無損檢測(cè)土木工程論文
前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了無損檢測(cè)土木工程論文范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請(qǐng)閱讀。
無損檢測(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)具有對(duì)比性或相關(guān)性，即先對(duì)受檢對(duì)象進(jìn)行無損檢測(cè)，然后對(duì)其進(jìn)行破壞性檢測(cè)，再建立兩種檢測(cè)結(jié)果之間的相關(guān)關(guān)系，才有可能對(duì)無損檢測(cè)結(jié)果做出較為正確的評(píng)價(jià)。這一點(diǎn)必須引起足夠的重視，否則，如果不做這樣的檢測(cè)對(duì)比，則不管檢測(cè)的靈敏度有多高，所作的評(píng)價(jià)將沒有任何意義。即便如此，由于無損檢測(cè)受諸多因素的影響，其檢測(cè)結(jié)果仍不一定十分可靠。所幸的是，無損檢測(cè)方法具有互容性，即對(duì)同一受檢對(duì)象可以采用不同的檢測(cè)方法。因此，還要采用不同的方法進(jìn)行檢測(cè)并綜合比較，以提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性。鑒于此，每個(gè)國(guó)家都相應(yīng)的編制了各種結(jié)構(gòu)或檢測(cè)方法的檢測(cè)鑒定標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。
2常用的無損檢測(cè)技術(shù)
2．1回彈法
回彈法是表面硬度法的一種應(yīng)用，主要通過測(cè)定混凝土表面硬度來推定抗壓強(qiáng)度?；貜梼x由瑞士的E．Schmidt于1948年發(fā)明，其原理是用一個(gè)彈簧驅(qū)動(dòng)的重錘，通過傳力桿彈擊混凝土表面，測(cè)出重錘的回彈值來推定混凝土強(qiáng)度。英國(guó)的Kolek論證了混凝土強(qiáng)度與壓痕直徑的關(guān)系，并用試驗(yàn)驗(yàn)證了回彈值與壓痕直徑的關(guān)系。而現(xiàn)在主要是通過試驗(yàn)歸納直接建立混凝土強(qiáng)度與回彈值之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線?；貜椃ㄔ谖覈?guó)的應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代，后經(jīng)大量的研究與實(shí)踐應(yīng)用，提出了適合我國(guó)實(shí)情的測(cè)強(qiáng)曲線及技術(shù)規(guī)程。該方法儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單、測(cè)試方法易于掌握、攜帶便利、費(fèi)用低廉、檢測(cè)效率較高。因而廣泛應(yīng)用于檢驗(yàn)混凝土的均勻性、對(duì)比混凝土質(zhì)量是否達(dá)到特定要求、初步判斷混凝土質(zhì)量出現(xiàn)問題的區(qū)域、推定混凝土的強(qiáng)度。
2．2超聲波檢測(cè)法
超聲波是以波的形式在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波，其頻率高于20kHz，具有指向性好、對(duì)各種材料的穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此能應(yīng)用于絕大部分材料。Sokolov于20世紀(jì)30年代開始了超聲波檢測(cè)的研究，40年代脈沖回波探傷儀器的問世，標(biāo)志著超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。我國(guó)超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域，始于20世紀(jì)50年代從英國(guó)引進(jìn)UCT－2型混凝土超聲檢測(cè)儀。超聲波在傳播過程中，隨著傳播距離的增加，其能量將逐漸減弱，即超聲波衰減，其衰減程度與材料性質(zhì)有關(guān)，如晶粒大小、缺陷密集程度等等。此外，在兩種介質(zhì)界面超聲波將發(fā)生反射、透射和散射。因此，這些反射、透射或散射波在一定程度上攜帶有受檢對(duì)象厚度、內(nèi)部缺陷及其所在位置等等信息。再有，超聲波在介質(zhì)中的傳播速度(聲速)與介質(zhì)的密度、配比(混凝土材料)等強(qiáng)度因素有關(guān)，所以聲速又與材料的強(qiáng)度聯(lián)系在一起。超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于土木工程，必須解決兩個(gè)關(guān)鍵問題:超聲波的發(fā)射和接收(超聲換能器);尋找接收信號(hào)與檢測(cè)項(xiàng)目的相關(guān)性(數(shù)據(jù)處理)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員為此做了大量研究工作，取得了豐富的研究成果，形成了比較成熟的測(cè)試技術(shù)，編制了相應(yīng)的檢測(cè)鑒定標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。總體上可以概括為以下三個(gè)方面:
