无损检测技术在建设工程质量检测中的应用

摘 要：无损检测技术是一种在不破坏被检测对象的前提下，利用物理手段揭示其内部或表面缺陷和性能的技术，具有操作简便、检测速度快、检测范围广、检测结果直观等优点。基于此，介绍无损检测技术在建设工程质量检测中的应用领域、方法和案例，主要包括无损检测技术在混凝土结构、钢筋结构和桥梁结构等建设工程中的应用领域，以及超声波法、电磁法、红外热像法和X射线法等常用的无损检测方法。以某高速公路桥梁工程为例，分析无损检测技术在施工和运营过程中的应用效果和价值，旨在为建设工程质量检测提供参考和借鉴。

关键词：无损检测；建设工程；质量分析

中图分类号：TU712.3                               文献标识码：A                               文章编号：2096-6903（2023）12-0086-03

0 引言

建设工程质量检测是保证工程安全和延长使用寿命的重要手段，也是工程质量管理的基础和核心。传统的建设工程质量检测方法通常需要破坏或切割被检测对象，不仅费时费力，还会影响结构的完整性和性能。近年来，无损检测技术作为一种在不破坏被检测对象的前提下，利用物理手段揭示其内部或表面缺陷和性能的技术，越来越受到工程行业的重视。

无损检测技术具有操作简便、检测速度快、检测范围广、检测结果直观等优点，可以有效地评估建设工程的安全性、耐久性和可靠性，为工程的设计、施工、维护和管理提供科学依据。本文主要介绍了无损检测技术在建设工程中的应用领域、方法和案例，旨在为建设工程质量检测提供参考和借鉴。

1 无损检测技术的应用领域对象

1.1 混凝土结构

混凝土结构是由混凝土和钢筋组成的工程结构，它具有良好的耐久性、抗震性和经济性，广泛应用于建筑、桥梁、隧道、水利等领域。混凝土结构的质量检测是保证工程安全和延长使用寿命的重要手段。无损检测技术是一种在不破坏被检测结构的前提下，利用声、光、电、磁和射线等物理方法，揭示混凝土结构内部或表面存在的缺陷和性能的技术[1]。无损检测技术具有操作简便、检测速度快、检测范围广、检测结果直观等优点，是目前混凝土结构质量检测的主要方法之一。无损检测技术在混凝土结构中的应用主要包括以下4个方面。

1.1.1 混凝土强度检测

混凝土强度是反映混凝土结构质量和性能的重要指标，常用的无损检测方法有回弹法、超声波法、超声回弹综合法、钻芯法和拔出法等。这些方法根据混凝土的表面硬度、声速、回弹值等物理量，推算混凝土的抗压强度，或者通过钻取芯样进行直接测试。不同的方法有不同的适用范围和精度，一般需要根据工程实际情况选择合适的方法或综合使用多种方法。

1.1.2 混凝土缺陷检测

混凝土缺陷是指混凝土结构内部或表面存在的裂缝、空洞、蜂窝、疏松、腐蝕等不良现象，它们会影响混凝土结构的强度、刚度和耐久性，甚至导致结构失效。常用的无损检测方法有射线法、电磁法、红外热像法、脉冲回波法等。这些方法利用射线、电磁波、红外线或声波在穿过混凝土时的衰减或反射特性，探测混凝土内部或表面的缺陷位置和形态，并通过图像或信号分析评价缺陷的严重程度。

1.1.3 钢筋锈蚀检测

钢筋锈蚀是指钢筋在混凝土中受到氧化还原反应或电化学腐蚀而产生的锈斑或锈层，它会导致钢筋截面积减小、粘结性能下降和应力集中，影响混凝土结构的承载力和延性。常用的无损检测方法有半电池法、电位法、电阻率法等。这些方法利用钢筋与外界电极之间的电位差或电阻率变化，判断钢筋是否存在锈蚀，并评估锈蚀程度[2]。

1.1.4 预应力损失检测

预应力是指在混凝土结构中施加一定的预先拉力，使其在受到荷载作用时仍能保持一定的拉力状态，从而提高混凝土结构的承载力和抗裂性能。预应力损失是指在施加预应力后，混凝土的徐变、收缩、温度变化等原因而逐渐降低的现象，它会影响混凝土结构的性能和安全性。

常用的无损检测方法有振动法、应变法、声波法等，这些方法利用预应力对混凝土结构的振动频率、应变分布或声波传播速度的影响，测量预应力的大小和分布，并评估预应力损失的原因和程度。

1.2 桥梁结构

桥梁结构是指桥梁的主要承重构件，如桥墩、桥台、梁、板、拱等，以及连接这些构件的节点、支座、伸缩缝等。桥梁结构的类型和形式有很多，主要取决于桥梁的跨度、载荷、地形、地质和材料等因素。常见的桥梁结构类型有梁式桥、拱式桥、索式桥和钢架桥等。

