混凝土无损检测技术现状综述

摘要：混凝土强度达不到设计要求、结构内部存在裂缝、孔洞等缺陷问题，将会影响结构的受力分布，甚至造成结构的破坏，影响工程的安全使用寿命。因此对混凝土构件的强度及缺陷检测就显得不可或缺了，基于目前混凝土检测技术的发展水平，综合阐述了该领域各技术的发展现状及其应用。

关键词：混凝土；无损检测；结构缺陷；

Abstract: If the concrete strength cannot meet the design demand，and there have some defects in the concrete structure such as crevices and holes, it will impact on the stress distribution of the structure, and even damage it, the defects itself also can affect the safety of the project. Therefore, the detection of the strength and defects of the concrete structures is indispensable, This paper based on the nearest development of the concrete detection technology, Comprehensively expounded the development status of each technology and its application in this field.

Key words: Concrete; Nondestructive testing; Structure defects

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

由于混凝土的随意可塑性、制作成本低廉等商业优势，混凝土工程得到了快速而普遍的发展。目前，混凝土是土木工程中应用最广泛的材料之一，从铁道轨枕到桥梁、从房屋建筑到混凝土公路，无不充斥着混凝土材料。然而在混凝土结构的施工过程中，由于施工管理不善、钢筋布置太过密实或混凝土未达到设计要求等因素的影响，其内部可能存在不密实或孔洞，表面形成裂缝、蜂窝麻面等缺陷。 同时，混凝土的收缩变形在结构内产生应力，这可能会导致结构内部产生微裂纹而破坏混凝土微观结构，其强度达不到设计要求。这些混凝土缺陷的存在将会不同程度的影响结构的承载力和耐久性。如何采取有效的检测方法对混凝土的强度及内部缺陷进行无损害检测便成了保证混凝土工程质量的重要手段。

混凝土无损检测技术主要是检测混凝土结构的强度和内部缺陷。早在20世纪30年代初人们就已经开始对混凝土的无损检测技术进行试验研究，并在一定程度上获得了不小的成就与发展。随着技术不断的进步和完善，混凝土无损检测也逐渐发展成为了一门比较成熟的学科。我国也于20世纪50年代开始了对这一领域的研究与探索，并引进国外的先进装备和技术，逐渐发展了一套适应我国混凝土施工检测的技术。

1 国内外发展动态

1948年，瑞士科学家施密特（E. Schmidt）研制成回弹仪；1949年莱斯利（Leslie）等人用超声脉冲成功检测混凝土；20世纪60年代费格瓦洛（I. Farruca）提出综合应用声速、回弹法估算混凝土强度；80年代末美国的 M. Sans alone 和N.J.Carino在频率域对冲击反射回波进行分析研究，取得了突破性进展，并使该方法进入实用阶段；90年代以来，随着科学技术的进步与快速发展，涌现出一批新的检测试验方法，如微波吸收、脉冲回波、红外线谱、雷达扫描等。

我国从20世纪50年代开始从国外引进超声波仪和回弹仪，并结合工程实践应用开展了一系列的科研工作。随后我国研制并投入使用了多种型号的各类无损检测仪器；80年代混凝土结构在我国得到快速发展，无损检测技术也随之发展成熟。除了超声波检测、回弹检测等多种无损检测方法外，还进行了钻芯法、后装拔出法等半损检测方法的研究；自90年代以来，雷达、冲击回波、红外成像等技术先后进入试验阶段并投入工程实用，同时超声波检测仪器也由模拟式发展为数字式，通过计算机对采集的数据进行分析处理，利用计算机的高速快捷准确的优势进一步提高检测结果的可靠性。

2基于弹性波的检测方法

由于弹性波(Elastic Wave,包括超声波)是一种机械波,能够直接反映材料、结构的力学特性，因此在无损检测中得到了广泛的应用。

2.1冲击回波法

利用短时的机械冲击产生应力波的冲击回波法，可以获得缺陷的明确反射信号，使测试很直观。冲击产生的应力波在结构内部传播，通过混凝土介质，遇到缺陷的分界面和构件表面形成反射波，反射波经反射传播被安装在附近的换能器接收，并送到数据采集及信号处理便携式仪上。在测量中，由换能器接收的信号通常是复杂的时间函数，通过信号处理技术及傅里叶级数变换，将时域信号转换成频域信号加以分析并形成频谱图，通过频谱图中最高峰的频率值可计算出结构的长度，根据其他频率峰值可以判断结构内有无缺陷及缺陷的位置。研究已经证明，在空洞、分层、表面裂缝深度、蜂窝状，以及结构厚度检测方面，冲击回波法是一种十分有效的现场检测技术手段。

