探讨无损检测技术在建筑工程检测中的应用

王亮

（安徽省建设工程测试研究院有限责任公司， 安徽 合肥 230051）

建筑工程检测的对象类型众多， 对精确性的要求极高， 不仅需要准确判断钢筋、 混凝土、 预应力锚具等建筑建筑材料的实际性能， 还要对地基基础、 砌体质量、 结构合理性进行综合判断。 为了确保各项检测工作能够高效实施， 建筑行业需要加强无损检测技术的引入与应用， 明确该技术的主要优势与使用前提，确保潜在的结构缺陷被及时发现。

1 无损检测技术分析

无损检测技术又称非破坏性检测， 是指在不破坏待测物原有化学性质以及状态的条件上， 获取待测物品质信息、 物理性质、 化学数据的检查方法， 其应用原理是借助声、 光、 电等物质特性， 判断被测对象是否存在不均匀性， 并准确测量缺陷位置与规格。 与传统的建筑工程检测技术相比， 不仅可以确保被测对象的全方位检测， 还能对建筑材料、 工艺流程以及最终成品实现全程检查， 甚至对运行中的设备也能进行故障检测。

2 在建筑工程检测中无损检测技术的应用路径

2.1 超声检测

超声检测技术是指借助超声波对金属结构内部的完整性进行无损探伤的方法（如图1 所示）， 通过使用射频探头向构件发射耦合剂与超声波， 当超声波在构件内部传播过程中遇到差异性界面便会产生不同的回波， 之后根据回波传递至探头的时间差便可判断构件内部是否存在缺陷， 并依照电子屏呈现的反射信号强度与位置评估缺陷规格与性质。 该技术对裂纹、 未焊透等类型的缺陷相对敏感， 对气孔、 夹渣的检测效率有待提升。 将超声检测运用在建筑工程检测中可依照耦合方式细分为以下两种方法： 一， 直接接触法是指直接用探头将声束垂直入射构件的待检测面， 探头在移动过程中， 无缺陷位置时示波屏只存在始波与底波。 如果移动到存在缺陷的区域且反射面小于声束，则显示屏则会出现始波、 底波以及缺陷波。 若探头移动到缺陷较大的位置， 则显示屏只会呈现始波与缺陷波； 二， 斜射束法， 是指利用斜探头将声束斜入射到待测工件表面， 若无缺陷， 声束在底面产生反射， 以W 形路径进行传播， 不会出现底波。 若工件存在缺陷则声束与缺陷的倾斜角极小， 声束会被反射回来， 同样不存在底波， 只显示始波与缺陷波。

图1 超声检测

超声检测的优势在于穿透效果好， 即便在钢材中也能保证1m以上的探测深度， 可以准确测定裂纹、夹层等缺陷的尺寸与深度， 且相关设备质量较轻， 携带方便， 易于操作。 但也存在对于形状复杂的工件检查效率较低的弊端， 需要被测物表面具有一定的整洁度， 预先利用耦合剂充填探头与被测物表面之间的孔隙， 而对于存在粗晶粒的焊缝也容易产生杂乱反射波， 因此需要工作人员结合实际情况进行合理使用。

2.2 射线检测

射线检测属于最常用的无损检测方法之一， 主要是指采用X射线进行动态研究、 物品结构， 尺寸的测定、 物品的厚度测量以及工艺， 铸造的缺陷检查， X射线与自然光本质上都属于电磁波， 区别在于X射线光量子能量极强， 可以穿透可见光无法穿透的物体，并在穿透物体的同时与相应物质产生物理、 化学反应， 实现原子电离， 使部分物质产生荧光， 此时若工件存在缺陷， 便会改变物体对射线的衰减影响， 引发射线强度的变化， 检测透射射线的强度便可准确判断工件内的缺陷位置与大小。 X射线的特点在于穿透性极强， 作为一种波长较短的电磁波， 其波长通常维持在0.001 ～100nm之间， 若X射线的波长较高， 穿透力便越大， 因此在建筑工程检测过程中可利用球面电压来确定X射线的穿透性， 并将单位时间内通过X射线的电流与时间乘积作为X射线的量， 以此准确把控X射线强度， 提高检测范围。 该检测方法的优势在于适用面宽， 底片可以长期完成存档备查， 有利于分析事故， 可以准确呈现缺陷图像。 但缺点在于对人体有一定影响， 对敏感物体容易产生不良作用， 且对环境也有一定的辐射污染， 显影定影液也不利于回收。

2.3 涡流检测

涡流检测是指通过电磁感应原理， 根据被测构件的内感生涡流变化情况判断建筑材料性能， 并判断内部是否存在缺陷， 该检测方法通常适用于导电建筑材料， 需要将导体放置在交变磁场中， 当导体有感应电流通过时便会产生涡流， 之后因导体磁导率、 形状、电导率、 缺陷等因素产生变化后， 涡流也随之变化，此时便可通过裂纹检测仪、 测厚仪获取试件基本信息。 此类设备携带方便， 能够准确记录声、 光信息，且报警方式多样， 可以利用矢量光电以及阻抗变化程度分析缺陷大小与深浅， 也能对样件留下永久性显示， 便于后期存档记录。

