裝配式混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析

黃躍峰

（廈門合誠工程檢測有限公司，福建 廈門 361012）

0 引言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑（Precast Concrete Structures）已成為現(xiàn)代建筑工程的重要組成部分。為確保裝配式結(jié)構(gòu)建筑的施工質(zhì)量及在設(shè)計壽命內(nèi)能夠安全可靠地運行，其施工建造全過程的質(zhì)量檢測至關(guān)重要，其檢測技術(shù)關(guān)系到建筑行業(yè)可持續(xù)性和高質(zhì)量發(fā)展的進程。本文以分析裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量檢測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，展望其未來創(chuàng)新發(fā)展的模式，僅供交流。

1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量檢測技術(shù)

（1）超聲波檢測技術(shù)（Ultrasonic Testing，簡稱UT）已廣泛應(yīng)用于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量評估[1]。UT 通過測量聲波在混凝土中的傳播速度和衰減來檢測內(nèi)部缺陷。此外，光纖光柵傳感技術(shù)（Fiber Bragg Grating，簡稱FBG）可實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度，提供了對結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵信息。

（2）磁粉探傷技術(shù)（Magnetic Particle Testing，簡稱MPT）和渦流檢測技術(shù)（Eddy Current Testing，ECT）用于檢測表面和近表面缺陷，如裂紋和焊縫的質(zhì)量。磁粉探傷是傳統(tǒng)的無損探傷方法之一，其原理是利用漏磁場可以吸附磁粉這個基本原理進行探傷檢測；渦流檢測技術(shù)則是利用電磁感應(yīng)原理，通過測定被檢工件內(nèi)感生渦流的變化來無損評定導(dǎo)電材料及其工件的某些性能，或發(fā)現(xiàn)缺陷的無損檢測。

（3）紅外熱成像（Infrared Thermography，簡IRT）被廣泛用于檢測混凝土結(jié)構(gòu)的隱性缺陷。IRT 通過測量表面溫度分布來識別異常熱點，從而確定可能存在的問題區(qū)域。

總的來說，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑在非破壞性質(zhì)量檢測技術(shù)領(lǐng)域取得了巨大的進展，這對提高這些結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性起到了至關(guān)重要的作用。

2 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑檢測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 施工準備階段的應(yīng)用

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑的施工準備階段，常用的檢測技術(shù)有超聲波檢測技術(shù)（UT）、磁粉探傷技術(shù)（MPT）和紅外熱成像技術(shù)（IRT）。

（1）超聲波檢測技術(shù)（UT）的應(yīng)用：在此階段，UT技術(shù)通常采用頻率為20～100kHz 的超聲波脈沖，以獲取最佳穿透深度和分辨率。檢測過程中，超聲波在混凝土中的傳播速度一般應(yīng)控制在2000～4000m/s，衰減系數(shù)通常不超過0.02dB/m（在1MHz下），以評估混凝土結(jié)構(gòu)的完整性[2]。超聲波檢測設(shè)備的動態(tài)范圍應(yīng)在

120 dB以上，以確保捕捉微弱的信號。

（2）磁粉探傷技術(shù)（MPT）的應(yīng)用：在MPT 檢測中，磁場強度應(yīng)調(diào)節(jié)至30～60 奧斯特（Oe），以有效顯示混凝土中鋼筋或金屬件表面的微小缺陷。磁粉的粒徑應(yīng)選擇在10～30μm，以保證足夠的敏感度。對于不同混凝土厚度，適用的電流大小會從幾百安培（A）到數(shù)千安培不等，以生成足夠的磁通量。

（3）紅外熱成像技術(shù)（IRT）的應(yīng)用：IRT 檢測時，應(yīng)使用具有至少640×480 像素分辨率的熱像儀，溫度分辨率應(yīng)達到0.05℃以內(nèi)，以準確識別溫差。掃描過程中，設(shè)定的溫差閾值應(yīng)不超過0.1℃，確保能夠檢測到細微的溫度變化。觀察時間通常在夜間或溫度變化較小的時段，以減少環(huán)境因素的影響。

2.2 運輸期間的應(yīng)用

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)成品構(gòu)件的運輸環(huán)節(jié)也是影響結(jié)構(gòu)安全與完整性的關(guān)鍵階段，在此過程中常用的檢測技術(shù)有超聲波檢測技術(shù)（UT）、磁粉探傷技術(shù)（MPT）、渦流檢測技術(shù)（ECT）和紅外熱成像技術(shù)（IRT）。