该方法对检测环境要求不高，方便快捷，由于是在同一结构面激发接收应力波，因此可以从单一面对结构进行检测，从而为那些只能单面检测的结构比如路面、隧道等提供便利；另一方面冲击回波法无需对被检测结构的长度进行测距，减少了参数，可以更方便的测得混凝土结构的厚度。20世纪90年代以来，冲击回波法一直被国外用作金属波纹管管道无损检测技术而着重研究，并取得了比较理想的效果。由于塑料管与混凝土的粘结性不是很理想，对塑料管中混凝土检测的情况效果较差。冲击回波法的冲击能量、冲击源不同对接收到的数据有很大的影响，对接收信号的处理要求技术水平很高，对非专业技术人员存在一定的难度。

2.2超声波法

超声波检测法是依据超声仪所产生的高压电脉冲激励发声脉冲传入混凝土结构中，高频声脉冲一般在20KHz～250KHz，通过接受换能器接收混凝土内传来的声波信号，测出波在结构中传播的时间和距离，从而计算出超声波在混凝土中的传播速度。利用仪器的数据处理及相关的分析软件对接收信号的各种声参数进行综合分析以评估混凝土构件的强度、缺陷等。

超声检测传播能量大、指向性好、适应性强、对各种材料的穿透力较强、对人体无害、检测灵敏度高、成本低廉等诸多优点得到广泛应用，是无损检测中发展最快、应用最广泛的一种检测技术，占有非常重要的地位。缺点：由于混凝土本身结构复杂人们目前对超声波在其中的传播特点了解仍然十分肤浅，尤其是许多传播规律往往随着超声波频率、料粒级配等因素的变化而变化，因而在进行超声检测时，对检测的分析难免出现误差甚至错误，从而影响到测试结果的准确性。

超声波无损检测技术中有基于波速的测试方法，但对于微小裂缝超声波速度参数不敏感，而较大的缺陷则会引起超声波速度值的显著变化。基于振幅的测试方法中振幅参数对裂缝比较敏感，可以作为判断有无缺陷的重要参数。按检测方向可分为纵向透过法和横向透过法，横向透过法可以很好的对混凝土结构中的缺陷定位，而纵向透过法则只能检测出混凝土中是否存在缺陷，对缺陷的定位还需结合其他检测方法。

超声法检测混凝土内部缺陷时，会受到一些因素的影响。 在工程检测中，应该采取一定的措施，尽量避免或减小这些因素的影响，以保证检测结果的准确性。

1）钢筋的影响

由于超声波在钢筋中传播的速度比在混凝土介质中传播得快，检测时，如果在结构中存在钢筋或钢筋网架，则接收的检测信号可能是通过钢筋首先传播过来的，分析超声仪接收到的首波信号，则计算的声波传播速度必然变大。钢筋对混凝土声速的影响程度，一方面与超声测试方向和钢筋走向的相对位置有关，另一方面还与检测点附近钢筋的数量、直径和长度有关。

2）水分的影响

由于水的特性阻抗比空气的大许多倍,如果混凝土缺陷中充满水，则大部分超声波在缺陷界面不再反射或绕射，而是通过水耦合层穿过缺陷直接传播至接收换能器，使得有缺陷的混凝土声速、主频率和波幅等声学参数与完好结构无明显差异，从而给缺陷的检测和判断带来困难。 因此，当超声法检测混凝土内部缺陷时，应尽量使混凝土处于自然干燥状态。

3）耦合状态的影响

当超声法检测混凝土内部缺陷时，如果测试面凹凸不平或黏附泥沙，使得换能器辐射面与结构检测面无法平整接触，发射和接受换能器与混凝土测试面之间只能通过局部接触点传递超声波，使得大部分声波能量耗损，造成波幅降低。另外，当耦合层中垫有砂砾或作用在换能器上的压力不均衡或检测者的人为因素，使其耦合层半边厚半边薄， 耦合状态不一致等，这些因素都会造成波幅不稳定， 使波幅测值失去可比性。因此，采用超声法检测混凝土缺陷时，必须保证换能器辐射面与混凝土测试表面有一个良好的耦合状态。

