無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種在不破壞被檢測(cè)對(duì)象的前提下，利用物理手段揭示其內(nèi)部或表面缺陷和性能的技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)速度快、檢測(cè)范圍廣、檢測(cè)結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)。基于此，介紹無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用領(lǐng)域、方法和案例，主要包括無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)等建設(shè)工程中的應(yīng)用領(lǐng)域，以及超聲波法、電磁法、紅外熱像法和X射線法等常用的無(wú)損檢測(cè)方法。以某高速公路橋梁工程為例，分析無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的應(yīng)用效果和價(jià)值，旨在為建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè)；建設(shè)工程；質(zhì)量分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TU712.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）12-0086-03

0 引言

建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)是保證工程安全和延長(zhǎng)使用壽命的重要手段，也是工程質(zhì)量管理的基礎(chǔ)和核心。傳統(tǒng)的建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)方法通常需要破壞或切割被檢測(cè)對(duì)象，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還會(huì)影響結(jié)構(gòu)的完整性和性能。近年來(lái)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)作為一種在不破壞被檢測(cè)對(duì)象的前提下，利用物理手段揭示其內(nèi)部或表面缺陷和性能的技術(shù)，越來(lái)越受到工程行業(yè)的重視。

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)速度快、檢測(cè)范圍廣、檢測(cè)結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地評(píng)估建設(shè)工程的安全性、耐久性和可靠性，為工程的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。本文主要介紹了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在建設(shè)工程中的應(yīng)用領(lǐng)域、方法和案例，旨在為建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)提供參考和借鑒。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ο?/p>

1.1 混凝土結(jié)構(gòu)

混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土和鋼筋組成的工程結(jié)構(gòu)，它具有良好的耐久性、抗震性和經(jīng)濟(jì)性，廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、隧道、水利等領(lǐng)域?；炷两Y(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測(cè)是保證工程安全和延長(zhǎng)使用壽命的重要手段。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種在不破壞被檢測(cè)結(jié)構(gòu)的前提下，利用聲、光、電、磁和射線等物理方法，揭示混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部或表面存在的缺陷和性能的技術(shù)[1]。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)速度快、檢測(cè)范圍廣、檢測(cè)結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)，是目前混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)的主要方法之一。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用主要包括以下4個(gè)方面。

1.1.1 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

混凝土強(qiáng)度是反映混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量和性能的重要指標(biāo)，常用的無(wú)損檢測(cè)方法有回彈法、超聲波法、超聲回彈綜合法、鉆芯法和拔出法等。這些方法根據(jù)混凝土的表面硬度、聲速、回彈值等物理量，推算混凝土的抗壓強(qiáng)度，或者通過(guò)鉆取芯樣進(jìn)行直接測(cè)試。不同的方法有不同的適用范圍和精度，一般需要根據(jù)工程實(shí)際情況選擇合適的方法或綜合使用多種方法。

1.1.2 混凝土缺陷檢測(cè)

混凝土缺陷是指混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部或表面存在的裂縫、空洞、蜂窩、疏松、腐蝕等不良現(xiàn)象，它們會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和耐久性，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。常用的無(wú)損檢測(cè)方法有射線法、電磁法、紅外熱像法、脈沖回波法等。這些方法利用射線、電磁波、紅外線或聲波在穿過(guò)混凝土?xí)r的衰減或反射特性，探測(cè)混凝土內(nèi)部或表面的缺陷位置和形態(tài)，并通過(guò)圖像或信號(hào)分析評(píng)價(jià)缺陷的嚴(yán)重程度。

1.1.3 鋼筋銹蝕檢測(cè)

鋼筋銹蝕是指鋼筋在混凝土中受到氧化還原反應(yīng)或電化學(xué)腐蝕而產(chǎn)生的銹斑或銹層，它會(huì)導(dǎo)致鋼筋截面積減小、粘結(jié)性能下降和應(yīng)力集中，影響混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和延性。常用的無(wú)損檢測(cè)方法有半電池法、電位法、電阻率法等。這些方法利用鋼筋與外界電極之間的電位差或電阻率變化，判斷鋼筋是否存在銹蝕，并評(píng)估銹蝕程度[2]。

1.1.4 預(yù)應(yīng)力損失檢測(cè)

