土木工程中的无损检测技术及其应用探析

杨 庆 叶子明 张 健

（柳州工学院 广西·柳州 545000）

0 引言

无损检测技术作为土木工程必不可少的应用手段在施工的各个环节都具有用武之地，对提高建筑施工质量有积极的帮助作用，有利于规避施工过程中的风险，避免安全事故发生。同时有利于提高施工材料的利用率，减少不必要的浪费，为施工单位带来更多的经济效益。

1 土木工程中常见无损检测技术

1.1 直接测量技术

直接测量技术顾名思义是对物理量进行直接测量，是最早的传统测量技术，具有简单有效的特点，能够利用测量结果推算确定的情况。直接测量技术不能应用在所有检测方面，但有些情况利用该技术却是最高效的。例如：含水率的检测，可以对取土木工程中的混凝土进行称重，烘干水分后进行二次称重，利用二者之间的差量可以通过计算得出含水率。该项技术虽然从可行性来看不拘泥于实验室，所取用的混凝土样本对建筑物本身而言的损坏微乎其微，可以应用在土木工程中。利用直接测量技术得到的含水率虽然在精度上相较于其他技术有一定差距，但简单、便捷、易操作，且成本低。其次，电化学检测也是直接检测技术的一部分，可以用来检测钢筋腐蚀的速度。具体方式是在被检测物上安装电极，进而测量电流经过该物体时的大小，通过公式计算得出相应结果。电化学检测技术的缺点在于干扰因素较多，检测结果的准确率较低。

1.2 负荷响应技术

负荷响应技术指的是被检测物受到载荷作用后的响应。在应用的过程中需要注意负荷不应过大，以免使被检测物遭到破坏。负荷响应技术在振动分析方面应用最常见。建筑物的振动频率是衡量建筑质量的关键，多重因素共同作用下形成了建筑物的振动，主要由材料、结构、刚度等决定，同时受风力的影响。干扰因素作用在建筑物上通常是持续、不规律的，能够造成几乎所有的本征振动。检测建筑物的固有振动可以通过测量建筑物的振动情况，进而进行计算与分析。将实际测得的振动率与设计中的预期值相比较，能够分析出建筑物是否符合宏观预期以及找出存在的缺陷。负荷响应技术普遍用于固有振动频率检测，其中激光干涉遥测本征振动是目前应用最为广泛的技术之一。在土木工程实际施工中，建筑物情况各不相同，体积或大或小、结构复杂多变、施工材料不同，又或者振动频率较小，频谱比较复杂，从而影响到实际检测结果。由此可以看出负荷响应技术在应用的过程中易受到外界因素的干扰，提取振动频率时有一定难度。因此，相关技术人员在检测时可以使用计算机和数字信号处理技术，提高数值的准确率，利用计算机的数据处理技术提高振动分析效率。

1.3 应用探测媒介技术

1.3.1 冲击回波技术

冲击回波技术用于测量结构在冲击荷载作用下的响应。具体实施方式是选取建筑物样品，使用小锤子等工具进行敲打，使其产生声音，利用相应的声音传感器接受信号，通过仪器对声波频率改变情况进行分析可以检测出样品是否存在异常与缺陷。为有效提高数字信号的处理能力，技术人员可以利用基于FFT技术的分析仪，分析回波频率增强准确性。冲击回波技术主要应用与孔、裂纹和分层的检测和定位。该项技术的优点在于将空气作为声波传递的介质，对被测建筑物体本身要求较低，及时被测物表面粗糙，不整齐也可以应用。但同时存在缺点，该项技术的灵敏度不甚理想，分辨效果也较差，在检测速度上也落后于其他技术，需要相关技术开发人员不断对检测装置进行改善以满足更高的检测需求。

1.3.2 超声脉冲回波技术

超声脉冲回波技术利用压电换能器PZT产生和接收超声波的形式对土木工程建筑进行检测。分析声学规律可以得出声量受物体的机械量影响。由于建筑物体的体积大小、施工材料不同导致的不同密度、硬度等，超声波声速大小不一，其传播时间与声速、距离等因素又直接影响到声波的传播时间，其衰减程度取决于，而频谱、介质主要成分的变化决定了声波的衰减程度。因此超声脉冲回波技术被广泛用于缺陷检测和定位工程中。虽然该技术的优势作用明显，但也存在一些问题，例如建筑物中的混凝土超声吸收与散射超声波聚合的问题尚未解决，对应用造成了一定的影响。在分析大量数据与实践中可以得出，将超声功率进行提高能有效缓解存在的问题，利用超高功率超声束经过空气后穿透砖块上方，这种解决方式对功率要求较高，必须使用超大功率的换能器才能够实现，此外，高效的信号处理技术和准确的显示技术也是解决这类问题必不可少的方式。