涡流检测与上述几种无损检测技术相比， 其优势在于： 无需接触工件以及添加耦合剂， 能够对管、棒、 线等类型的建筑材料实现高速自动化检测， 也能在高温环境下或是狭窄区域实现检测， 并且对工件表面缺陷具有极高的灵敏度， 可以借助不同类型的信号处理电路， 完成干扰抑制， 提取关于涡流的影响因素， 适用于膜层厚度以及金属薄板的厚度测量。 此外涡流检测采取的为电信号， 因此可以实现检测结果的数字化处理， 更高效的完成数据的存储与比较。 而涡流检测的缺陷在于局限性较高， 只能完成导电金属建筑材料或者可以产生涡流的非金属建筑材料检测， 无法对建筑材料内部缺陷实现准确检查， 难以对缺陷进行定性与定量。

2.4 声发射检测

声发射检测是指利用接收与分析建筑材料的声发射信号实现建筑材料性能的评定， 判断结构完整程度的无损检测方法， 其中声发射信号是指建筑材料因裂缝扩散、 塑性变形导致应变能快速释放而形成的应力波。 该技术运用在建筑工程检测过程中需要借助相关检测仪器实现构件的缺陷研究， 比如单通道声发射仪， 该设备操作便捷， 通常用于实验建筑材料试验。多通道声发射仪是指大型设备， 包含多个检测通道，能够确定声发射源位置， 依照多个声源声发射信号强度判断声源的活动性， 准确评价大型构件的安全性。该技术的特点在于： 一， 实施动态监控， 可以显示与记录产生扩散的缺陷， 能够对缺陷进行不按尺寸分类的方式完成检查， 若构件在承载过程中出现应力较小部位形成大尺寸缺陷则不会划分为危险缺陷， 若应力集中部位出现超出标准范围的缺陷且呈扩展现象变化， 则会被列入危险缺陷； 二， 声发射技术的检查灵敏度较高， 即便构件出现0.1mm的裂纹增量， 也能准确查出。

2.5 红外成像检测

红外成像检测技术能够对建筑物内部结构性质进行监测， 帮助技术人员根据检测结果准确分析工程质量是否达标。 红外线呈现技术是利用电子摄像功能，将混凝土连续辐射信号接收， 之后进行相应处理与转换， 使其成为混凝土区域温度分布图像， 以此更清晰的呈现混凝土内部结构是否存在缺陷与损失。 该技术的特点在于可以不与建筑物进行直接接触， 也不会对结构产生任何破坏， 能够保证极高的扫描效率， 借助人工遥感器操作的方式完成建筑物质量检测。

2.6 雷达波检测

雷达波检测是指一种高频电磁波接发技术， 雷达波产生于自身激振， 可以向建筑工程中的路面立即发射射频电磁波， 利用波的反射获取路面路基采样信号， 之后借助软件程序、 分析设备以及显示系统得到检测结果。 而雷达采用的频率通常为MHZ， 至于接发射频频率则需达到GHZ以上。 以路面路基状态检测为例， 在运用雷达波检测技术时需要准备好天线、 发射机以及终端设备， 利用宽频带短脉冲的方式进行缺陷检测， 当发射机向地下传输高频电磁脉冲波后， 地层系统的结构层便可依照电磁特性进行区分， 若与附近结构层材料电磁特性不一致， 便会在界面影响射频信号的传播， 产生透射以及反射， 此时会有部分电磁波能量被反射回来， 而另一部分能量则会继续进入下一层介质材料。 由于介质材料本身对信号具有一定的损耗影响， 因此透射雷达信号会呈递减趋势变化。

2.7 磁粉检测

磁粉检测是指将磁粉作为显示介质之后对建筑材料缺陷进行观察的检查方法， 其原理是铁磁性材料在磁化后， 由于本身不连续的特性， 使建筑材料表面的磁力线产生局部畸变进而生成漏磁场， 并吸附在建筑材料表面的磁粉上， 之后便可在一定的光照环境下产生能够直接观察到的磁痕， 以此呈现不连续性的具体位置以及严重程度。 该检测技术的主要特点在于只能实现铁磁性建筑材料表面的缺陷检查， 对于不连续的形状与尺寸显示的更加清晰， 可以大致确定材料的实际性质， 并且磁粉检测灵敏度可达0.1μm， 几乎不受构件大小与形状的影响。 将其运用在建筑工程中， 可依照施加的磁粉介质类型分为以下两种： 一是湿法，是指磁粉悬浮在油、 水等液体介质中， 在检测环节需要将磁悬液均匀分布在被检对象表面， 之后利用载液流动以及漏磁场完成对磁粉的吸引， 从而显示缺陷形状。 该方法适用于检测微小缺陷， 比如疲劳裂纹或者磨削裂纹； 二是干法， 多数用于无法使用湿法检测的特殊场合， 需要采用特制干磁粉依照既定程序施加在磁化建筑材料上， 若材料存在缺陷则会显示磁痕。 该方法多数用于大型构件， 能够与便携设备配合使用。