預(yù)應(yīng)力是指在混凝土結(jié)構(gòu)中施加一定的預(yù)先拉力，使其在受到荷載作用時(shí)仍能保持一定的拉力狀態(tài)，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和抗裂性能。預(yù)應(yīng)力損失是指在施加預(yù)應(yīng)力后，混凝土的徐變、收縮、溫度變化等原因而逐漸降低的現(xiàn)象，它會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的性能和安全性。

常用的無(wú)損檢測(cè)方法有振動(dòng)法、應(yīng)變法、聲波法等，這些方法利用預(yù)應(yīng)力對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率、應(yīng)變分布或聲波傳播速度的影響，測(cè)量預(yù)應(yīng)力的大小和分布，并評(píng)估預(yù)應(yīng)力損失的原因和程度。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)

橋梁結(jié)構(gòu)是指橋梁的主要承重構(gòu)件，如橋墩、橋臺(tái)、梁、板、拱等，以及連接這些構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)、支座、伸縮縫等。橋梁結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和形式有很多，主要取決于橋梁的跨度、載荷、地形、地質(zhì)和材料等因素。常見(jiàn)的橋梁結(jié)構(gòu)類(lèi)型有梁式橋、拱式橋、索式橋和鋼架橋等。

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種在不破壞橋梁結(jié)構(gòu)和性能的前提下，通過(guò)物理手段檢測(cè)橋梁內(nèi)部缺陷和技術(shù)狀況的方法。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以有效地評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和可靠性，為橋梁的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域包括以下4種。

1.2.1 橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度檢測(cè)

可通過(guò)回彈法、超聲回彈綜合法等方法，測(cè)定混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，評(píng)估結(jié)構(gòu)的承載能力和抗裂性能。

1.2.2 橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷檢測(cè)

可通過(guò)超聲波法、電磁法、紅外熱像法、X射線法等方法，探測(cè)混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在孔洞、裂縫、蜂窩、空鼓、鋼筋銹蝕等缺陷，判斷結(jié)構(gòu)的完整性和耐久性[3]。

1.2.3 橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性檢測(cè)

可通過(guò)頻譜分析法、圖像分析法等方法，測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型、阻尼比等參數(shù)，反映結(jié)構(gòu)的剛度、穩(wěn)定性和疲勞性能。

1.2.4 橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和位移檢測(cè)

可通過(guò)傳感器技術(shù)、探地雷達(dá)技術(shù)等方法，監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的應(yīng)變和位移變化，分析結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和變形規(guī)律。

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用方法

2.1 超聲波法

超聲波法是一種利用超聲波在物質(zhì)中傳播和反射的特性，檢測(cè)物質(zhì)內(nèi)部缺陷或測(cè)量物質(zhì)厚度的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。超聲波法使用壓電效應(yīng)，將高頻電脈沖轉(zhuǎn)換為超聲波，通過(guò)探頭發(fā)射到被檢測(cè)物體中。當(dāng)超聲波遇到不同介質(zhì)的界面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射、折射和衍射等現(xiàn)象。通過(guò)接收和分析反射回來(lái)的超聲波信號(hào)，可以測(cè)量物體的厚度判斷物體內(nèi)部是否存在缺陷。

超聲波法穿透能力強(qiáng)，可以檢測(cè)較大厚度范圍內(nèi)的物體內(nèi)部缺陷。其缺陷定位準(zhǔn)確，可以測(cè)量缺陷的位置、大小和形狀。但也存在一些局限性。例如對(duì)缺陷的定性和定量分析仍需深入研究，缺陷的方向、形狀和位置對(duì)檢測(cè)結(jié)果有影響。對(duì)復(fù)雜形狀或不規(guī)則外形的物體進(jìn)行超聲檢測(cè)有困難，需要特殊的探頭或耦合劑。

2.2 電磁法

電磁法是一種利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法，主要有以下3種應(yīng)用方式。

2.2.1 渦流檢測(cè)

通過(guò)在被檢測(cè)工件內(nèi)感生交變電流（渦流）來(lái)檢測(cè)導(dǎo)電材料的缺陷或性能。渦流檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)高速、高靈敏度、高分辨率的檢測(cè)，適用于金屬板、管、棒、線等形狀的工件。渦流檢測(cè)的缺點(diǎn)是受材料導(dǎo)電性、磁導(dǎo)率、幾何形狀等因素的影響，需要校準(zhǔn)和標(biāo)定，且深層缺陷難以檢出。

