建设工程无损检测技术的应用现状和发展趋势.ppt

建设工程无损检测技术的应用现状和发展趋势,无损检测技术的定义,无损检测技术就是在不影响工程结构使用性能的前提下，通过原位检测某些物理量（如回弹值、超声波速、振动频率、红外线辐射等）推算出材料与结构的工程质量指标，如强度值、厚度值、内部缺陷点、钢筋位置、成分含量等。 主要特点：非破坏性、随机性、远距离探测、间接性、现场检测等等；且检测数据可连续性采集，并通过数理分析和逻辑判断，能够比较准确地推定出工程质量的状况。,无损检测技术的地位,随着人们对工程质量的关注，以及无损检测技术的迅速发展和日臻成熟，促使无损检测技术在建设工程中的作用日益明显。它不但已成为工程事故的检测和分析手段之一，而且正在成为工程质量控制和构筑物使用过程中可靠性监控的一种工具。可以说，无损检测技术成为建筑技术发展水平的重要标志之一。,建设工程中的两大类无损检测技术,一、钢结构无损检测技术 直接沿用了金属材料无损检测的技术： 1、射线探伤(RT) 2、超声探伤(UT) 3、磁粉探伤(MT) 4、渗透探伤(PT) 5、涡流探伤(ET),二、混凝土无损检测技术 主要技术手段是借鉴了金属无损探伤技术中比较成熟的原理、方法。常用的有：回弹法、超声法、拔出法、雷达法等等。根据检测目的可分为五大类： 1、强度检测的方法：回弹法、超声法、超声回弹综合法，微破碎的有拔出法、钻芯法、射钉法等等； 2、内部质量状况如缺陷、密实度、裂缝、结合面质量等等检测：超声法、雷达法等等； 3、几何尺寸检测：如结构层厚度、钢筋位置及保护层厚度等； 4、耐久性方面的检测：钢筋锈蚀状况检测、氯离子含量检测、外墙饰面层检测等等； 5、使用性能检测：红外法检测建筑热工特性、防水性能等等。,一、建设工程无损检测技术在我国的发展,（一）已制订的行业标准和协会标准（CECS）为无损检测技术的普及应用奠定了基础,1、混凝土强度检测,方法有回弹法、超声回弹综合法、拔出法、钻芯法、射钉法等，相关标准规范: 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T 23-2001 超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程CECS 02:88（修订中） 钻芯法检测混凝土强度技术规程CECS 03:88（修订中） 后装拔出法检测混凝土强度技术规程CECS 69:94 建筑结构检测技术标准（已通过审查）,2、混凝土缺陷检测,方法有超声法、雷达波反射法、冲击回波法等 ，相关规范: 超声法检测混凝土缺陷技术规程CECS 21:2000,3、钢筋直径和位置检测,方法有电磁感应法、雷达波反射法 ，相关规范: 混凝土中钢筋检测技术规程（编制中）,4、砌筑砂浆和砌体质量检测,方法有贯入法、轴压法、剪切法等，相关规范: 贯入法检测砂浆抗压强度技术规程JGJ/T 136-2001 砌体工程现场检测技术标准GB/T503152000,5、钢结构质量检测,方法有超声波探伤、X射线探伤、磁粉探伤等。相关规范: 钢结构螺栓球节点JG 10-1999 钢结构焊接球节点JG 11-1999 焊接球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法JGJ/T 3034.1-1996 螺栓球节点钢网架焊缝超声波探伤及质量分级法JGJ/T 3034.1-1996 建筑钢结构焊缝超声波探伤JB/T 7524-94 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级GB 1134589,6、装饰质量检测,饰面砖粘结力试验、房屋渗漏检测、建筑连接锚栓（筋）的检测等。