國內(nèi)外道路無損檢測技術(shù)概述

孟美麗

目前,應(yīng)用在道路工程中的無損檢測技術(shù)和設(shè)備主要有:線性極化技術(shù),半電池電位計(jì),鏈條拖拉試驗(yàn),沖擊反射法,超聲法,紅外線溫度記錄法,聲波發(fā)射法,路用探地雷達(dá),落錘式彎沉儀,斷面儀和摩擦系數(shù)測定儀等,本文就各自的工作原理進(jìn)行簡要敘述,并比較了其應(yīng)用條件。

1 各項(xiàng)檢測技術(shù)的工作原理

1.1 線性極化技術(shù)

線性極化技術(shù)通過測試腐蝕鋼筋的電流密度從而推斷鋼筋的腐蝕狀況。因?yàn)樵摐y試是在極化曲線的線性段進(jìn)行的,所以稱為線性極化技術(shù),并且此時(shí),施加在鋼筋上或離子溶液中的電流密度和金屬電位成線性關(guān)系。據(jù)此原理,我們就可以通過測試鋼筋的電流密度來推斷鋼筋的銹蝕情況。

1.2 半電池電位計(jì)

該項(xiàng)技術(shù)的原理是通過測量應(yīng)力鋼筋和參考電極之間的電壓差來推斷混凝土橋面板和混凝土路面內(nèi)鋼筋發(fā)生腐蝕的可能性。常用的是一節(jié)兩極為銅的硫酸鹽電池。

1.3 鏈條拖拉試驗(yàn)

鏈條拖拉試驗(yàn)是在橋面板和混凝土路面上拖拉鏈條,根據(jù)其發(fā)出的聲音判斷內(nèi)部混凝土是否已經(jīng)分層或剝離,因?yàn)榛炷练謱雍蟀l(fā)出的聲音與完好時(shí)有很大差別。當(dāng)混凝土板內(nèi)分層范圍較大時(shí),鏈條拖拉試驗(yàn)很有效,但此方法主觀性因素太多,并且當(dāng)板上攤鋪有瀝青混凝土?xí)r,這種方法就不能使用了。

1.4 沖擊反射法

這種測試方法是在結(jié)構(gòu)表面施以微小沖擊產(chǎn)生應(yīng)力波,該低頻應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)中傳播時(shí),若遇到缺陷或其他界面就會(huì)發(fā)生反射,并引起結(jié)構(gòu)表面微小的位移響應(yīng)。將接收到的響應(yīng)進(jìn)行傅立葉變換轉(zhuǎn)化成頻域內(nèi)的頻譜圖,從而根據(jù)頻譜圖進(jìn)行分析判斷。頻譜圖上凸出的峰就是應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)表面與底面及缺陷間來回反射形成的。根據(jù)最高峰的頻率值可計(jì)算出結(jié)構(gòu)厚度,根據(jù)其他頻率峰可判斷有無缺陷及其深度[1]。

該方法系單面反射測試,測試方便、快速、直觀,且測一點(diǎn)就可判斷一點(diǎn)。應(yīng)用也較為廣泛,可用于各類土木工程的混凝土和瀝青混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場探測內(nèi)部缺陷和測量厚度,并且特別適用于單面結(jié)構(gòu),包括噴射混凝土的檢測。

1.5 超聲法

超聲法是目前國內(nèi)外常用的一種探測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷(空洞、剝離層、疏松層、裂縫等)的無損檢測技術(shù)。該法是用頻率比人耳所聽聲音的頻率稍高點(diǎn)的超聲波進(jìn)行缺陷探測。超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播時(shí),遇到聲阻抗發(fā)生突變的界面就會(huì)反射,介質(zhì)的聲阻抗與其密度和波速有關(guān)。因此當(dāng)介質(zhì)內(nèi)有缺陷時(shí),會(huì)發(fā)生反射,缺陷的位置可通過波往返的時(shí)間來確定。但這種方法是穿透測試,需要有兩個(gè)測試面,而且必須測試多個(gè)測點(diǎn),通過比較才能進(jìn)行判斷。

1.6 紅外線溫度記錄法

當(dāng)結(jié)構(gòu)存在缺陷和材料不均勻時(shí),它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)表面會(huì)表現(xiàn)出或高或低溫度區(qū)域來,該技術(shù)就應(yīng)用溫度記錄方法來描繪材料表面的等溫線,然后通過辨別等溫線圖來分析結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)。

1.7 聲波發(fā)射法

這里的聲波發(fā)射指的是當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形時(shí)所釋放的彈性能。此方法常在逐級(jí)加載情況下使用,第一次加載會(huì)產(chǎn)生較多發(fā)射,以后會(huì)慢慢減少;如后來所加荷載沒先前加的荷載大時(shí),就不再發(fā)射。