(1)超聲波
的類型和產(chǎn)生超聲波技術(shù)的發(fā)展。目前可以根據(jù)需要發(fā)射不同類型的超聲波如縱波、橫波、瑞利波或蘭姆波(導(dǎo)波)，而超聲波產(chǎn)生技術(shù)也由壓電陶瓷發(fā)展到電磁超聲、激光超聲、相控陣列、磁致伸縮超聲技術(shù)［5］。Wardany等用超聲瑞利波檢測(cè)了建成于1959年位于加拿大東部的兩個(gè)水工混凝土結(jié)構(gòu)近表面的損傷情況，兩者使用了不同的混凝土粗骨料材質(zhì)。李東生等則用超聲蘭姆波檢測(cè)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)界面脫粘分層情況，并分析了界面分層長(zhǎng)度與蘭姆波能量衰減之間的關(guān)系。
(2)數(shù)據(jù)處理與儲(chǔ)存方法的發(fā)展
早期只是對(duì)聲速參量進(jìn)行相關(guān)性分析，檢測(cè)數(shù)據(jù)也不易存儲(chǔ)，隨著數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)極為方便，超聲成像技術(shù)也有了快速發(fā)展，并把振幅、頻率或波形逐漸納入相關(guān)性數(shù)據(jù)分析的行列。
(3)檢測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用
結(jié)合其它檢測(cè)方法對(duì)材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)厚度、強(qiáng)度、缺陷等進(jìn)行檢測(cè)。Kheder等利用縱波超聲回彈綜合法對(duì)混凝土構(gòu)件強(qiáng)度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。Beatrice等綜合超聲檢測(cè)、硬度計(jì)、濕度計(jì)等方法對(duì)那不勒斯的一座建于19世紀(jì)初的古老建筑的木屋架構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度、內(nèi)部缺陷等進(jìn)行了檢測(cè)。Machado等則用超聲波間接法實(shí)現(xiàn)了對(duì)營(yíng)運(yùn)中的海上木結(jié)構(gòu)構(gòu)件彎曲剛度和強(qiáng)度的檢測(cè)。沈先華利用超聲波檢測(cè)技術(shù)結(jié)合斜率法對(duì)某混凝土孔灌注樁缺陷進(jìn)行了定性與定量評(píng)價(jià)。周茗如等聯(lián)合應(yīng)用超聲檢測(cè)、人工敲擊和應(yīng)變分析法對(duì)大型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土與鋼管壁粘結(jié)情況的檢測(cè)評(píng)價(jià)。
2．3聲發(fā)射法
聲發(fā)射現(xiàn)象指的是物體因受外力或內(nèi)應(yīng)力的作用，在其內(nèi)部缺陷處將產(chǎn)生應(yīng)力集中而發(fā)生塑性變形，儲(chǔ)存大量的應(yīng)變能，一旦裂紋產(chǎn)生或裂紋擴(kuò)展，部分應(yīng)變能就會(huì)以瞬時(shí)彈性應(yīng)力波的形式向外釋放的現(xiàn)象。因物體內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生或擴(kuò)展而產(chǎn)生的聲發(fā)射現(xiàn)象的彈性波頻率低，人們就做了大量的工作去研究如何能“聽”到這些聲發(fā)射現(xiàn)象，不僅要能“聽”到，而且要能知道在哪個(gè)地方發(fā)生、原因是什么、什么時(shí)間發(fā)生、危害有多大?這就是聲發(fā)射檢測(cè)。聲發(fā)射檢測(cè)起源于20世紀(jì)50年代德國(guó)凱賽爾的研究，他首先發(fā)現(xiàn)金屬材料在變形中會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象，提出了聲發(fā)射不可逆效應(yīng)即凱賽爾效應(yīng)。隨后，其他國(guó)家的研究人員進(jìn)一步探明了塑性變形的聲發(fā)射機(jī)制———位錯(cuò)。