（1）超聲波檢測技術(shù)（UT）：在運輸期間，UT設(shè)備通常采用2.5MHz 的探頭對構(gòu)件進行檢測，以優(yōu)化對微小缺陷的檢測能力[3]。實時監(jiān)測中，聲波的傳播時間應(yīng)控制在10～1000μs 之間，以評估混凝土內(nèi)部的空洞和不均勻固化情況。對于特定構(gòu)件的實時監(jiān)測，信號增益設(shè)置應(yīng)不低于60dB，以保證檢測的靈敏度。

（2）磁粉探傷技術(shù)（MPT）與渦流檢測技術(shù)（ECT）：MPT 在檢測過程中，磁場強度通常設(shè)置在30～60 奧斯特（Oe），以便顯露微小裂紋。而ECT檢測時，頻率范圍應(yīng)選擇在100kHz 至2MHz，以最大化對金屬配件表面和導(dǎo)電性變化的感應(yīng)能力。在運輸過程中的動態(tài)檢測中，渦流檢測的靈敏度參數(shù)應(yīng)調(diào)至能夠探測到0.5mm的表面缺陷。

（3）紅外熱成像技術(shù)（IRT）：對于IRT，關(guān)鍵參數(shù)包括熱像儀的空間分辨率應(yīng)至少為0.1℃，以便在運輸過程中快速檢測溫度分布[4]。溫差檢測的靈敏度應(yīng)設(shè)置為0.05℃，這樣可以有效識別由于內(nèi)部缺陷或運輸過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力差異。熱像儀的測量范圍至少應(yīng)為-20～150℃，以覆蓋可能出現(xiàn)的所有環(huán)境條件。

2.3 安裝階段的應(yīng)用

在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的安裝階段，超聲波檢測技術(shù)（UT）與光纖光柵傳感技術(shù)（FBG）均有深入應(yīng)用。

（1）UT 技術(shù)能詳細地檢測混凝土內(nèi)部，例如，設(shè)定探頭發(fā)送頻率為2.5MHz 的超聲波，這些波會穿越混凝土并在遇到內(nèi)部缺陷時反射。如，內(nèi)部裂縫的存在，會使得超聲波在混凝土中的傳播速度從約4500m/s 降到4100m/s左右。探頭接收到的信號中，通過分析其時間延遲和強度衰減，可以精確判定缺陷的位置與大小，為工程團隊提供更換或修復(fù)構(gòu)件的依據(jù)。

（2）FBG 傳感器通過測量傳遞過光纖的光的波長變化來感知應(yīng)變與溫度變化。例如，當混凝土產(chǎn)生0.1%的應(yīng)變時，光纖中的光波長可能會變化約1.2nm。通過監(jiān)測這些微小的波長變化，可以實時計算出混凝土構(gòu)件的應(yīng)變情況。如在安裝過程中某一構(gòu)件的應(yīng)變值超過預(yù)定的0.2%，便需要調(diào)整或更換，以確保其長期的穩(wěn)定性和安全性。

（3）通過UT 與FBG 的聯(lián)合使用，可以在安裝階段就做到對構(gòu)件的全面質(zhì)量控制。UT提供內(nèi)部缺陷的精確信息，而FBG則持續(xù)監(jiān)測其在安裝過程中的狀態(tài)，確保每個構(gòu)件都能在允許的應(yīng)變和溫度范圍內(nèi)運作，從而為整個建筑工程的成功安裝和施工安全提供保障。

3 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑檢測技術(shù)的發(fā)展方向

3.1 檢測技術(shù)的集成化和智能化

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工全過程檢測是保證質(zhì)量的核心，未來發(fā)展趨勢將更加聚焦于技術(shù)的集成化和智能化[5]。

（1）未來的混凝土結(jié)構(gòu)施工全過程檢測將實現(xiàn)技術(shù)的無縫集成。超聲波檢測技術(shù)（UT）、光纖光柵傳感技術(shù)（FBG）、磁粉探傷技術(shù)（MPT）、渦流檢測技術(shù)（ECT）及紅外熱成像技術(shù)（IRT）等，將通過集成化平臺共同作用，實現(xiàn)對混凝土結(jié)構(gòu)施工全過程的精準監(jiān)測。集成化平臺將采用云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實時分析多維度數(shù)據(jù)，為工程團隊提供實時、精準的反饋。

