建筑土木工程试验检测措施分析

曹甫臣，李 青

(河套学院，内蒙古 巴彦淖尔 015000)

0 前 言

近年来，我国经济社会持续发展，建筑工程的规模也不断扩大，土木工程作为其中的主要形式，其施工质量也愈发得到社会的广泛关注。土木工程是否稳定、是否符合质量控制要求，直接影响到后续使用环节的安全性。同时，由于建筑工程结构处于一定的外部环境之中，因此，降雨、降雪甚至台风、地震等自然因素均可能会对其整体环境造成威胁，其结构难免会受到不同程度的损伤，这就凸显了土木工程试验检测的重要性。当前，无损检测技术得到了较快的发展，成为土木工程试验检测领域的主流模式。无损检测本身不会对建筑工程的整体结构产生影响，且其试验检测效果具有较高的可靠性。因此，加强对无损试验检测技术的研究，是当前土木工程行业必须关注的重点命题。由于无损检测技术较为多样，且随着先进电子技术的持续发展，这一技术的种类也不断扩充，本文主要就当前应用较为广泛的技术进行探讨，对其进行比较分析。

1 常用无损检测技术及其分类

不同的无损检测技术在工作原理、配套工艺、硬件设备以及获取结论的信号处理方法等方面都存在着差异，这些差异也是试验检测过程中具体选择技术的主要选择依据。选取工作原理这一分类标准，可以将当前土木工程的无损试验检测技术划分为直接测量、负荷响应与应用探测媒介技术三种，由于应用探测媒介技术近年来发展较为迅猛，且其借助的设备也呈现出科技化、精密化的特点，已经得到了业界的广泛关注，因而在本文中也会重点对应用探测媒介技术进行具体分析，以契合试验检测行业的发展趋势。

1.1 直接测量技术

直接测量技术是一种较为传统的无损检测技术，其操作相对来说较为便捷，因此，一直以来应用较为广泛。其应用的对象主要是土木工程中某一个可以被直接测量的物理量，或是通过某些可以直接测量的量能够推断出来的情形。

例如，混凝土的含水量直接影响到混凝土材料的强度，这一参数无法被直接测量，但是却可以通过其他物理量的测量而加以推断。试验检测中，可以通过对含水混凝土进行称重、再对烘干后的同一检测对象进行称重、最后得出相减结果的方式，判断混凝土材料的含水量。在实践中，通常以轻微损伤为代价，对待检测的建筑土木工程含水量进行判断，如在墙体取出少量样品作为研究对象等。

再例如，电化学检测技术的应用同样也属于直接测量的范畴，该技术主要是通过在待检测的混凝土试样上安装电极，得出通过试样的电流并依照标准方法计算出腐蚀电流的数值，对土木工程混凝土结构中的钢筋腐蚀速率进行判断。但必须注意的是，受多种难以把控因素的影响，这种检测的最终精度无法得到有效保证。

1.2 负荷响应技术

负荷响应技术，顾名思义，是指通过测量待检测物体在负荷作用下的响应情况，对其质量进行判断的方法。考虑到建筑土木工程的整体稳定性，如果需要产生的负荷量过大，那么显然不适宜运用该种方式。

负荷响应技术中最具代表性的是振动分析技术。土木工程施工中选用的材料、结构设计方案及整体刚度决定了工程的本征振动频率，而在投入使用后，其面临着风力等各种扰动力的共同作用，因而其事实上处于一个一直振动的状态。通常来说，这些扰动力并没有特定的规则，属于广谱的范畴，其可以实现对建筑物本征振动频率的激发。振动分析技术主要是通过对频率测量值与建筑物本征频率的设计值或计算值的比较，以此推断出建筑物的线度、刚度、完整性、稳定性是否存在较大的宏观缺陷。该技术具有高效、操作简单的特点，尤其是随着土木工程体量的扩大，该技术的应用价值也日益凸显。

1.3 应用探测媒介技术

当前，越来越多的无损检测技术需要应用探测媒介，这一媒介主要包括波与场两种形式。依照测量具体形式的不同，可以将该技术划分为主动检测技术与被动检测技术两大板块，前者的探测媒介由检测设备产生与发送，后者的探测媒介则来自于探测对象本身。在后文中会选取常见的应用探测媒介技术加以具体探讨。

2 应用探测媒介的无损检测技术

2.1 利用机械波的技术

依照不同机械波的差异，可以分为冲击回波技术、超声脉冲回拨技术、声发射技术。

1)冲击回波技术。这一技术在土木工程试验检测中应用较为广泛，其主要操作流程如下：由专业试验检测人员运用锤子敲打试样，或是运用下坠的小球对其进行冲击，从而使其产生一定的声波，这一声波被试样附近的传感器接受。如果试样确实出现了损伤问题，那么传感器所接收到的声波频率会与标准化情况出现较大的差异，以此判断建筑土木工程的损伤情况。当前，数字信号处理(DSP)FFT技术是冲击回波试验检测中的主要传感技术，可以实现对土木工程混凝土结构内在的裂缝、分层与空穴问题的反映。同时，在应用冲击回波技术的过程中，主要利用空气作为声的耦合介质，因此，试样的表面无需进行特别的平整处理。但必须注意的是，随着土木工程质量要求的提高，冲击回波技术在灵敏度、分辨力等方面已经略显乏力，且虽然检测流程相对简单，但是却需要耗费较长的时间，不利于试验检测效率的提升。