在进行结构安全鉴定时还涉及到结构的几何尺寸、挠度、垂直度检测等。相关规范: 建筑工程饰面砖粘结强度检验标准JGJ 110-97 建筑变形测量规程JGJ/T 8-97,7、建筑物安全性、适应性、耐久性、抗震性能检测鉴定,标准有： 民用建筑可靠性鉴定标准GB 502921999 工业厂房可靠性鉴定标准GBJ 14490 危险房屋鉴定标准JGJ 125-99 建筑抗震鉴定标准GB 5002395 混凝土结构耐久性评定标准(征求意见稿),（二）无损检测技术逐步由事故处理的检测手段成为质量监控和验收的一种工具,通过二十多年的努力，无损检测技术日益成熟和可靠性的不断提高，其检测结果不但是普通使用的一种质量处理的依据，而且越来越多的工程将它用作施工过程中的质量控制手段，使无损检测提前介入施工管理 。,在我国的混凝土结构工程施工质量验收规范（GB 50204-2002）中明确规定：“对涉及混凝土结构安全的重要部位应进行结构实体检验。” “对混凝土强度检验，采用非破损或局部破损的检测方法，” ，“当未能取得同条件养护试件强度、同条件养护试件强度被判为不合格，应委托具有相应资质等级的检测机构按国家有关标准的规定进行检测。”此外，还有些城市明确规定，新建建筑中应抽一定比例进行无损检测，以作为验收的依据。,（三）为了适应更为复杂的检测项目，一些新的无损检测技术不断涌现,红外成像技术、雷达技术、波动分析技术等逐步得到应用。这些技术虽然尚无统一的技术规程可循，但它们具有快速、非接触或成像等特点，对建筑物内部缺陷、钢筋状态、表面粘结层的可靠性、建筑物的总体保温节能状况等特性均可有较为直观的标示，使整个无损检测体系更为完善。 红外热像法检测建筑物外墙饰们面粘贴质量技术规程（Q/JY25-2001）； 混凝土中钢筋检测技术规程（编制中）,（四）我国无损检测仪器的研制和生产，为无损检测技术的普及和发展提供了物质基础,以超声仪为例，我国已由五十年末的第一代电子管式超声仪，发展到至今的第四代数字式智能化仪器（如NM系列）。这些仪器无论从性能稳定性、功能的综合性和处理功能的智能化程度均已达到了国际先进水平。这些仪器的出现是以检测方法的研究为基础，同时它又促进了检测方法的研究。此外，仪器的生产供应体系也已实现了重组和完善，培育了一批高科技企业。,（五）在无损测试方面，除了不断引入一些新的物理量和新的方法以外，在测试结果的分析处理技术方面，也有了新的飞跃,八十年代以前：无损检测的结果在很大程度上取决于检测人员的经验。 随后：我国广泛地采用了以统计数字为基础的数据处理技术。测强中使用统计回归的方法；在缺陷检测方法中使用了以统计异常值为基础的判断方法，和以聚类分析及模糊数学为基础的数值判据。 目前：正在进入一个新的飞跃，即由数理统计方法进入信息处理技术的新阶段。例如CT成像技术，频谱分析技术、神经网络技术等近年来都已越来越多地被无损检测研究者所运用，在所发表的研究论文中占有相当大的比例，并已运用于工程检测，使检测结果的直观性和可靠性大为提高。,二、各主要检测方法的应用状况,在钢结构施工中，无损检测技术的应用较为普遍，检测方法和标准规范成熟齐全，其检测结果已成为工程验收必不可少的依据。砌体质量的检测方法很多，也有国家正式颁布的标准，但技术成熟度不够，往往给检测工作带来困难。