1.8 探地雷達(dá)

探地雷達(dá)系統(tǒng)包括五部分:天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)處理機(jī)和計(jì)算機(jī)。

目前探地雷達(dá)主要用來檢測路面結(jié)構(gòu)層的厚度、識(shí)別混凝土板下的脫空和評(píng)價(jià)路面的含水量及壓實(shí)度。

1.9 落錘式彎沉儀

落錘式彎沉儀產(chǎn)生一個(gè)荷載脈沖來模擬行駛中的車輪荷載的影響。一質(zhì)量塊從選定的高度落下產(chǎn)生沖擊荷載。施加的荷載由一個(gè)重載的荷載傳感器測量出并通過一直徑為 300mm的承載板傳遞到路面,導(dǎo)致路面產(chǎn)生彎沉。彎沉由地震檢波器測量同時(shí)提供彎沉盆圖,依據(jù)彎沉盆圖反算路面各層的模量,從而評(píng)價(jià)路面結(jié)構(gòu)性能。

1.10 斷面儀

平整度是路面使用性能的最重要的指標(biāo)之一,直接影響著行駛質(zhì)量的好壞。平整度的測試設(shè)備有兩大類:反應(yīng)類和斷面類。

反應(yīng)類的代表設(shè)備為顛簸累積儀,它測量后軸同車身之間懸掛系統(tǒng)的位移,當(dāng)位移累積一定量后,就送出一脈沖信號(hào)給電子計(jì)數(shù)器。但此類設(shè)備有一顯著缺點(diǎn):必須經(jīng)常標(biāo)定以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

斷面類設(shè)備直接沿行駛車輛的輪跡量測路面表面的高程,得到路表斷面,通過數(shù)學(xué)分析后采用綜合統(tǒng)計(jì)表征其平整度。以前主要用的是水準(zhǔn)測試和梁式斷面儀,雖測試簡單、直觀,但測試速度較慢。近年來,人們逐漸采用激光斷面儀來評(píng)價(jià)路面的平整度。

1.11 摩擦系數(shù)測定儀

路面的抗滑能力可采用不同的方法進(jìn)行測定。

1)制動(dòng)距離法。以一定的速度vi行駛的車輛,到車輪完全制動(dòng)時(shí)的滑移距離Ls,可用以確定該長度內(nèi)路面的平均摩阻系數(shù)fd:

2)鎖輪拖車法。裝有標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)輪胎的拖車,以 64.4km/h的速度行駛在灑水潮濕的路表面,量測測試輪被抱死時(shí)所需要的力 F,除以輪上的有效荷載W,便可得到摩阻系數(shù),或稱為抗滑指數(shù)SN:

3)偏轉(zhuǎn)輪拖車。拖車上的測試輪偏轉(zhuǎn)行駛方向一定的角度(7.5°～20°),測定該輪滑移時(shí)所受到的側(cè)向力 FC,按下式確定摩阻系數(shù),或稱側(cè)向力系數(shù)SFC:

4)可攜式擺式儀。擺錘底面裝有由輪胎面組成的滑塊,當(dāng)擺錘從一定高度自由下擺,滑塊同路表面接觸后,測定擺錘的回?cái)[高度,由此確定抗滑值VSR。試驗(yàn)條件大致相當(dāng)于輪胎以 50km/h的速度滑移時(shí)的摩阻情況,并且兩者存在下述經(jīng)驗(yàn)關(guān)系:

2 應(yīng)用條件的比較

上述的十余項(xiàng)無損檢測技術(shù)是進(jìn)行道路質(zhì)量檢測非常有效的工具。然而它們也是各有千秋,不可替代的。下面針對(duì)它們所要求的工作條件進(jìn)行比較(見表1),以說明這一點(diǎn)。

表1 各種無損檢測技術(shù)比較結(jié)果

3 結(jié)論與展望

上述各種無損檢測方法各有千秋,適用條件也千差萬別,實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需謹(jǐn)慎選擇。隨著無損檢測技術(shù)的發(fā)展,道路質(zhì)量的檢測逐步細(xì)化,可以全方位地評(píng)價(jià)在建的、現(xiàn)役的公路服務(wù)水平,同時(shí)也為道路的修復(fù)提供必要的技術(shù)支持和依據(jù),值得廣泛推廣。

[1] 羅騏先.檢測混凝土內(nèi)部缺陷與厚度的沖擊反射法及測試系統(tǒng)[J].公路,2001(3):11-12.

[2] Amara Loulizi.Development of Ground Penetrating Radar Signal Modeling and Implementation for Transportation Infrastructure Assessment[D].Dissertation for Doctor Degree,2001.