无损检测技术是一种在不破坏桥梁结构和性能的前提下，通过物理手段检测桥梁内部缺陷和技术状况的方法。无损检测技术可以有效地评估桥梁结构的安全性、耐久性和可靠性，为桥梁的设计、施工、维护和管理提供科学依据。无损检测技术的应用领域包括以下4种。

1.2.1 桥梁结构的强度检测

可通过回弹法、超声回弹综合法等方法，测定混凝土或钢筋混凝土结构的强度，评估结构的承载能力和抗裂性能。

1.2.2 桥梁结构的内部缺陷检测

可通过超声波法、电磁法、红外热像法、X射线法等方法，探测混凝土或钢筋混凝土结构内部是否存在孔洞、裂缝、蜂窝、空鼓、钢筋锈蚀等缺陷，判断结构的完整性和耐久性[3]。

1.2.3 桥梁结构的动力特性检测

可通过频谱分析法、图像分析法等方法，测定桥梁结构的自振频率、振型、阻尼比等参数，反映结构的刚度、稳定性和疲劳性能。

1.2.4 桥梁结构的应变和位移检测

可通过传感器技术、探地雷达技术等方法，监测桥梁结构在荷载作用下的应变和位移变化，分析结构的应力分布和变形规律。

2 无损检测技术的应用方法

2.1 超声波法

超声波法是一种利用超声波在物质中传播和反射的特性，检测物质内部缺陷或测量物质厚度的无损检测技术。超声波法使用压电效应，将高频电脉冲转换为超声波，通过探头发射到被检测物体中。当超声波遇到不同介质的界面时，会产生反射、折射和衍射等现象。通过接收和分析反射回来的超声波信号，可以测量物体的厚度判断物体内部是否存在缺陷。

超声波法穿透能力强，可以检测较大厚度范围内的物体内部缺陷。其缺陷定位准确，可以测量缺陷的位置、大小和形状。但也存在一些局限性。例如对缺陷的定性和定量分析仍需深入研究，缺陷的方向、形状和位置对检测结果有影响。对复杂形状或不规则外形的物体进行超声检测有困难，需要特殊的探头或耦合剂。

2.2 电磁法

电磁法是一种利用电磁感应原理进行无损检测的方法，主要有以下3种应用方式。

2.2.1 涡流检测

通过在被检测工件内感生交变电流（涡流）来检测导电材料的缺陷或性能。涡流检测可以实现高速、高灵敏度、高分辨率的检测，适用于金属板、管、棒、线等形状的工件。涡流检测的缺点是受材料导电性、磁导率、几何形状等因素的影响，需要校准和标定，且深层缺陷难以检出。

2.2.2 电磁超声检测

其通过电磁耦合方式激励和接收超声波，来检测金属构件表面和近表面的裂纹缺陷。电磁超声检测可以实现非接触，不需要耦合剂，适于高温检测，容易激发各种超声波形。电磁超声检测的缺点是换能效率低，探头与工件间隙不能太大，且对非导电或非磁性材料不适用。

2.2.3 交流电磁场测量法

交流电磁场测量法在被检测工件表面施加交流电磁场来产生裂纹敏感信号，然后通过特殊的传感器来测量信号的幅度和相位，从而确定裂纹的位置、长度和深度。交流电磁场测量法具有非接触、受工件表面影响小、可在水下或油中进行检测等优点。交流电磁场测量法的缺点是对于深层或小尺寸的裂纹敏感性较低，且对于非铁磁性材料的适用性有限。

2.3 红外热像法

红外热像法是一种利用红外热像仪检测目标表面温度分布的无损检测方法，它可以反映出目标内部的结构和缺陷。

红外热像法在建设工程中的应用主要有以下4个方面：①建筑渗漏检测。红外热像法可以检测出建筑物的外墙、屋顶、地面等部位的渗水情况，通过比较渗水部位和正常部位的温度差异，找出渗漏点的位置和范围，为维修和防治提供依据。②白蚁防治。红外热像法可以探测出白蚁在建筑物内部的活动轨迹和蚁穴位置，通过分析白蚁产生的热量和湿度对周围环境的影响，判断白蚁的危害程度和分布范围，为灭蚁和防蚁提供参考。③空鼓及外墙饰面粘贴缺陷检测。红外热像法可以检测出建筑物外墙饰面层与基层之间的粘结缺陷，如空鼓、裂缝、脱落等，通过观察饰面层表面的温度分布和变化规律，判断饰面层的质量和稳定性，为修复和改善提供依据。④建筑节能检测。红外热像法可以检测出建筑物外围护结构的隔热性能，如保温材料、门窗、玻璃幕墙等部位的热损失情况，通过分析外围护结构内表面和外表面的温度差异，评价建筑物的节能效果和能耗水平，为节能改造和优化提供参考。