应用最多的是混凝土质量的检测，各种检测方法还分别编制了行业标准或协会标准，用于指导和规范检测工作。,（一）回弹法,回弹法检测混凝土强度技术应用最为广泛。 特点: 检测精度不高，操作简单、检测费用低廉。 局限： 1、不适用于表层及内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土构件； 2、不适用于特种成型工艺制作的混凝土构件的检测； 3、不适用于内部存在缺陷的混凝土强度检测。,回弹法检测基本原理,以一定刚度的弹簧驱动一个重锤，作用于混凝土表面使其产生弹、塑性变形，弹性变形转换成重锤回弹的能量，重锤回弹高度和其冲击长度之比值为回弹值，一般认为，回弹值和混凝土强度特别是表面强度成正比关系，因此可通过回弹值推算混凝土强度。,回弹仪,（二）拔出法,特点：检测混凝土强度的精度比较高。 发达国家基本上都有正式的标准，有些国家甚至将拔出法的检测结果作为混凝土强度的验收依据。 类型: 1、预埋拔出法用于检测拆模、预应力张拉时混凝土强度； 2、后装拔出法检测比较麻烦，需要钻孔、磨槽、安装锚固件等，试验的成本要大一些，这些都影响了后装拔出法的应用。,拔出法检测基本原理,将一定形状的锚栓埋置于混凝土中，施加拉拔力直至混凝土破坏，测得的力为抗拔力，抗拔力和锚栓直径、埋置深度、界面摩擦力以及混凝土抗拉强度有关，当锚栓规格和埋置深度固定时，则可根据抗拔力推算混凝土抗压强度。 优点：测得的抗拔力本身也是力学性能指标，和混凝土抗压强度性质上最接近。 缺点：工艺复杂、对混凝土表面造成破坏且对被检混凝土表面平整度要求较高。,（三）钻芯法,特点: 属局部破损方法，构件的损伤较大，检测成本高，直观准确，可成为其它检测方法的校验依据。,钻芯机,（四）超声法及冲击回波法,超声法主要用于混凝土内部缺陷的检测。虽然超声法的准确性较差，但其穿透能力仍然是各种测缺方法中较强的，最大可达15000mm。超声法要求检测人员有较高的专业水平和丰富的经验，才能取得较为准确的检测结果。 冲击回波法是近几年发展起来的一项缺陷检测技术，穿透能力一般为20003000mm，其检测的准确性有所提高，且在检测时只需一个测试面，不用去除装饰层，还可以用于构件厚度的检测。 国内已有单位研究成功冲击回波检测仪器，但实际应用的例子还不多。,超声检测原理示意图,超声波形示意图,超声检测仪,超声检测仪,冲击回波法检测原理,冲击回波仪,（五）综合法,将回弹、超声、钻芯等方法结合在一起，通过多个参数综合推算混凝土强度的一种方法。常用的有超声回弹综合法、回弹钻芯综合法、超声钻芯综合法、回弹拔出综合法等等。 优点：综合各种检测方法的优点，提高检测精度。 缺点：比较复杂，操作不当，反而引入更大误差。,（六）高强混凝土强度检测,可行的高强混凝土强度检测方法：拔出法和钻芯法。 拔出法检测特点：可检测的混凝土强度最高可达85.0MPa，且拔出法的测强曲线为直线方程。 钻芯法检测特点：进行高强混凝土强度最直观检测的方法，但高强混凝土不同尺寸芯样的换算系数可能与常用混凝土（C60以下）不同，应进行试验研究。,高强混凝土回弹仪,（七）雷达技术的应用,特点:雷达技术可以非接触进行检测，检测速度快，接收信号经处理后可以用直观的图像在屏幕上直接显示。 应用: 1、雷达法可用于混凝土缺陷的检测、定量分析桥梁腐蚀、管道无损检测、探测砌体结构完整性及雷达层析摄影术。 2、结构检测用的高频雷达波的穿透能力较差，一般在300mm左右，用于板状构件钢筋检测。 3、探地雷达在市政工程的管网探测、地质勘探、路面质量检测等方面取得了较为广泛的应用。