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工程质量无损检测技术概况

关注:72发表时间:2013-09-27 00:00:00

      无损检测方法在土木工程质量评估与检测中扮演着重要作用,例如桥梁质量检测与维护、高速公路隧道衬砌质量检查、大型地下建筑质量检测与维护等。针对检测对象本身而言,主要检测指标有混凝土厚度、强度、内部缺陷(裂缝、密实度、孔洞、蜂窝、弥析程度等)以及内部钢筋腐蚀程度等。目前,主要的检测技术有:1)超声波检测技;2)冲击回波检测技术;3)雷达检测技术;4)声发射检测技术;5)红外线检测技术等。我国在上世纪50年代一开始土木工程质量无损检测技术的研究,但由于各种原因一直没有长足的发展,直到近20多年才得到足够的重视和迅速发展。但是,据目前我们了解,全国性的土木工程质量无损检测技术学会仅是挂靠在中国土木工程学会分会之下,更没有专业性的网站和交流平台。国外主要发达国家土木工程质量无损检测技术的研究做了大量工作,目前无论是在基础理论研究还是专项仪器的开发都走在前列,例如美国、意大利、日本等国家。

       超声波检测技术是土木工程质量无损检测技术中最为成熟的,其原理是超声透射,通过分析透射后的信号分析被透射构件内部结构缺陷。超声波检测方法对检测仪器要求不高,技术门槛较低,因而在土木工程质量检测中得到广泛的应用。但是,超声波检测技术存在一些明显的劣势:一是发射信号频率高,能量散射较大,检测厚度受到很大限制;二是必须双面检测,使其应用范围受到了很大限制,也降低了工作效率,并且传感器耦合效果要求较高,检测结果易受影响,稳定性不高。

       冲击回波检测技术是上世纪80年代美国Sansalone博士提出的一种先进的无损检测技术,经过近30年的发展,冲击回波检测技术在土木工程质量检测中得到了广泛的应用,并且开发了相应的检测仪器。冲击回波检测技术原理是利用人工或机械装置敲击被检测物体产生一个脉冲声波信号,声波信号在构建内传播,当信号遇到构建内部缺陷表面或底部边界时发生反射,反射回来的信号随后又被被检测面边界反射,再一次被构件内部的缺陷和底部边界反射,多次来回反射产生瞬态的共振条件,置于敲击面的的传感器接受这些信号后通过一定的数据分析和处理即可以获得构件内部缺陷特征。冲击回波检测技术与传统的超声波检测技术相比,冲击会波检测技术的优势主要体现在以下三个方面:1)单面检测,极大扩展了应用范围;2)由于信号频率低,能量散射小,从而极大提高了检测厚度;3)检测面产生共振不需要耦合剂。此外,还有研究表明,冲击回波检测结构受检测物体材料组分和内部结构状况差异小,检测结构准确可靠、重复性高。目前作为一种先进的无损检测技术,冲击回波法在国内受到了极高关注,并且开发有几款产品,但是与国外先进的扫描式相比还有很大差距。对这一市场现状,目前国内已有公司开发先进的扫描式的冲击回波检测系统(SET-PD1-01型扫描式冲击回波检测系统),其主要特点是轮式传感器360°全角度扫描,冲击装置自动化,冲击频率可调。

       雷达检测技术是一类电磁波检测技术,也是脉冲时域探地雷达技术。雷达检测技术的原理是利用天线向被检测物体发射高频率电磁波,电磁波在被检测构件中传播,在缺陷表面、界面发生反射,反射信号由天线接收后,再经过一定的手段对数据进行处理即可分析被检测构件内部结构状况。相对前两类检测技术,雷达检测技术更为先进,测试结果更准确。但是,雷达检测技术在土木工程质量无损检测应用中存在两大问题:1)当前土建工程中,几乎所有构件都采用钢筋混凝土结构,其内部的钢筋对电磁波干扰大,使得检测结果存在很大误差;2)雷达检测技术含量高,设备昂贵,检测成本高,限制了其在土木工程质量无损检测中的应用。国内针对土木工程质量无损检测的雷达检测技术和设备都有很大欠缺,产品也主要由进口产品所垄断。

       声发射检测技术是一类重要的无损检测技术,严格意义上来说,声发射检测技术在土木工程质量无损检测的应用中属于监测技术。声发射检测技术起源于上世纪50年代的德国,随后由美国NASA中心首先应用到航空航天飞行器的检测中。其原理是被检测物体受到外载荷作用下发生变形,变形能中的一部分以应力波的形式释放,通过传感器探知这些应力波并进行分析的可以获取一些被检测构件变形的关键信息。近20年来,声发射检测技术作为一种重要的监测手段被应用到桥梁、边坡等的实时监测中。目前,声发射检测技术在土木工程质量无损检测的应用中还结合了物联网的概念,将无线通讯技术融合在一起。声发射技术作为一种实时监测技术具有独特的优势,但是声发射技术灵敏度高,信号分析和变形信号模式识别存在较大困难,也是当前声发射检测技术有待解决的重要问题。

       红外线检测是一类高技术检测手段,在土木工程质量无损检测的应用中主要限于建筑材料质量评价和成像。红外线检测技术简单地说是检测物体辐射红外线的技术,其基本原理是利用检测设备探测物体辐射的红外线,而这些红外线中都包含了辐射物体的特征信息,通过这些特征信息(温度场)既可以实现非接触式的无损检测。红外无损检测技术设备要求高,对操作人员的素质也有一定要求,因此在这些无损检测技术中成本是最高的一类。

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