梁建华

（山西兰星工程质量检测有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

对混凝土结构进行质量检测，可提前发现结构的性能状态及潜在问题，并及时采取措施进行维护，以确保结构质量。传统的破坏性检测方法在检测过程中可能会对混凝土结构造成不可逆的损伤，因此需要采用无损检测技术来确保结构的完整性和安全性。无损检测技术不仅可以准确评估混凝土结构的质量，还可以在不破坏结构的情况下提前发现潜在问题，及时为维护和修复工作提供指导。本文就几种无损检测技术及其在混凝土检测中的应用进行介绍，并对提升混凝土无损检测技术有效性的策略进行分析。

1 无损检测技术的原理及应用优势

1.1 原理

无损检测技术即非破坏性检测，就是在不破坏待测物质原来的状态、化学性质等前提下，利用声波、光波、电磁波等信号的传播和反射特性，获取与待测物品质有关的物理、化学信息的检查方法。在混凝土结构中，可以通过无损检测技术判断被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，从而判定被检对象所处状态（如合格与否、剩余寿命等）。

1.2 应用优势

1.2.1 连续性优势

无损检测技术可以保证检测过程中数据的连续性，实现对混凝土的连续检测，从而获得最为可靠、精确的检测数据。

1.2.2 物理特性优势

无损检测技术可以充分利用声、光、电、磁等载体，在不影响构件的质量和性能的前提下，来对被测构件的缺陷和损坏情况进行判定，具有较高的检测效率和数据准确性。

1.2.3 远距离优势

无损检测技术可在距离被检测对象一定范围内进行检测工作，可以有效弥补常规检测方法不能远距离检测的不足[1]。

2 常见的混凝土无损检测方法

2.1 超声波检测法

超声波检测法是一种常用的无损检测技术，通过声波在材料中的传播特性来评估混凝土结构的质量和缺陷情况。这种方法利用超声波在材料内部传播时的声速和反射特性，来获取混凝土的内部结构信息，如裂缝、空洞、孔隙、钢筋分布等。

2.1.1 操作步骤

（1）传感器放置。将超声波传感器放置在待测混凝土表面。传感器通常包含一个发射器和一个接收器，用于发射超声波和接收反射的信号。

（2）信号发射。发射器发出超声波脉冲，这些脉冲在混凝土内部传播。声波在材料中的传播速度受材料的性质影响，例如材料的密度、弹性模量等。

（3）信号接收。接收器接收从混凝土内部反射回来的声波信号。反射信号的强度和传播时间提供了有关混凝土内部结构的信息。

（4）数据分析。通过分析接收到的声波信号，可以计算声波在混凝土内部的传播速度。根据声速和混凝土的物理特性，可以推断混凝土的密度、强度、缺陷等。

2.1.2 应用领域

（1）裂缝检测：可以检测混凝土中的微小裂缝，帮助提前发现可能导致结构问题的缺陷。

（2）空洞检测：可以发现混凝土内部的空洞和孔隙，评估混凝土的一致性。

（3）钢筋分布：能够确定混凝土中钢筋的位置和分布情况，有助于评估结构的承载能力。

（4）强度评估：通过声速测量，可以估计混凝土的强度，提供关于结构稳定性的信息。

2.1.3 应用优势和局限性

（1）应用优势。①非破坏性：超声波检测法不会对混凝土结构造成损伤，适用于现场检测和长期监测；②高准确性：通过分析声波传播速度和反射情况，可以获得准确的内部结构信息；③快速性：检测过程迅速，可以在较短时间内完成对大面积结构的评估；④适应性：可以适用于不同类型的混凝土结构，包括桥梁、建筑物、水坝等。

（2）应用的局限性。①深度限制：超声波的传播受到混凝土厚度的限制，对于较厚的结构可能存在检测深度有限的问题；②不适用于多层结构：当混凝土结构存在多层或复杂结构时，超声波的传播可能会受到干扰，影响检测结果的准确性；③材料异质性：如果混凝土材料的密度、弹性模量等在空间上存在较大变化，可能会影响声波传播的预测和分析。

2.2 雷达波检测法

雷达波检测法是一种基于电磁波传播特性的无损检测技术，用于评估混凝土结构内部的缺陷、钢筋分布以及结构的整体性能。通过发射和接收电磁波，该方法可以在不破坏混凝土的情况下获取有关混凝土结构的信息。