,结构雷达仪,（八）电磁与电测法,核磁共振法检测混凝土成熟过程各阶段的特性，测定建材孔隙的含水分布。 涡流法测定混凝土盖板厚度及钢筋混凝土中的钢筋直径。 剩磁法测定预应力混凝土中张拉钢筋的断裂。 超高频电磁诊断材料的涂层质量。 交流阻抗法监测混凝土中钢筋的锈蚀等。,钢筋扫描仪,（九）红外热成像技术,特点：非接触、远距离、大面积扫查、结果直观等优点。 应用： 1、建筑物的保温节能性能普查； 2、木材断裂过程的检测； 3、古建筑砖的色彩变化； 4、外粘结碳纤维塑料板和多层建筑材料的检测； 5、建筑物外墙饰面粘贴质量。,红外检测仪,检测实例-1,检测实例-2,检测实例-3：渗漏,检测实例-4:大理石脱粘,某大厦中庭梁柱采用湿作业法大理石装饰。2001年11月15日，五层阳台局部大理石脱落，脱落的大理石尺寸大约是：1.0m×1.4m×20mm，导致人员受伤。为了解装饰层的粘结状况，分析事故原因，以便采取相应的措施，进行红外热像检测。,检测部位平面,检测所要考虑的因素,检测部位位于室内，如何造成别测对象的温差、从而产生热传递？ 检测对象为大理石，厚度较大，且表面光滑，对红外拍摄带来一定干扰。 以往在瓷砖外墙上所取得的判断依据是否适用？,原因分析,原因分析,该大理石装饰工程采用的工艺是以水泥砂浆灌缝粘贴，属于湿作业法，其工艺流程通常包括：施工准备（钻孔、剔槽）穿铜丝或镀锌铅丝绑扎钢筋网吊垂直、弹线安装大理石灌浆擦缝。在灌浆过程中，一旦遇到灌浆不密实、砂浆不饱满，则容易产生空鼓的质量通病，除了施工原因造成缺陷以外，在大厦的日常环境作用下，也可能在大理石与基体的粘结中产生缺陷。,原因分析(二),施工工艺选择不当：采用湿作业法无法保证饰面板材与基体间的稳定粘结。 仅在大理石板的上部打眼穿铜丝，实际上上部的铜丝承受了大部分作用力，相当于依靠铜丝“悬挂”。 环境的影响：商场内部升温降温的交替循环下，天然大理石的热膨胀系数和混凝土、砂浆的相差约十倍，在大理石面层和水泥砂浆之间产生温度应力，从而产生空鼓、脱粘。 湿作业法使饰面板与基体间的连结为刚性连结，商场内电梯空调等设备运转产生的振动会造成粘结面疲劳，产生内部裂缝或与结构基体的局部脱粘。,概括起来讲，国外使用的检测方法有十几种之多，有些是试验室内的检测方法，如：回弹法、超声脉冲速度法、超声回波法、钻芯法、拔出法、声发射法、电测法、激光干涉法、冲击回波法、雷达扫描技术、红外热成像技术、磁测法、射线成像与辐射测量、核磁共振法、光测法以及高速无损检测技术等。这些技术的最大特色就是更多的应用了计算机技术、仿真技术、神经网络技术等，具有很高的技术水平。,三、国外无损检测学术研究动向,国外在无损检测技术方面一直比我国先进。大致领先510年。近年来，国外在无损检测领域又取得了许多新成果，进行了许多新的应用，采用高新技术进行工程质量的检测，有许多成功的实例。,1、强度检测:,超声回弹综合法现场测定混凝土抗压强度是一种应用最为广泛的技术； 回弹拨出综合法可提高混凝土强度检测精度； 用超声脉冲声速法（UPV）检测混凝土硬化过程中混凝土强度的变化； 用回弹法与超声法检测承受800高温后混凝土强度的损失； 断裂法检测高强混凝土强度； 涡流法检测钢筋屈服强度和抗拉强度； 用单次动态法直接在结构上检测混凝土强度是相当新的技术。,2、开裂与断裂的检测,(1)利用在混凝土表面锤击产生冲击声波(纵向振动),并分析衰减常数和声速下降可区分钢筋混凝土梁使用期间是否有开裂； (2)可用应力波检测及测定砖砌结构或混凝土结构与构件开裂； (3)用超声共振频谱法或全息摄影技术检测混凝土试样或结构裂缝; (4) 用涡流法检测混凝土中钢筋的断裂响。