2.2.2 電磁超聲檢測(cè)

其通過(guò)電磁耦合方式激勵(lì)和接收超聲波，來(lái)檢測(cè)金屬構(gòu)件表面和近表面的裂紋缺陷。電磁超聲檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)非接觸，不需要耦合劑，適于高溫檢測(cè)，容易激發(fā)各種超聲波形。電磁超聲檢測(cè)的缺點(diǎn)是換能效率低，探頭與工件間隙不能太大，且對(duì)非導(dǎo)電或非磁性材料不適用。

2.2.3 交流電磁場(chǎng)測(cè)量法

交流電磁場(chǎng)測(cè)量法在被檢測(cè)工件表面施加交流電磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生裂紋敏感信號(hào)，然后通過(guò)特殊的傳感器來(lái)測(cè)量信號(hào)的幅度和相位，從而確定裂紋的位置、長(zhǎng)度和深度。交流電磁場(chǎng)測(cè)量法具有非接觸、受工件表面影響小、可在水下或油中進(jìn)行檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。交流電磁場(chǎng)測(cè)量法的缺點(diǎn)是對(duì)于深層或小尺寸的裂紋敏感性較低，且對(duì)于非鐵磁性材料的適用性有限。

2.3 紅外熱像法

紅外熱像法是一種利用紅外熱像儀檢測(cè)目標(biāo)表面溫度分布的無(wú)損檢測(cè)方法，它可以反映出目標(biāo)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和缺陷。

紅外熱像法在建設(shè)工程中的應(yīng)用主要有以下4個(gè)方面：①建筑滲漏檢測(cè)。紅外熱像法可以檢測(cè)出建筑物的外墻、屋頂、地面等部位的滲水情況，通過(guò)比較滲水部位和正常部位的溫度差異，找出滲漏點(diǎn)的位置和范圍，為維修和防治提供依據(jù)。②白蟻防治。紅外熱像法可以探測(cè)出白蟻在建筑物內(nèi)部的活動(dòng)軌跡和蟻穴位置，通過(guò)分析白蟻產(chǎn)生的熱量和濕度對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，判斷白蟻的危害程度和分布范圍，為滅蟻和防蟻提供參考。③空鼓及外墻飾面粘貼缺陷檢測(cè)。紅外熱像法可以檢測(cè)出建筑物外墻飾面層與基層之間的粘結(jié)缺陷，如空鼓、裂縫、脫落等，通過(guò)觀察飾面層表面的溫度分布和變化規(guī)律，判斷飾面層的質(zhì)量和穩(wěn)定性，為修復(fù)和改善提供依據(jù)。④建筑節(jié)能檢測(cè)。紅外熱像法可以檢測(cè)出建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能，如保溫材料、門(mén)窗、玻璃幕墻等部位的熱損失情況，通過(guò)分析外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和外表面的溫度差異，評(píng)價(jià)建筑物的節(jié)能效果和能耗水平，為節(jié)能改造和優(yōu)化提供參考。

2.4 X射線法

X射線法是一種利用X射線的穿透性和吸收性對(duì)物體內(nèi)部進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法。

X射線法的應(yīng)用方法主要有以下4個(gè)方面：①X射線照相法。這是一種利用X射線感光膠片記錄物體內(nèi)部缺陷的方法。該方法可以獲得高分辨率的圖像，但需要暗室操作和膠片存儲(chǔ)，且不能實(shí)時(shí)顯示結(jié)果。②X射線工業(yè)電視法。這是一種利用X射線圖像增強(qiáng)器將X射線轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光，并通過(guò)電視系統(tǒng)顯示在監(jiān)視器上的方法。該方法可以實(shí)時(shí)觀察物體內(nèi)部情況，但圖像質(zhì)量較低，且受環(huán)境光干擾。③X射線數(shù)字成像法。這是一種利用X射線探測(cè)器將X射線轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)處理和顯示的方法。該方法可以提高圖像質(zhì)量和檢測(cè)效率，且方便存儲(chǔ)和傳輸，是目前最先進(jìn)的X射線檢測(cè)方法。④X射線計(jì)算機(jī)斷層成像法。這是一種利用多個(gè)角度的X射線投影重建物體內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)的方法。該方法可以提供物體內(nèi)部的層析圖像，且可以對(duì)不同材料進(jìn)行區(qū)分，是一種高精度的X射線檢測(cè)方法。