1964年，美國(guó)率先將聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于北極星導(dǎo)彈艙的檢測(cè)并獲得成功，此后該項(xiàng)技術(shù)得到快速發(fā)展。我國(guó)于1973年建成第一套聲發(fā)射試驗(yàn)裝置，并先后研制了多種型號(hào)的聲發(fā)射檢測(cè)儀。直到80年代，隨著其它基礎(chǔ)性研究和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)才得以迅速發(fā)展。Rusch于1959年開啟了對(duì)混凝土聲發(fā)射信號(hào)研究的大門，并指出了混凝土材料凱賽爾效應(yīng)的極限應(yīng)力范圍。1970年Green對(duì)混凝土的彈性模量、泊松比和劈裂抗壓強(qiáng)度等進(jìn)行了聲發(fā)射實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并提出了可以應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)混凝土破壞的全過程實(shí)施監(jiān)測(cè)。我國(guó)的董毓利等對(duì)混凝土受壓全過程聲發(fā)射特性進(jìn)行了研究，并分析了聲發(fā)射信號(hào)首次產(chǎn)生及其后的強(qiáng)弱與試件應(yīng)力變化之間的關(guān)系。陳兵等依據(jù)聲發(fā)射信號(hào)振幅分布特性，將聲發(fā)射信號(hào)劃分為不同區(qū)段，建立了聲發(fā)射信號(hào)與混凝土內(nèi)部不同破壞機(jī)理之間的關(guān)系。如今，聲發(fā)射已應(yīng)用于建筑、橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)和完整性評(píng)價(jià)，并在市政工程、橋梁、房屋建筑等工程中，聲發(fā)射技術(shù)也已成功地應(yīng)用于混凝土框架、板的檢測(cè)。聲發(fā)射技術(shù)不僅在聲發(fā)射理論及數(shù)據(jù)處理方面有了大的發(fā)展，而且聲發(fā)射儀也從早期的模擬式單通道聲發(fā)展到目前的全數(shù)字化、全波形的多通道聲發(fā)射儀。然而，由于混凝土材料自身的復(fù)雜性，依然還有很多問題未能解決，如混凝土聲發(fā)射的機(jī)理、聲發(fā)射信號(hào)與混凝土力學(xué)參數(shù)間的相關(guān)性、混凝土的凱賽爾效應(yīng)等等。
2．4聲振檢測(cè)法
聲振檢測(cè)法是指在外激勵(lì)作用下受檢對(duì)象產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，通過對(duì)振動(dòng)特性參數(shù)的分析來評(píng)價(jià)其力學(xué)特性的檢測(cè)技術(shù)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，又分化出兩種方法:聲波反射法(低應(yīng)變法)和沖擊回波法。聲波反射法根據(jù)檢測(cè)測(cè)量方法的不同也存在不同的應(yīng)用，但在土木工程中應(yīng)用較多的是單點(diǎn)激振單點(diǎn)測(cè)量的整體響應(yīng)檢測(cè)。這種檢測(cè)方法的檢測(cè)原理是一維桿應(yīng)力波理論，因而適用于對(duì)棒狀結(jié)構(gòu)如梁柱等的檢測(cè)，土木工程中則多用于對(duì)基樁的完整性檢測(cè)。單點(diǎn)激振單點(diǎn)測(cè)量的整體響應(yīng)檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)便易行，缺點(diǎn)是:
(1)不能檢測(cè)出基樁的水平缺陷。
(2)只能對(duì)缺陷做出定性的評(píng)價(jià)，很難做到定量評(píng)價(jià)。
(3)只能檢測(cè)等直樁，對(duì)變截面樁、擴(kuò)底樁易引起誤判。
(4)數(shù)據(jù)處理難度大，如降噪和反演分析。另外，這種檢測(cè)方法應(yīng)用于對(duì)基樁的完整性檢測(cè)還有幾個(gè)問題亟需解答:
(1)彌散效應(yīng)和橫向慣性效應(yīng)
一維應(yīng)力波理論的邊界條件要求彈性應(yīng)力波波長(zhǎng)要大于兩倍的桿徑及桿的長(zhǎng)徑比大于5，否則會(huì)由于彌散和橫向慣性效應(yīng)而產(chǎn)生三維問題。
(2)樁土相互作用對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響
一維應(yīng)力波理論要求桿是自由的，而實(shí)際工程中，樁是處于半無限的土體介質(zhì)中，如果依然用一維應(yīng)力波理論進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，檢測(cè)結(jié)果是否可靠。
(3)多處縮徑樁的檢測(cè)