2.8 激光全息检测

激光全息检测技术无损检测领域中使用频率最高的检查方法， 能够对复合建筑材料、 叠层结构保持极佳的检测效果。 该技术与一般的照相技术区别在于能够将以往单纯记录物体表面光波振幅信息， 而舍弃的位相信息保留下来， 这样便可保证记录后的物体光波信息具有一定的差异性， 其原理在于借助光的衍射作用， 将物体发射的特定光波以条纹形式记录下来， 之后在特定条件下形成三维影像。 激光全息技术的特点在于： 本质上是一种干涉计量数， 干涉计量精度与激光波长属于同一数量级， 因此即便是微米量级的形变也能被准确检测出来； 光源激光的相干长度较大， 可以完成大尺寸产品的检测， 若激光可以覆盖整个待测对象的表面， 便可只用一次便完成检验； 激光全息检测无应用限制， 对被检对象无特殊要求， 无论是任何建筑材料， 还是建筑材料表面较为粗糙都可借助干涉条纹的数量与分布状况判断缺陷实际位置与深度， 再完成定量分析。

2.9 渗透检测

渗透检测是以毛细管作为使用原理的无损检测方法， 能够用于非疏孔性金属的检测或者非金属零构件表面存在开口缺陷的检查。 在检测过程中需要将溶有荧光材料的渗透液施加在构件表面， 在毛细的作用下， 渗透液会流入到细小表面开口当中， 之后要清除建筑材料表面多余的渗透液， 在干燥后再次添加显像剂， 此时缺陷中的渗透液会被重新吸附到构件表面，形成放大的缺陷显示， 这样便可准确检测缺陷的实际形状以及具体分布。 该技术的优势在于检测范围较广， 能够完成非疏孔性材料气孔、 折叠、 冷隔等缺陷的检测， 不受材料结构以及化学成分限制， 可以检查有色金属以及塑料陶瓷， 并且渗透检测的灵敏度较高， 可以清晰显示μm级别的细微裂纹。 并且渗透检测设备的操作便捷、 容易观察， 只需一次操作便可将全部方向的缺陷检测出来。 但该技术也存在一定的局限性， 一是无法实现多孔性材料组成的构件检测， 因为在施加荧光涂料时会使材料表面呈现极强的荧光背景， 从而造成缺陷掩盖， 且材料表面过于粗糙， 容易出现假象， 影响检测质量。 二是渗透检测只能完成零部件表面开口的检测， 若开口被污染物堵塞便难以被准确测出。

3 无损检测技术的发展趋势

自进入信息时代以来， 计算机技术、 图像识别技术、 神经元网络技术与机电一体化技术得到高速发展， 能够与无损检测技术有机结合， 进一步提高检测准确率。 比如： 在射线检测方面， 可将射线成像与CR、 DR以及自动识别技术进行适当融合， 实现应用面的扩充， 通过组建X射线实时成像系统， 将X射线、 直线加速器作为射线源的CT设备， 使微米级的细小缺陷也能被检测出来； 在超声检测方面， 可采用数字化超声探伤仪， 该设备携带方便、 探伤通道众多， 内置探伤标准能够实现自由调出， 并且集超声检测与测厚功能于一体， 可以通过USB接口与计算机实现通讯连接， 实时显示SL、 GL等定量， 具有高性能锂电池， 能够维持长时间连续使用。 而研发出的TOFD超声检测系统、 磁致伸缩超声导波系统都能够强化建筑工程材料的检测质量， 据研究显示在管棒材以及焊管方面使用自动化检测线能够保证采样速度高达240MHZ。 目前我国已将超声波检测系统投入到保温层的管道腐蚀缺陷长距离检测当中； 在电磁检测方面， 涡流检测设备也已实现了自动化、 智能化、 数字化转变， 发展了阵列探头以及多通道装置， 大量运用了数据转换以及电子信息手段。 比如远场涡流成像监测可以检测内径在毫米级别的小管， 检测厚度高达13mm， 操作频率可扩充到10HZ～20HZ， 复合频率可达1000 样点/s； 在声发射监测方面， 随着信息技术的愈发成熟， 各种性能优异的多通道设备也在不断被开发出来， 通过运用人工智能程序， 能够做到参数分析、 时差定位、 小波分析、 频谱分析以及模式识别。除此之外为了确保无损检测技术能够高效运用在建筑工程监测当中， 还需要技术人员掌握丰富的知识理论以及实践经验， 能够根据实际需要进行多种无损监测技术的合理选取， 确保材料缺陷被及时发现。

4 结语

综上所述， 通过对无损检测技术分析进行分析讨论， 提出超声检测、 射线检测、 涡流检测、 声发射检测、 红外成像检测、 冲击反射检测、 雷达波检测、 磁粉检测、 激光全息检测等技术在建筑工程检测中的应用路径， 以此提高构件缺陷的检测效率与准确性， 切实保障建筑物结构质量与稳定性， 推动建筑工程的顺利开展。