2)超声脉冲回拨技术。该技术应用于土木工程试验检测时，所产生的超声波主要依托PZT压电换能器来接收。其工作原理主要是利用了声学的基本物理规律，即脉冲回声学量会因待测物体的力学性能、几何形态而有所差异。土木工程所使用材料的刚度与密度决定了超声声速，超声衰减以及频谱变化又与待测物体中所含颗粒的大小密切相关。这也就意味着利用该技术，可以实现对土木工程中混凝土缺陷状态、墙壁完整性、钢筋强度等多样化内容的把控。但是同样需要注意的是，超声脉冲回拨技术在土木工程试验检测中的应用也存在着一定的局限性。如混凝土本身对于声波就具有一定的吸收作用，再例如骨料可能会导致超声的散射，这都可能影响该技术的试验检测精确度。当前，这些局限性的解决主要有两种方案，其一是直接加大超声功率，其二是引入先进的信号处理与显示方法，这也是业内一直在探索的重要内容。

3)声发射技术。声发射是物理学中的一种现象，其主要是指某一物体受到来源于物体之外的载荷作用之后，其会在短时间内以应力波形式完成内部弹性能量的释放。一般情况下，这些能量的来源是物体内部存在的位错、裂纹等异常情况。可以看出，将这一技术应用于土木工程的试验检测过程，可以通过所获取到的信号对于待检测物体的内部性质进行判断。在实际操作过程中，试样的几何形状、品质形态、外来载荷的方向等均可能对声发射的信号产生影响，同时，土木工程所使用的水泥的型号、骨料大小以及建筑整体的使用时长都可能影响声发射。这也就意味着，通过声发射信号，可以获取到内容极为多元化的检测信息，但是与此同时其中存在的信息又过于复杂，如何提炼出有价值的核心信息、为试验检测提供结果参考具有较大的难度。

2.2 利用电磁波的技术

利用电磁波的技术也被称为NDT-CE-EMT技术，是无损检测技术的重要分支，其探测媒介为微波频段的电磁波，频率多处于90～1 000 MHz，依照实际的检测情况加以确定。通过对电磁波的传播时间、反射技术、折射率等参数进行测量，对待测物体的性质进行判断。当前，土木工程试验检测中主要采用了地面穿透雷达这一利用电磁波的检测技术。在实践中可以发现，该技术的应用优势较为突出，其可以实现非接触甚至遥感检测，操作精度较高；该技术对于非金属材料的检测尤为适用，这也契合了土木工程结构中混凝土、砖等非金属材料占比较大的现实情况；同时，在应用该技术的过程中，无需对试样的表面状态进行特别的处理。但是值得注意的是，由于固有的屏蔽效应影响，地面穿透雷达技术无法检测金属内部以及金属平板后面的物体，在土木工程试验检测中的范围具有一定的局限性。

2.3 利用光波、红外线的技术

1)电子散斑干涉技术。该技术分为ESPI与SPSI两种。ESPI基于全息原理 ,将从物体反射回来的激光与 参考光相干涉 ,干涉图样由 CCD相机接收。 将物体变形前后的干涉图相减 ,得到的条纹图反映了照明 区域表面的位移场。 利用相移技术 ,ESPI的分辨力 能达到 20 nm数量级。 ESPI是一种非接触的全场检 测技术 ,用于监测漫反射表面的三维位移场。与 ESPI不同 ,SPSI直接测 量物体表面的应变而不是位移。物体表面的反射光被分成两束 ,并且在横向错开一个微小距离 ,然后再互相干涉。它对物体的刚体运动没有反应。

2)热图成像技术。该技术又称IRT技术，其主要是利用了物质所具有的热传导性这一物理属性加以试验检测。通过热源对试样给予一定的热能，从而使得试样表面形成一定的温度分布，从而反映物体表层以及表层下面材料或结构的热传导性差异。可以看出，该种技术在应用到土木工程试验检测过程中时，无法获得土木结构深度即厚度的有关信息，但是在对建筑墙体保温功能的判定、探测墙体内部金属件的分布情况等方面具有较高的适用价值。

3 总结与展望

当前，无损试验检测技术已经成为土木工程试验检测中的主流技术，这些技术对于人力操作的要求相对较低，可以减少不必要的人为误差，同时可以避免对建筑物结构产生的大范围影响。可以预见的是，未来无损检测技术在土木工程中的应用必然会更加广泛。总体来看，多数无损检测技术的本质都属于信息技术，其应用过程是一个获取信息、提取信息、导出结论的过程，因此，为了继续推动无损检测技术的发展，加强对于新型高性能的发射或接收转能器的研究、推动信号处理技术水平的提高是业界发展的整体方向。当前，神经网络技术、人工智能技术、模式识别技术等先进技术的发展，也将为无损检测技术的进一步深化提供动力。

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