预应力钢筋束的断裂可用剩磁法检测，其原理是在断裂处用磁粉形成磁力线分布图。,3、厚度,（1）采用回波法，如超声脉冲回波法（UPE）检测混凝土厚度，只需一个检测面； （2）冲击回波法(IE)可检测中空圆柱混凝土结构厚度，反射界面甚至可以是土基或岩石； （3）地质雷达安装在检测车上可以正常行车速度进行路面厚度检测，雷达还可用于砖砌墙厚度，并可显示墙背后结构体(孔隙等)信息； （4）土基或路面等层状结构可用称作“谱分析波”的地震方法进行检测。,4、材料内部缺陷,（1）超声脉冲回波技术(UPE)、超声频谱法和超声层析成像技术(UT)的发展。比如用超声脉冲回波法检测后张法预应力管道内的孔隙、混凝土中或混凝土与岩石界面的孔洞等；用超声层析成像技术(UT)直观检测混凝土缺陷或内部质量； （2）河床上的冲刷坑也可视为一种空洞，可用雷达技术进行检测； （3）碳纤维增强塑料中存在的微细缺陷，其深度和厚度可用红外热成像方法检测。,5、含水量,钻孔中放入多环电极可检测混凝土近表层含水量，并可检查混凝土钢筋锈蚀防护层的是否有效； 频率为1GHz的雷达可测量混凝土搅拌机和非金属模板中混凝土的含水量； 核磁共振技术(NMR)能检测含水量，水分迁移及确定水灰比； 一种特制的微波含水量检测仪可实时检测制砖中材料含水量； 时域反射法(TDR)和辐射度测量法适于检测大体积材料湿度或含水量； 另一种方法是压实土基检测用双能量计算机辅助层析成像技术。,6、湿度,水的相对介电常数约是多数建筑材料的10倍，这是湿度测量技术的物理基础。 简单介电法或电磁波介电法，后者借助相位和幅度分析，并可用于钻孔中； 雷达技术检测结构总湿度(即整个结构截面不分深度只有一个值)具有很高的精度； 微波法具有最佳分辨率，射线可获得更高分辨率； 大体积材料可有时域反射法(TDR)和微波反射法； 核磁共振法(NMR)检测混凝土等多孔材料含水量或湿度纵深方向分布十分有效。,7、锈蚀,电阻率结合介电特性检测可识别混凝土疏松与锈蚀； 通常锈蚀是用电动势测量识别的，或用交流阻抗法进行监测； 锈蚀面对微弱的静电脉冲扰动反应灵敏，故易被检出； 氯的渗入增加了钢筋锈蚀的危险，已开发出一种监视氯含量与深度系统； 地下管线锈蚀可用电场法测定，混凝土中有涂覆层钢筋锈蚀可用剩余电磁法测定。,8、钢筋保护层,钢筋保护层检测仪一般需预知钢筋直径，新的技术可在不知钢筋直径情况下检测出自混凝土表面至钢筋中心距离，涡流技术亦可达到同样目的。,9、耐久性,耐久性是结构寿命的重要特性。防止受霜冻侵害的关键是要有良好的气隙分布。 (1)与检测新浇混凝土含气量不同，新开发的气隙分析可检测硬化混凝土中气孔率和孔隙尺寸； (2)气体渗透率可以度量混凝土耐久性，渗透率系数为统计值； (3)电化学噪声分析法被用未测定钢筋锈蚀修复材料的有效性。,10、剥离,通常情况，特别是岩石和混凝土界面剥离可用冲击回波法识别； 骨架填充墙板的损坏用激光干涉仪进行动态检测； 对微小剥离或特殊材料如碳纤维增强塑料的检测可用脉冲热成像技术。,11、密度,密度检测主要使用辐射方法和射线照相法。如一种特制辐射密度计可检测新浇混凝土密度和亚表层固结性，并能立即得到分析结果。,12、热传导性,由于成本太高，至今己报导的热传输检测很少。 热通量传感器，需懂得气候条件及传感器与周围环境相互作用对检测的影响，而且检测本身又非常费时； 一种现场数值动态分析法可将检测时间缩短至数天，并使用一种MonteCarlo技术检测墙体不同层面的温度特性； 现场测出热湿条件，再计算出其分布和迁移，这或许最好的解决办法是。