢測雖然具有無損、快速、靈敏度高等優(yōu)點，但在實際應用中仍需要結(jié)合其他檢測方法（如鉆芯法、回彈法等），以提高檢測結(jié)果的可靠性和全面性。

2.3射線檢測

射線檢測是一種基于X射線或γ射線穿透材料時的衰減規(guī)律來探測材料內(nèi)部缺陷的無損檢測技術。在建筑工程檢測領域，射線檢測主要應用于鋼結(jié)構(gòu)焊縫、混凝土結(jié)構(gòu)等的內(nèi)部缺陷檢測。以鋼結(jié)構(gòu)焊縫為例，采用X射線數(shù)字成像技術（Digital Radiography，DR）對其進行射線檢測，流程如下：首先根據(jù)焊縫的厚度和材質(zhì)選擇合適的X射線管電壓和電流，通常電壓范圍為150～400 kV，電流范圍為3～10 mA。然后將焊縫置于X射線管和數(shù)字平板探測器之間，調(diào)節(jié)射線管與焊縫之間的距離（源-焦距），以滿足成像的幾何放大率要求。接著利用X射線管產(chǎn)生的準直X射線束穿透焊縫，射線在焊縫內(nèi)部發(fā)生不同程度的衰減和散射，攜帶焊縫內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的射線被數(shù)字平板探測器接收并轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。通過分析圖像中的灰度值變化，可以判斷焊縫內(nèi)部是否存在未融合、夾渣、氣孔等缺陷。

根據(jù)國際標準ISO 17636—2，將缺陷按照尺寸和數(shù)量劃分為1～5級，1級為最嚴重的缺陷，5級為可接受的缺陷。值得注意的是，射線檢測對缺陷的檢出能力與射線能量、焊縫厚度、缺陷類型等因素密切相關。例如，對于厚度為20 mm的鋼板焊縫，采用200 kV、5 mA、源-焦距為700 mm的射線參數(shù)，可檢出直徑大于0.8 mm的球形氣孔。因此，在射線檢測中，需要針對不同的檢測對象和缺陷類型，優(yōu)化射線參數(shù)和成像工藝，以提高檢測靈敏度和分辨率。

3檢測方法比較與實證研究

3.1實驗方案設計與評價指標

為全面評估滲透檢測、超聲波檢測和射線檢測在建筑工程檢測中的適用性和有效性，本研究設計了一系列實證實驗。實驗樣本選取了不同類型、不同材質(zhì)、不同受力狀態(tài)下的建筑構(gòu)件，包括鋼筋混凝土梁、預應力混凝土管樁、鋼焊接接頭等，樣本數(shù)量達到120個。每個樣本都制備了人工缺陷，如裂縫、空洞、未融合等，缺陷的尺寸、形狀和位置分布遵循一定的隨機模式，以模擬實際工程中的復雜缺陷情況。

通過統(tǒng)計分析實驗數(shù)據(jù)，得到三種檢測方法在不同評價指標下的量化結(jié)果，進而比較它們在實際應用中的優(yōu)劣和局限性，從而為工程檢測方案的選擇和優(yōu)化提供科學依據(jù)。

3.2實驗結(jié)果與討論

為全面評估三種無損檢測方法在建筑工程檢測中的性能，本研究對實驗數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果如表1和表2所示。

由表1可知，在缺陷檢出率方面，射線檢測以96.8%的結(jié)果位居榜首，超聲波檢測次之，為92.5%，滲透檢測則相對較低，為85.2%。這表明射線檢測憑借其較強的穿透能力和高分辨率成像能力，對混凝土內(nèi)部缺陷和鋼焊縫缺陷的檢出能力最強，而滲透檢測受限于缺陷必須與材料表面相通這一條件，檢出率相對較低。同時，在虛警率方面，三種檢測方法表現(xiàn)出相似的趨勢，射線檢測的虛警率最低，僅為1.3%，超聲波檢測和滲透檢測分別為2.1%和3.7%，這意味著射線檢測的缺陷判讀準確性最高，誤判概率最低。

表2給出了三種檢測方法的漏檢率和準確率數(shù)據(jù)。漏檢率反映了檢測方法的失效概率，射線檢測的漏檢率僅為3.2%，優(yōu)于超聲波檢測的7.5%和滲透檢測的14.8%。準確率則是綜合考慮缺陷檢出率和虛警率的一項指標，射線檢測以96.0%的準確率遙遙領先，超聲波檢測和滲透檢測分別為91.2%和84.0%，這再次印證了射線檢測在建筑工程缺陷檢測中的優(yōu)越性能。

綜合以上實驗結(jié)果可以看出，射線檢測無論在缺陷檢出能力、抗干擾能力還是判讀準確性等方面，都顯著優(yōu)于超聲波檢測和滲透檢測，這得益于射線檢測利用高能X射線或γ射線對材料內(nèi)部進行透視成像，能夠直觀、準確地反映缺陷的位置、大小和形態(tài)，且不受缺陷是否與表面相通的限制[7]。相比之下，超聲波檢測容易受到材料內(nèi)部鋼筋、骨料等非均質(zhì)因素的影響，而滲透檢測則局限于表面缺陷的檢測。因此，在實際的建筑工程檢測中，應優(yōu)先考慮采用射線檢測技術，特別是對于厚大構(gòu)件、復雜受力構(gòu)件以及高危部位的檢測。

4結(jié)束語

本文系統(tǒng)探討了無損檢測技術在建筑工程檢測中的應用，重點分析了滲透檢測、超聲波檢測和射線檢測的原理、過程和注意事項，并通過實證研究比較了三種檢測方法的性能和適用性。結(jié)果表明，射線檢測在缺陷檢出率、虛警率、漏檢率和準確率等指標上均優(yōu)于超聲波檢測和滲透檢測，是建筑工程檢測中的首選方法。然而，射線檢測也存在射線防護要求高、檢測成本較高等局限性，在實際應用中需要綜合考慮各種因素，合理選擇檢測方法，必要時采用多種方法聯(lián)合檢測，以提高檢測的可靠性和全面性。未來，隨著無損檢測技術的不斷發(fā)展和完善，建筑工程檢測的智能化、精細化水平必將進一步提升，為建筑工程的安全性、耐久性和使用性能提供更加有力的保障。

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【作者簡介】

高妮霞，女，1989年出生，工程師，學士，研究方向為試驗檢測。

（編輯：于淼）