（2）自動化和智能化將是全過程檢測的重要發(fā)展方向。例如，集成化平臺將采用人工智能算法，實時分析檢測數(shù)據(jù)，并與歷史數(shù)據(jù)對比，自動識別可能的質(zhì)量問題，并及時報警。此外，無人機和機器人技術(shù)也將被廣泛應(yīng)用于施工現(xiàn)場，它們將搭載各種檢測設(shè)備，無需人工干預(yù)，自動完成混凝土結(jié)構(gòu)的表面和內(nèi)部檢測工作。

（3）數(shù)字孿生技術(shù)將在未來的混凝土結(jié)構(gòu)施工全過程檢測中發(fā)揮重要作用。通過創(chuàng)建混凝土結(jié)構(gòu)的數(shù)字模型，工程團隊可以在虛擬環(huán)境中模擬和預(yù)測結(jié)構(gòu)的實際行為，并與實際檢測數(shù)據(jù)進行對比，實時監(jiān)測和評估結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)和性能。

（4）未來的混凝土結(jié)構(gòu)施工全過程檢測還將更加注重環(huán)境和可持續(xù)性。檢測技術(shù)將更加環(huán)保和節(jié)能，同時檢測數(shù)據(jù)也將被用于評估和優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境性能和可持續(xù)性。

未來的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工全過程檢測將是一個集成、智能、自動化和可持續(xù)的系統(tǒng)。通過采用先進的檢測技術(shù)和管理方法，工程團隊將能更有效地保證混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能，滿足社會對可持續(xù)建筑的需求。

3.2 完善檢測技術(shù)的應(yīng)用模式

3.2.1 構(gòu)建先進的智能檢測系統(tǒng)

（1）先進傳感器網(wǎng)絡(luò)[6]。智能傳感器在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位布置，監(jiān)測結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力和振動。這些傳感器使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時傳輸數(shù)據(jù)。

（2）機器學習和模型預(yù)測。采用機器學習算法，感器數(shù)據(jù)進行實時分析，識別潛在的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性。建立結(jié)構(gòu)模型，通過模擬分析預(yù)測結(jié)構(gòu)行為。

（3）自動報警系統(tǒng)。一旦檢測到異常，自動報警系統(tǒng)立即通知相關(guān)人員，同時提供緊急修復(fù)建議。

3.2.2 構(gòu)建科學的檢測模式

（1）構(gòu)建集中性的檢測技術(shù)模式。針對裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的集中性問題，確保每個構(gòu)件的正確裝配[7]。其中，包含了虛擬現(xiàn)實模擬：在施工前，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建集中性模擬，模擬裝配過程并檢查構(gòu)件之間的相互作用；AR 助手：施工人員佩戴增強現(xiàn)實（AR）頭盔，顯示虛擬現(xiàn)實模擬，提供裝配指導(dǎo)，確保構(gòu)件準確對接；傳感器和機器視覺：采用傳感器和機器視覺系統(tǒng)，監(jiān)測裝配過程，檢測并糾正裝配誤差。

（2）構(gòu)建混凝土結(jié)構(gòu)裝配精確度的檢測模式。在施工過程中，重點關(guān)注混凝土結(jié)構(gòu)的裝配精確度，確保每個構(gòu)件的精確性[8]。通過利用激光掃描儀檢測混凝土表面的平整度和垂直度，提供高精度的數(shù)據(jù)、高精度GPS 定位，實時跟蹤構(gòu)件的位置和相對位置，確保精確對接、云計算數(shù)據(jù)分析，將激光掃描和GPS 數(shù)據(jù)上傳到云端，使用云計算進行實時數(shù)據(jù)分析和精度評估。確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，為未來建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

4 結(jié)束語

本文分析了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量檢測技術(shù)將通過檢測技術(shù)的集成化和智能化以及完善檢測技術(shù)應(yīng)用模式，大大提升監(jiān)測精度和檢測質(zhì)量，為更安全、更高效、可持續(xù)的裝配式混凝土建筑提供質(zhì)量保障，為人們提供更安全、更舒適的居住和工作環(huán)境，為環(huán)境的可持續(xù)性和資源的節(jié)約做出貢獻。