3 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的建設(shè)工程應(yīng)用案例

某高速公路橋梁是一座鋼筋混凝土梁式橋，跨度為100 m，設(shè)計(jì)壽命為50年。

3.1 案例應(yīng)用的檢測(cè)技術(shù)

為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，采用了以下4種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

3.1.1 超聲波法

在施工階段，使用超聲波法對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，評(píng)估混凝土的質(zhì)量和均勻性。在運(yùn)營(yíng)階段，使用超聲波法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)并定位裂縫、空洞、蜂窩等缺陷，評(píng)估缺陷的嚴(yán)重程度和影響范圍。

3.1.2 電磁法

在施工階段，使用電磁法對(duì)鋼筋的位置、數(shù)量、直徑和保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)鋼筋的布置和質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。在運(yùn)營(yíng)階段，使用電磁法對(duì)鋼筋的銹蝕程度進(jìn)行檢測(cè)，評(píng)估鋼筋的損失和強(qiáng)度下降。

3.1.3 紅外熱像法

在運(yùn)營(yíng)階段，使用紅外熱像法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的溫度分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析橋梁結(jié)構(gòu)的熱損失和隔熱性能，評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果和能耗水平。

3.1.4 X射線法

在運(yùn)營(yíng)階段，使用X射線法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行斷層成像，重建橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形態(tài)和材料分布，區(qū)分不同材料的密度和厚度，發(fā)現(xiàn)并定量分析深層或小尺寸的缺陷。

3.2 檢測(cè)結(jié)果

該橋梁工程采用了超聲波法、電磁法、紅外熱像法和X射線法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，得到了以下結(jié)果。

超聲波法檢測(cè)結(jié)果顯示，混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，平均抗壓強(qiáng)度為35 MPa，無(wú)明顯的強(qiáng)度不均勻現(xiàn)象。橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷較少，僅在橋墩底部發(fā)現(xiàn)了一些小裂縫和空洞，最大裂縫寬度為0.5 mm，最大空洞直徑為10 mm，對(duì)結(jié)構(gòu)安全性和耐久性影響不大。

電磁法檢測(cè)結(jié)果顯示，鋼筋的位置、數(shù)量、直徑和保護(hù)層厚度均符合設(shè)計(jì)要求，平均鋼筋直徑為16 mm，平均保護(hù)層厚度為40 mm。鋼筋的銹蝕程度較輕，僅在橋梁兩端的支座附近發(fā)現(xiàn)了一些銹斑，最大銹斑面積為5 cm2，對(duì)鋼筋的截面積和強(qiáng)度影響不大。

紅外熱像法檢測(cè)結(jié)果顯示，橋梁結(jié)構(gòu)的溫度分布較為均勻，無(wú)明顯的熱損失或隔熱缺陷。橋梁結(jié)構(gòu)的平均表面溫度為25℃，最高溫度為28℃，最低溫度為22℃。橋梁結(jié)構(gòu)的節(jié)能效果和能耗水平較好。

X射線法檢測(cè)結(jié)果顯示，橋梁結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)，無(wú)明顯的變形或位移。橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部材料分布合理，無(wú)明顯的密度或厚度異常。橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部深層或小尺寸的缺陷極少，僅在橋梁中部的一根鋼筋上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)1 mm的劃痕。

該橋梁工程的無(wú)損檢測(cè)結(jié)果表明，橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能良好，符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)需進(jìn)行修復(fù)或改造。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用領(lǐng)域、方法和案例，并以某高速公路橋梁工程為例，介紹了在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，采用了超聲波法、電磁法、紅外熱像法和X射線法等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、內(nèi)部缺陷、動(dòng)力特性、應(yīng)變和位移等進(jìn)行了檢測(cè)和評(píng)估，為橋梁的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)和管理提供了科學(xué)依據(jù)，以期為建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域提供了一些有價(jià)值的參考和借鑒。

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收稿日期：2023-09-06

作者簡(jiǎn)介：張迪（1989—），女，山東濟(jì)南人，本科，工程師，研究方向：工程技術(shù)。