2.2.1 操作步骤

（1）发射电磁波。通过雷达波发射器发射一系列的电磁波，这些波会穿过混凝土结构。

（2）电磁波传播。电磁波在混凝土中传播时会受到不同材料的影响，如混凝土、空气、钢筋等。当电磁波遇到不同材料界面时，会发生反射、折射和传播延迟等现象。

（3）接收反射波。接收器接收从混凝土结构内部反射回来的电磁波。根据反射波的强度、传播时间以及相位变化等信息，可以推断出混凝土结构的内部情况。

（4）数据分析。通过分析接收到的电磁波信息，可以确定混凝土中的缺陷、空洞、钢筋分布、混凝土质量等。不同材料之间的电磁波传播速度差异可以提供关于结构内部的信息。

2.2.2 应用领域

（1）缺陷检测：可以检测混凝土中的裂缝、空洞、蜂窝等缺陷，及早发现可能导致结构问题的隐患。

（2）钢筋分布：能够确定混凝土中钢筋的分布情况，有助于评估结构的强度和稳定性。

（3）湿度评估：可以检测混凝土中的水分分布情况，有助于预测混凝土的耐久性和腐蚀风险。

（4）界面检测：能够探测不同材料之间的界面，如混凝土和钢筋的界面情况。

2.2.3 应用优势和局限性

（1）应用优势。①远距离检测：雷达波可以在较远距离内检测混凝土结构，无需直接接触被测物体；②多层检测：适用于多层结构的检测，不同层次的反射波可以被分析用于获取更详细的信息；③大面积：可以覆盖较大的面积，适用于对大型混凝土结构的评估。

（2）应用的局限性。①信号干扰：在某些情况下，电磁波可能会受到金属结构、含水率高的区域等的干扰，影响信号的传播和反射；②分辨率限制：雷达波的分辨率可能受到电磁波频率和传播距离的限制，难以检测较小尺寸的缺陷；③数据处理：雷达波数据的处理和解释需要专业的技能，以确保获得准确的结构信息。

2.3 冲击弹性波检测法

冲击弹性波检测法是一种基于弹性波传播特性的无损检测技术，用于评估混凝土结构的强度、硬度和一致性。该方法通过在混凝土表面施加冲击力，并分析由此产生的弹性波的传播特性，来推断混凝土的性能。

2.3.1 操作步骤

（1）冲击加载。在混凝土表面使用一个冲击器或锤子施加冲击力，这会在混凝土中产生一个瞬时的应力波。

（2）弹性波传播。冲击力产生的应力波会在混凝土内部传播，产生弹性波。这些弹性波在材料中传播，并在不同的介质界面反射和折射。

（3）弹性波接收。使用传感器或接收器捕获从混凝土内部返回的弹性波信号。这些信号包含了关于混凝土内部结构和性能的信息。

（4）数据分析。分析弹性波的传播速度、振幅和衰减等特性，可以推断混凝土的强度、硬度以及存在的缺陷情况。

2.3.2 应用领域

（1）强度评估：可以评估混凝土的弹性模量和硬度，从而间接反映其强度。

（2）一致性检测：能够检测混凝土内部的均匀性，提供有关混凝土整体质量的信息。

（3）质量控制：可以用于新混凝土结构的质量控制，以确保混凝土的强度和性能符合设计要求。

2.3.3 应用优势和局限性

（1）应用优势。①快速便捷：冲击弹性波检测法操作简单快速，可以在现场迅速实施；②定量信息：通过分析弹性波的传播特性，可以获得定量的关于混凝土性能的信息；③非破坏性：与传统的破坏性检测方法相比，冲击弹性波检测法不会对混凝土结构造成损伤[2]。

（2）应用的局限性。①材料影响：冲击弹性波的传播特性受材料的弹性模量、密度和含水率等因素影响，因此需要根据具体情况进行校准和解释；②表面准备：检测结果可能受到混凝土表面的光滑度和均匀性的影响，需要进行适当的表面准备和处理；③深度限制：冲击弹性波的传播深度有限，只能评估混凝土表面附近的性能。

2.4 回弹检测法

回弹检测法是利用弹簧驱动弹击锤，通过弹击传力杆在混凝土表面上进行弹击，并通过对弹击锤反弹距离的测量，将反弹距离和弹簧的起始长度比来确定回弹值，然后通过回弹值来对混凝土的强度进行推定。回弹法具有成本低、操作方便、对设备要求低、对被检测物质的大小和形状没有特殊的要求等优点，而该方法的缺点是检测的准确性较低，只从混凝土表层（1～3mm）的质量来评定混凝土的总体质量，而如果混凝土内部有缺陷，则不能及时发现。故不适用于冻伤、火灾、化学腐蚀等内部有缺陷的混凝土、表面和内部质量不同的混凝土、预应力钢筋锚固区和钢筋密集区域的混凝土检测。

2.5 综合检测法

在混凝土的检测中，综合检测法就是利用多种方法和参数对混凝土进行有效的检测。而综合法中超声-回弹综合法是在混凝土检测中应用广泛的检测方法之一。超声波-回弹法是将超声波检测法和回弹检测法，2 种检测手段相结合的方法，使用该方法进行检测时，首先要采用超声仪对混凝土构件进行检测，测定出超声波在混凝土构件中的传播时间，再计算出超声波的声速值。在超声检测完毕之后，再采用回弹法对混凝土进行检测，主要是测定混凝土表面硬度的回弹值，最后以回弹量、声速值为主来综合推定出混凝土的强度。因此，超声-回弹综合法中的2 种技术可以起到很好的互补效果，有助于全面反映出混凝土的质量，从而达到提高无损检测混凝土精度的目的。