3弹性波以外的检测方法

3.1钻芯检测法

钻芯取样法是一种半破损的现场检测手段，利用钻机和钻头,从混凝土结构上钻取混凝土芯样，通过观察混凝土芯样的表观特征来判断混凝土结构的内部缺陷。该方法能够直观、准确的反应出结构内部的孔隙、裂缝、杂质等缺陷,但取芯样的同时也对结构造成了一定的局部破坏。取样法可用于检测混凝土的强度,受冻损伤、火灾的深度，混凝土接缝及分层处的质量状况，混凝土裂缝的深度、孔洞、离析等缺陷。钻芯取样法是在预应力管道灌浆质量的检测中比较常用的一种方法，但该方法检测具有一定的局限性，只能观测取样部分及推测周围小范围内的缺陷、试验速度较慢,费用较高,而且破坏了混凝土结构的整体性,有时可能还会造成钢筋骨架的损坏从而影响结构的使用寿命。

我国早在20世纪80年代初就对钻芯取样法做了专门的研究，并颁布了我国工程建设标准化协会关于钻芯法的技术规程。近年来，随着钻芯机械及其配套设备的研发普及，钻芯法获得了飞跃式的发展。与其他无损检测技术相比，钻芯法是一种半破损的现场检测方法，由于钻芯取样破坏了混凝土结构的完整性，检测后需对损伤处进行修补。在现场检测过程中，由于成本较高、设备笨重、对混凝土有损伤等缺点，一般结构用他无损检测技术进行现场检测，利用无损检测技术以减少钻芯取样对结构的破坏；另一方面，利用钻芯取样的直观、可靠、准确的特点来验证并提高现场检测的精度。

3.2探地雷达法

探地雷达主要是利用电磁特性在不同的介质中的差异会造成雷达反射回波在波幅、波长及波形上有相应的变化这一原理。首先向被检测结构发射高频电磁波，由于电磁波在不同介质中传播路径、电磁场强度及波形随所通过介质的介电特性及几何形态而变化，通过接收天线接收反射回波并记录反射时间，根据接收的雷达剖面图，利用反射回波的双程走时、幅度、频率与波形变化等信息，对所通过的介质进行描述。通过电磁波的反射或透射对被检测结构内部进行成像，从而达到检测的目的。

近年来，探地雷达法在沥青和钢筋混凝土结构的检测中开始得到应用与普及，主要是由于雷达波在无损检测方面有其自身的优点：雷达波检测时工作频率可高达5GHz，不同的频率可使得其探测深度不同，深度可达上百米，同时对结构本身也没有任何损害，从而对大型混凝土结构内部缺陷的检测相当方便；探地雷达仪器轻巧方便，从数据采集到处理成像一体化，从而提高了工作效率；抗干扰能力强，可以在各种工作环境下进行检测。

由于雷达检测方法基于电磁波原理，对金属类材质比较敏感，因此对钢筋较密集的构件则难以检测，同样也无法对金属预应力管道压浆质量情况进行准确的检测。

3.3射线法

射线本身具有较强的直线性和穿透性，当射线穿过混凝土结构时,经过介质越多的地方,射线强度就减弱得越多。而通过有孔隙、空洞等缺陷时，底片上有缺陷的混凝土图片比无空洞的混凝土部分要黑。这是因为射线在缺陷区减弱的少而投射到底片上被吸收的能量多，相比于无缺陷部分X射线感光胶片上对应于空洞部位将接受较多的射线光粒子，形成黑度较大的空洞影像。

因此，在结构的横向两端分别发射和接收拍照，通过分析对比底片中感光的浓淡程度即可判断结构内部是否存在空洞等缺陷，但只能判断结构内部是否存在空洞，而对空洞所存在的具体深度却无法知晓。然而射线拍摄方法具有很强的辐射性，对身体健康等都有很大的伤害作用，利用射线法对结构进行检测时，需对检测人员做好专业的的辐射防护保护，因而检测成本昂贵，在实际应用中有一定的局限性。

综上所述，各种混凝土结构质量的检测方法都有各自的优点及好处，但也存在一定的不足。因此，很多检测工作都采用几种检测方法综合应用来达到扬长避短的效果，在一定程度上也能提高检测结果的准确性，但如此检测手段势必复杂繁琐许多，成本也会增加，找到一种检测方便快捷、检测成本低廉、操作简便的技术或处理分析方式成为该领域未来新的探讨研究的目标。

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