2.4 X射线法

X射线法是一种利用X射线的穿透性和吸收性对物体内部进行无损检测的方法。

X射线法的应用方法主要有以下4个方面：①X射线照相法。这是一种利用X射线感光胶片记录物体内部缺陷的方法。该方法可以获得高分辨率的图像，但需要暗室操作和胶片存储，且不能实时显示结果。②X射线工业电视法。这是一种利用X射线图像增强器将X射线转换为可见光，并通过电视系统显示在监视器上的方法。该方法可以实时观察物体内部情况，但图像质量较低，且受环境光干扰。③X射线数字成像法。这是一种利用X射线探测器将X射线转换为数字信号，并通过计算机处理和显示的方法。该方法可以提高图像质量和检测效率，且方便存储和传输，是目前最先进的X射线检测方法。④X射线计算机断层成像法。这是一种利用多个角度的X射线投影重建物体内部三维结构的方法。该方法可以提供物体内部的层析图像，且可以对不同材料进行区分，是一种高精度的X射线检测方法。

3 无损检测技术的建设工程应用案例

某高速公路桥梁是一座钢筋混凝土梁式桥，跨度为100 m，设计寿命为50年。

3.1 案例应用的检测技术

为了保证桥梁结构的安全性和耐久性，在施工和运营过程中，采用了以下4种无损检测技术。

3.1.1 超声波法

在施工阶段，使用超声波法对混凝土强度进行检测，评估混凝土的质量和均匀性。在运营阶段，使用超声波法对桥梁结构的内部缺陷进行检测，发现并定位裂缝、空洞、蜂窝等缺陷，评估缺陷的严重程度和影响范围。

3.1.2 电磁法

在施工阶段，使用电磁法对钢筋的位置、数量、直径和保护层厚度进行检测，确认钢筋的布置和质量符合设计要求。在运营阶段，使用电磁法对钢筋的锈蚀程度进行检测，评估钢筋的损失和强度下降。

3.1.3 红外热像法

在运营阶段，使用红外热像法对桥梁结构的温度分布进行监测，分析桥梁结构的热损失和隔热性能，评估桥梁结构的节能效果和能耗水平。

3.1.4 X射线法

在运营阶段，使用X射线法对桥梁结构的三维结构进行断层成像，重建桥梁结构的内部形态和材料分布，区分不同材料的密度和厚度，发现并定量分析深层或小尺寸的缺陷。

3.2 检测结果

该桥梁工程采用了超声波法、电磁法、红外热像法和X射线法进行无损检测，得到了以下结果。

超声波法检测结果显示，混凝土强度符合设计要求，平均抗压强度为35 MPa，无明显的强度不均匀现象。桥梁结构内部缺陷较少，仅在桥墩底部发现了一些小裂缝和空洞，最大裂缝宽度为0.5 mm，最大空洞直径为10 mm，对结構安全性和耐久性影响不大。

电磁法检测结果显示，钢筋的位置、数量、直径和保护层厚度均符合设计要求，平均钢筋直径为16 mm，平均保护层厚度为40 mm。钢筋的锈蚀程度较轻，仅在桥梁两端的支座附近发现了一些锈斑，最大锈斑面积为5 cm2，对钢筋的截面积和强度影响不大。

红外热像法检测结果显示，桥梁结构的温度分布较为均匀，无明显的热损失或隔热缺陷。桥梁结构的平均表面温度为25℃，最高温度为28℃，最低温度为22℃。桥梁结构的节能效果和能耗水平较好。

X射线法检测结果显示，桥梁结构的三维结构清晰可见，无明显的变形或位移。桥梁结构内部材料分布合理，无明显的密度或厚度异常。桥梁结构内部深层或小尺寸的缺陷极少，仅在桥梁中部的一根钢筋上发现了一个1 mm的划痕。

该桥梁工程的无损检测结果表明，桥梁结构的质量和性能良好，符合设计要求和规范标准，无需进行修复或改造。

4 结束语

本文介绍了无损检测技术在建设工程质量检测中的应用领域、方法和案例，并以某高速公路桥梁工程为例，介绍了在施工和运营过程中，采用了超声波法、电磁法、红外热像法和X射线法等无损检测技术，对桥梁结构的强度、内部缺陷、动力特性、应变和位移等进行了检测和评估，为桥梁的设计、施工、维护和管理提供了科学依据，以期为建设工程质量检测领域提供了一些有价值的参考和借鉴。

参考文献

[1] 马超.无损检测技术在煤矿轴类零件中的应用探究[J].能源与节能，2022（11）：180-182.

[2] 潘杨.锚杆锚固质量无损检测技术与应用[J].广东建材，2022， 38（11）：49-50.

[3] 周建国.无损检测技术在钢结构桥梁焊缝检测中的应用分析[J].科技资讯，2022，20（21）：67-70.

收稿日期：2023-09-06

作者简介：张迪（1989—），女，山东济南人，本科，工程师，研究方向：工程技术。