3 提升混凝土无损检测技术有效性的策略

3.1 多技术组合应用

在实际工程中，通过将不同的无损检测方法结合使用，可以获得更全面、准确的混凝土结构信息，从而更好地评估结构的性能和健康状态。

（1）多技术组合能够弥补单一技术的不足。不同的无损检测方法各自具有一定的适用范围和局限性。通过将多种方法组合使用，可以在不同方面获取信息，更全面地了解混凝土结构的情况。

（2）多技术组合可以相互验证检测结果。不同方法的结果在一定程度上可以互相验证，从而减少误差和不确定性。这种互相验证可以提高评估结果的可靠性。

（3）多技术组合还可以从不同的角度揭示混凝土结构的问题。例如，超声波技术可以用于检测内部缺陷，而热红外技术可以用于检测潜在的热点，如隐蔽的水分渗漏。最后，多技术组合在复杂情况下尤其有优势。某些情况下，混凝土结构可能存在多种问题，单一技术难以全面覆盖。通过将多种技术方法结合使用，可以更好地解决复杂问题，提高评估的准确性。例如，在评估一座桥梁的混凝土质量时，可以综合使用超声波、雷达波和回弹法。超声波用于检测混凝土的内部缺陷，雷达波用于识别钢筋的位置和分布，回弹法用于评估表面的强度。这种多技术组合可以更全面地了解桥梁结构的性能和健康状态。

3.2 完善校准过程及流程标准化

为了进一步提高无损检测技术的有效性，需在校准流程标准化方面进行更深入的完善和优化。

（1）校准过程应更加精细和全面。在校准过程中，需要考虑更多的因素，如环境温度、湿度等，以确保仪器输出与实际参数之间的准确关系。校准曲线的建立需要充分的数据采集和分析，以确保其可靠性和稳定性。校准过程中的不确定性也需要考虑。校准结果可能会受到多种因素的影响，如仪器精度、样本状态等。因此，在校准过程中应该估计和记录不确定性，以提供更准确的评估结果。

（2）校准过程需更加严格和详细，应建立标准化的校准流程，包括仪器的校准、样本的准备、操作的步骤等，确保每次测试都在相同的条件下进行，同时还应考虑数据记录和报告的格式，以保证测试结果的一致性和可比性。

（3）标准化的校准流程培训也是重要的一环，对操作人员进行专业的培训，让其了解校准过程的重要性，并掌握正确的、标准化的操作方法，同时，可通过相关机构对其操作水平进行认证，才能确保操作人员具备合格的操作技能[3]。

3.3 建立有效的数据处理和分析流程

为了进一步提高技术的有效性，需要建立一个有效的数据处理和分析流程，以确保从原始数据中提取出有价值的信息。

（1）数据处理阶段需要包括数据清洗和校准。原始数据可能受到噪音、干扰等因素的影响，因此需要采用滤波、平滑等方法进行数据清洗，以保障数据的质量。

（2）校准过程也是确保数据准确性的关键步骤，通过将仪器输出与已知标准进行比较，可以将数据转化为实际物理参数值。

（3）数据标准化和转换是保证不同方法获得数据可比性的重要环节。不同的技术方法可能具有不同的测量单位或范围，通过将数据标准化，转换为相同的尺度，可以对不同方法的数据进行比较和综合分析。

（4）数据插值和拟合也是数据处理阶段的重要内容。原始数据可能存在间隔不均匀的情况，通过插值和拟合可以填补数据间的间隙，获得更连续和准确的数据曲线，从而更好地了解混凝土结构的性能。

（5）数据分析阶段需要考虑趋势分析、关联分析和异常检测。趋势分析可以帮助了解数据随时间或空间的变化趋势，关联分析可以揭示不同方法之间的关系，异常检测可以识别数据中的异常值和异常情况。

（6）数据可视化也是数据处理和分析的重要方式。通过绘制图表、曲线等，可以将数据呈现得更直观和易于理解，有助于从数据中提取出有意义的信息[4]。

4 结束语

综上所述，无损检测技术不仅可以准确评估混凝土结构的质量，还可以在不破坏结构的情况下提前发现潜在问题。超声波检测法、雷达波检测法、冲击弹性波检测法、回弹检测法、综合检测法等是常见的混凝土无损检测方法，各有各的操作流程以及优劣势。通过采用多技术组合、正确校准和标准化，以及合理的数据处理和分析，可以提高混凝土无损检测技术的有效性，为工程领域的发展和建设提供更坚实的质量保证基础。在未来，随着这些策略的不断演进和创新，可以有效应对结构越来越复杂、质量要求越来越高的工程质量检测的挑战。