2 土木工程中的无损检测技术应用

2.1 检测裂缝和材料强度

2.1.1 检测裂缝

针对建筑的裂缝检测主要分为裂缝的走向、裂缝的稳定性、裂缝的数量、裂缝的长与宽、以及裂缝的位置。其中裂缝的数量、走向和位置在一般情况下能够通过目测直接分析出，也可以利用图像处理技术，如照相机、摄像机等进行拍摄，方便进行记录和后期查看。同时对建筑裂缝需要进行长期的跟踪监测，注意活动性裂缝的变化程度。可以利用石膏低抗拉力的特性，选取一块大约10毫米的石膏饼粘贴在裂缝处，需要紧密粘贴，当裂缝产生细微变化使通过观察石膏便可以分析出变化情况。此外，还可以使用弓形引伸仪和接触式引伸仪，将其放在裂缝处进行检测，结合千分表和百分表进行相关检测与记录。为更好掌握建筑物裂缝情况，在检测过程中应将不同时间段内裂缝长度与宽度加以标志，根据裂缝端头的变化和时间分析裂缝变化情况并采取相应措施。

检测混凝土表面裂缝时主要检测裂缝的数量、分布状态和位置，以及裂缝的深度、长度和宽度，还包括缝隙的形状。裂缝的形状包括两头窄中间宽、八字形、网形、集中宽缝形、上窄下宽形、下窄上宽形等。此外，还应检测裂缝的基本走向，如沿钢筋方向、斜向和纵向等，观察分析发展的现象。同时检测有无贯通的裂缝，析出物质有无脱落与混凝土中。使用的检测工具及技术主要包括测量长度的直尺、钢尺，测量宽度的放大镜、检验卡、塞尺等，测量深度的超声脉冲法，需具体情况具体分析，根据实情灵活选用不同检测手段。

2.1.2 检测钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构是建筑物的基础结构，对其进行的检测主要包含钢筋的位置、混凝土的强度、混凝土内部缺陷和裂缝等缺陷。该检测以现有的结构为检测对象，大多数情况是在施工现场完成，这也在一定程度上增加了检测的难度。现阶段的钢筋混凝土结构检测技术正在不断完善与进步，检测设备与方式更加多样化，能够满足不同的检测需求。对钢筋混凝土进行检测可以得到钢筋混凝土结构质量的有效结果，进而保障施工质量。

2.2 检测混凝土非破损强度

检测混凝土非破损强度可以应用回弹法。回弹法在混凝土非破损强度检测中多有应用，由于混凝土抗压强度和混凝土表面的硬度存在一定的关系，因此借助这一原理实施检测。检测中需要使用到回弹仪，目前在检测建筑物结构的过程中，中型回弹仪的应用较为广泛，根据混凝土表面的回弹度可以得知其表面硬度，进而得出混凝土的抗压强度。需要注意的是在使用过程中应严格遵循相关技术规定，规范操作，以提高检测结果准确性。

其次可以应用超声波脉冲技术。超声波脉冲技术可以应用于大量相同混凝土的建筑物检测中，进行混凝土的强度测试。超声波在混凝土中的传播速度快，可以有效反应混凝土的性质，具有高效、快速的优势。从理论上来看声音传播速度和混凝土强度之间的关系可以通过强度和应变性质的关系理论进行推论，但在现实中这一推论的准确性是存在偏差的。究其原因是不同施工材料的干扰因素所造成的，在一定程度上影响了二者之间的关系，影响到推论结果。因此在检测过程中，应将这些因素考虑在内，可以建立混凝土抗压强度和声速之间的曲线关系图，从而更加直观的进行分析推论，对混凝土强度进行等级划分。针对一些特殊情况，如自然灾害、施工不当、应用环境等影响了钢筋混凝土与混凝土的结构，甚至出现裂缝、空洞、蜂窝麻面等问题，严重影响建筑物的耐久性与承载力。需要相关技术人员及时采取科学合理的检测方法进行评估，有针对性的采取补救措施。

2.3 检测钢筋布置及锈蚀

混凝土中钢筋分布、保护层厚度，以及锈蚀情况对结构的承载力以及耐久性有很大影响。受施工质量及环境条件的影响，工程中钢筋保护层厚度不够、直径不足及钢筋过早锈蚀都会影响工程质量及寿命。

钢筋位置的检测一般是在构件上进行，包括对钢筋的数量、保护层厚度、钢筋的位置、锈蚀程度等。其中，浅层钢筋的位置、直径和保护层厚度可用电磁感应法，深层钢筋的位置、分布可用雷达法，而钢筋锈蚀程度的检测可用半电池电位法。

用电磁感应法检测钢筋布置时，仪器探头产生一个电磁场。当某条钢筋或其他金属物位于这个电磁场内时，会引起这个电磁场磁力线的改变，造成局部电磁场强度的变化。电磁场强度的变化和金属物大小与探头距离存在一定的对应关系。如果把特定尺寸的钢筋和所要调查的材料进行适当标定，通过探头测量并由仪表主机进行技术处理显示岀来这种对应关系，即可估测混凝土中钢筋位置、深度、尺寸，明确钢筋位置。测试方法对比见下表。

表1：混凝土钢筋布置及锈蚀测试方法对比

3 总结

随着生产力的提高与科技进步，土木工程中的无损检测技术有了新的提高与补充，对建筑物的质量与安全有了更好的保障。目前在土木工程中常见的无损检测技术主要有直接测量技术、负荷响应技术、冲击回波技术、超声脉冲回波技术，被广泛应用与各项检测工作中，如检测裂缝、检测钢筋混凝土结构、检测混凝土非破损强度、检测钢筋位置等，有效提高了无损检测技术的效率与准确性。