水工混凝土质量无损检测技术分析

□胡国伟（贵州省水利水电勘测设计研究院）

混凝土材料，自其诞生起便受到建筑工程界的青睐，被广泛应用于工程建设中，水利水电工程亦是如此。随着水利水电工程规模的不断扩大，人们对于工程质量要求不断提高，混凝土作为工程的重要基础部分，对其进行质量控制与检测则不可避免。水工混凝土的检测方法主要分为取样试验以及物理检测两者，取样试验，顾名思义是在现场取样并对样本进行试验，这种方法精度较高，但是可能会破坏水工混凝土的整体结构。而物理法，即无损检测法，可以避免取样法的弊端，在不影响被测物整体结构的情况下，快捷、高效地进行检测，但是这种方法在精度方面需要一定的提高。文章针对水工混凝土质量的无损检测技术进行论述，供类似工程参考。

1 国内混凝土无损检测技术的发展

国际上，对混凝土无损检测技术的研究起源于1930年的表面压痕法，而我国的混凝土无损检测研究则起源于20世纪50年代，主要是基于瑞士、英国、波兰等国回弹仪与超声仪等设备，结合国内工程实际开展起来的。20世纪60年初，在检测设备以及检测技术上都得到了一定发展，例如在设备上开始批量生产回弹仪、压法超声检测仪；而在方法上还出现了钻芯法、后装拔出法等。到了20世纪90年代，一些关键的无损检测技术得到了实际的应用，例如红外成像技术、冲击回拔技术等，设备上超声波检测仪器从模拟式发展为数字式，计算机进入到检测领域，用于处理检测数据，极大提高了检测质量。综合而言，伴随着科学技术不断更新，混凝土无损检测技术得到了不断提升，基于混凝土无损检测技术的水工混凝土无损检测技术也得到了相应发展，这也有效地保障了我国水利水电工程的质量，确保水利水电工程社会效益的发挥。

2 水工混凝土质量无损检测关键技术

2.1 回弹法用于混凝土抗压强度无损检测

在水工混凝土抗压强度无损检测中一般会使用回弹法。该方法具有仪器简单、操作方便、经济迅速、测试精度高的特点，被广泛应用于水工混凝土质量无损检测领域。回弹法主要通过回弹仪检测出的回弹值来分析混凝土情况，通过回弹值反映材料的弹性性质与塑性性质。不过这种方法的应用具有局限性，当构件较厚时，只可以体现材料的表层特性，而且，湿度对回弹法测低强度混凝土影响较大。因此，水工混凝土抗压强度无损检测主要采用回弹钻芯综合法。

2.2 超声脉冲技术

超声脉冲技术是水工混凝土质量无损检测的重要技术之一，这一技术的应用主要是利用混凝土材质的特点进行的。具体分析，混凝土是一种非均质的弹粘塑性材料，这种材料具有对超声脉冲波的吸收、散射衰减大的特点。而超声脉冲技术正是利用这一特点来分析混凝土的质量状况,在利用这一技术进行混凝土的质量检测时一般要求使用低发射频率。具体检测时，当水工混凝土的质量以及相关质量要素符合规定，则超声传播速度、首波幅度以及接收信号主频等声学参数就会较为稳定，没有较大的起伏。但是当混凝土质量存在问题时，超声脉冲的波幅、频率值会出现降低的现象，而且声值也明显增大，只要出现这种现象即可以判定混凝土质量有缺陷，这一技术主要对于空洞、不密实以及裂缝等混凝土质量问题的检测效果明显。

2.3 红外成像无损检测技术

红外热成像检测技术主要是依靠物体内部红外辐射、表面温度、材料特性三要素之间的关系，使用红外成像仪将来自目标的红外辐射转变为可见的热图像，然后通过对图像的分析来判断出物体内部缺陷情况。红外线是一种特殊的电磁波，其性质处于可见光与微波间。关于红外线的辐射，在整个地球内部的所有物体只要其温度高于绝对零度(-273℃)就具备辐射红外线的功能。而红外成像无损检测技术则是利用物体辐射红外线的性能原理进行操作的。当水工混凝土质量存在问题时，其内部就会出现异常，由此，问题部位的热传导性能发生变化，自然这些部位的温度分布也会与正常部位不一致。接着利用仪器，即红外成像仪呈现出混凝土表面的温度分布情况。这样，就可以直接分辨出异常部位，即确定混凝土质量问题相关情况。从上可知，红外热成像无损检测技术运用是与材料不相接触的，而且非常直观、迅速，此外，还可以对混凝土开展全方位的连续检测，而且也不会受到黑夜与白天的时间限制。这一技术一般应用于冻害以及火灾情况下混凝土的破坏情况。

2.4 超声波CT技术

超声波技术的穿透能力极强且检测简单、便捷，因此被广泛应用于水工混凝土检测工作之中，特别是一些大体积混凝土，如大坝、桥墩等混凝土构筑物。但是，为了提高超声波技术的检测质量，应当注意结合计算机层析成像技术，构成混凝土超声波层析成像检测技术。这主要是因为传统的超声波技术检测时只能检测线上的混凝土质量，不够全面，且精度不高，对人员要求也较高，实用性不强，而混凝土超声波层析成像检测技术则具有一定的先进性。这种方法首先将待检测混凝土断面剖分为诸多矩形单元，然后从不同方向对每一单元进行多次超声波射线扫描，即由来自不同方向的多条射线穿过一个单元，用所测超声波走时数据进行计算成像，其成像结果可精确、直观表示出整个测试断面上混凝土的缺陷及质量信息，使检测精度大为提高。

3 水工混凝土质量无损检测技术展望

当前，我国的水利水电工程在不断发展之中，且建设规模及难度也不断增大。这不仅对现行的工程技术以及有关规范带来挑战，也对无损检测技术提出了一系列难题。有关的实践表明：及时检测发现病害和隐患是防止恶性事故发生的有效前提。因此，在水利水电工程规模不断扩大、难度不断提升的环境之下，混凝土质量无损检测工作将会面临前所未有的挑战，对于其检测质量要求不断提高。

对于当前无损检测工作进行分析，常规无损检测技术受分辨率和可靠性的限制，检测结果反映是局部问题，采集的是一特定工况下的数据，不具备连续性，不能对水工结构的整体安全性进行评价，不能全面反映水工建筑物的工作形态。因此，在重要水工建筑物的检测上，必须要解决无损检测技术的“及时性”，并使检测成果在水工建筑物寿命期内具有空间和时间的“连续性”，这就需要无损检测技术与安全监测技术进行有机结合。无损检测技术必须向高分辨率、高可靠性、数字实时成像方向发展，通过定期检测或监测方式使数字化的检测数据经信号传输随时进入数据库，叠加时间维后分析工程病害和隐患的发展状况，才能研究其变化趋势、分析其中规律。总之，水工混凝土质量无损检测技术的发展要与时代相协调，要与数字监控等先进技术相配合，通过组成先进的专家系统，真正做到为水利水电工程的风险预测和评估提供帮助，提高工程的风险管理水平。

4 结语

总之，随着水利水电工程规模的不断扩大，其在人类社会中所起到的作用也日益突出。为了使得其更好地发挥作用，提高综合效益，就必须要做好工程建筑物的质量检测工作。由于当前的水工建筑物基本上都是采用混凝土材料，因此，加强建筑物混凝土质量的检测就显得尤为重要。有关人员要充分认识到这一点，并且着力研究混凝土质量无损检测技术，将其与现代科技相结合，有效地检测质量，提高水利水电工程的风险管理水平。

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