截面的變化，就會(huì)引起廣義波阻抗的變化，彈性波會(huì)在該截面發(fā)生反射，所以對(duì)多處縮徑樁，彈性波就會(huì)在縮徑截面間來回反射，聲振檢測(cè)技術(shù)的另一種應(yīng)用形式是沖擊回波法。1983年美國(guó)Cornell大學(xué)的Sansalone與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(NIST)的Carino首次提出沖擊回波法應(yīng)用于對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷檢測(cè)。在1984年的國(guó)際混凝土無損檢測(cè)會(huì)議上，加拿大的馬爾霍察認(rèn)為沖擊回波法是“最有發(fā)展前途的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法之一”。此后，Sansalone等利用FFT方法進(jìn)一步將沖擊回波法由時(shí)域分析轉(zhuǎn)換到頻域分析，推進(jìn)了沖擊回波法的應(yīng)用與發(fā)展。如今，沖擊回波法已廣泛的應(yīng)用于混凝土和瀝青混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷和厚度探測(cè)，特別是掃描式?jīng)_擊回波測(cè)試系統(tǒng)的問世。沖擊回波法是一種單面反射檢測(cè)技術(shù)，具有方便、快捷和直觀的優(yōu)點(diǎn)。其檢測(cè)原理為:在受檢結(jié)構(gòu)的表面施加沖擊力，以產(chǎn)生瞬態(tài)低頻應(yīng)力波(含有縱波、橫波和面波)，應(yīng)力波向結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播，遇到缺陷和外部邊界時(shí)來回反射，引起結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生相應(yīng)的微小位移響應(yīng)，并由安裝在表面的拾振器來采集這種響應(yīng)數(shù)據(jù)，最后通過對(duì)信號(hào)的頻譜分析(主要是縱波)來測(cè)定受檢結(jié)構(gòu)的彈性波速或結(jié)構(gòu)厚度。沖擊回波法能精確檢測(cè)厚度在2m以內(nèi)的混凝土厚度及其內(nèi)部缺陷(如空洞、蜂窩、離析等)。此外，它還可以檢測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度、內(nèi)部缺陷的位置、開放性表面裂縫深度及混凝土強(qiáng)度等。我國(guó)對(duì)沖擊回波法也做了大量的應(yīng)用研究。如周先雁等用沖擊回波法對(duì)橋梁箱梁孔道灌漿質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè)，根據(jù)P波在鋼絞線和空洞處的不同反射特性判斷孔道內(nèi)部是否存在缺陷。傅翔等對(duì)隧洞混凝土襯砌厚度進(jìn)行了沖擊回波法測(cè)量，并對(duì)混凝土的固結(jié)灌漿效果和分層澆注黏結(jié)質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè)。
2．5紅外熱成像檢測(cè)法
20世紀(jì)60年代，美國(guó)就已經(jīng)開始對(duì)紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究，20世紀(jì)70年代末，紅外熱成像技術(shù)已被用于診斷建筑物的熱損耗、屋頂滲水、圍墻缺陷以及查找路面的次表面缺陷等。我國(guó)在這方面的研究起步較晚，到90年代初才有學(xué)者將紅外熱像診斷技術(shù)和土木工程結(jié)合起來，對(duì)建筑物的熱損耗、建筑材料缺陷的探測(cè)和建筑外墻施工質(zhì)量等進(jìn)行了初步的應(yīng)用研究［24］。紅外線是介于可見紅光和微波間的電磁波，它的波長(zhǎng)范圍在0．76～1000μm之間，而其中只有3～5μm和8～14μm的波段能很好地透過，紅外探測(cè)儀正是利用這個(gè)波段來實(shí)現(xiàn)探測(cè)。任何高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)輻射紅外線，而物體內(nèi)部存在的裂縫或缺陷會(huì)改變物體的熱傳導(dǎo)，使物體表面的溫度分布不均勻。紅外熱成像技術(shù)是借助紅外熱像儀探測(cè)物體各部分輻射的紅外線能量，由物體表面的溫度場(chǎng)分布情況形成熱像圖來直觀的顯示材料、結(jié)構(gòu)物等內(nèi)部缺陷的一種非接觸式的無損檢測(cè)技術(shù)，也被稱為紅外掃描測(cè)試技術(shù)。它可以檢測(cè)出物體內(nèi)部缺陷的位置，并具有快速、非接觸、大面積地掃查檢測(cè)物表面，而不損傷檢測(cè)物，且結(jié)果直觀形象，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和實(shí)時(shí)觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。紅外熱像檢測(cè)應(yīng)用于土木工程，前景十分廣泛，研究的熱點(diǎn)集中在對(duì)紅外熱像獲取的熱源的改進(jìn)、缺陷深度、大小的定量化研究以及如何把研究成果運(yùn)用到復(fù)雜的實(shí)際工程當(dāng)中，并發(fā)展了一些新的技術(shù)，如鎖相熱成像和紅外斷層成像技術(shù)。