,13、地下掩埋物,地下设施、地铁或基础结构等地下掩埋物对地震量测的影响。对于一些特殊问题常需要综合运用多种检测方法，比如对某拱形座中存在的容器的探测。,14、地下探测与定位,探地雷达可检测砖砌堰孔隙和空间隙形状及桥墩周围冲刷坑，使用的频率是100MHz至500MHz额定范围。磁场可显示地下管线位置和深度； 地震层析成像法可通过物体周围或钻孔间信息获得物体二维或三维图像。,15、维修或更换,选择维修还是更换对大型结构来说具有重要的经济意义。 红外热成像与地质雷达，无论分别使用还是结合使用，均适用于检测桥面、公路和机场跑道的面层状况； 对于战争等造成的道路、桥梁的损害评估，使用红外热成像技术、动态测试技术、内窥仪和超声检测等方法，有助于作出正确的选择，是修复还是拆除重建，或是减少交通负荷及采取其它措施。,四、发展趋势,（一）随着计算机技术的应用，检测仪器逐步向高、精、尖方向发展。 例如超声仪的智能化、超声成像技术、雷达波反射成像技术及冲击回波技术等。 其优点在于: 1、从单一的参数检测到多参数综合分析，从简单的检测数据到直观的检测结果表达； 2、为一机多用开辟了途径，例如将超声仪和冲击回波仪合二为一，增加了仪器的使用价值。 3、大力发展高速无损检测技术，这将大幅度降低检测费用，使大范围的细致检测和在线检测成为可能。,（二）随着我国工程界对新技术、新材料的应用，对检测技术也提出了新的要求，如高强、高性能混凝土的应用，便要求能够准确检测C60以上的混凝土强度，以及混凝土的稳定性或耐久性等指标，许多性能是目前无法准确检测的，需要我们在今后去开发研究。,（三）从单一质量指标检测向综合鉴定发展。这是工程鉴定的需要。 随着新的结构形式及混合结构的不断出现，如劲性混凝土结构、钢管混凝土结构等，在进行鉴定时不仅仅要检测混凝土的施工质量，也涉及到钢筋施工质量，钢结构施工质量，砌体施工质量等。甚至需要进行结构验算，才能对结构的工程质量进行最后认定。,在进行既有建筑物的质量检测，以及遭受化学腐蚀、火灾等建筑物的质量检测时，还要对建筑的损伤程度及剩余使用寿命和结构安全性进行评估。已从工程质量检测向结构评估方向发展。除此之外，还要对非结构质量进行鉴定，如装饰工程中的外墙饰面砖施工质量、玻璃幕墙施工质量和房屋渗漏等。随着住房制度改革和住宅商品化的深入，以及保险业的介入，将会从单项检测向整栋建筑物的质量鉴定方向发展。,（四）从取样检验向 现场检验发展,将无损检测结果作为工程质量的验收依据，是有效地控制工程质量的重要手段，可以杜绝取样试验的弄虚作假现象，大大改观我国的工程质量状况。,混凝土及钢筋混凝土无损检测的发展趋势,1、发展新方法以代替传统的实验方法； 2、对于已知的方法，朝着提高测试结果的精度、可靠性、真实性和减少测试劳动强度的方向改进； 3、在无线电电子学、测量技术、计算技术领域取得的新成就的基础上发展新的有效的测试方法。,本院无损检测课题成果 及在研项目(一),1、后装拔出法检测混凝土强度 2、回弹法检测混凝土强度 3、超声回弹综合法检测混凝土强度 4、钻芯法检测混凝土强度 5、雷达法检测混凝土中钢筋 6、红外热成像技术检测建筑物外墙饰面粘贴质量,本院无损检测课题成果 及在研项目(二),7、建筑物安全性鉴定 8、贯入法检测砌筑砂浆抗压强度 9、砖砌筑原位检测技术 10、声波透射法在桩基检测中的应用 11、预应力锚夹具及钢网架组装件检验装置的研制和应用,