2．6雷達(dá)檢測(cè)法
工程探地雷達(dá)是用頻率介于10～2000MHz的寬頻脈沖電磁波來確定工程結(jié)構(gòu)或介質(zhì)分布的技術(shù)。雷達(dá)監(jiān)測(cè)的工作原理是利用發(fā)射天線向受檢體發(fā)射寬頻帶短脈沖形式的電磁波，該電磁波進(jìn)入介質(zhì)內(nèi)部后，經(jīng)內(nèi)部界面反射后回到表面，再由接收電線接收回波信號(hào)。由于電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度及波形隨所通過的介質(zhì)的電性性質(zhì)及幾何形態(tài)發(fā)生變化，因此反射回波攜帶有受檢體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，就可依據(jù)接收到的反射回波的雙程走時(shí)、幅度、相位等信息對(duì)目標(biāo)介質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確描述。探地雷達(dá)無損探測(cè)技術(shù)可用于混凝土內(nèi)部缺陷、鋼筋的分布檢測(cè)，公路工程中路面結(jié)構(gòu)層厚度檢測(cè)，裂縫和裂縫擴(kuò)展的識(shí)別。其優(yōu)點(diǎn)是:探地雷達(dá)法可迅速對(duì)被測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，適用于結(jié)構(gòu)物大面積快速掃測(cè)。
2．7其它檢測(cè)技術(shù)
由麥克斯韋的電磁感應(yīng)理論可知，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋能夠影響電磁場(chǎng)，因此可以利用磁測(cè)法來檢測(cè)鋼筋的位置或混凝土包覆層的厚度。文獻(xiàn)介紹了英國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)磁測(cè)法的認(rèn)識(shí):磁測(cè)法對(duì)配筋少的混凝土構(gòu)件，能得到滿意的結(jié)果;而對(duì)于配筋多的構(gòu)件，其它鋼筋的影響不能忽略，而當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，效果相反。相應(yīng)于磁測(cè)法，還有電測(cè)法。電測(cè)法主要是用來估計(jì)現(xiàn)場(chǎng)混凝土中鋼筋銹蝕程度和測(cè)量混凝土路面厚度的一種無損檢測(cè)方法。文獻(xiàn)還介紹了微波吸收技術(shù)。微波是一種電磁波，具有電磁波的反射、衍射和吸收等性質(zhì)，而水對(duì)微波有吸收性，因此被用于測(cè)定混凝土的濕度。
3總結(jié)與展望
應(yīng)用于土木工程中的無損檢測(cè)方法很多，各自都有其優(yōu)缺點(diǎn)，在選擇時(shí)要根據(jù)場(chǎng)地、條件、材質(zhì)及施工工藝，并能對(duì)缺陷的種類、性質(zhì)等有充分的估計(jì)后，才能選擇出合適的檢測(cè)方法。同樣的。對(duì)檢測(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)，要盡量綜合更多的信息，要清晰無損檢測(cè)結(jié)果只能作為評(píng)定質(zhì)量或剩余抗力的依據(jù)之一，不能僅憑檢測(cè)結(jié)果做出片面的結(jié)論。伴隨著建筑業(yè)的發(fā)展，土木工程領(lǐng)域不斷面對(duì)新結(jié)構(gòu)、新材料和新施工工藝，這給無損檢測(cè)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用提出新的挑戰(zhàn)，概括起來有四個(gè)方面:
(1)無損檢測(cè)理論的發(fā)展要適應(yīng)實(shí)際的需要;
(2)綠色、環(huán)保、節(jié)能;
(3)檢測(cè)儀器的數(shù)字化、智能化;
(4)數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化。
作者：劉傳雄 雍洪寶 單位：淮陰工學(xué)院 淮安市建筑工程檢測(cè)中心有限公司
