桥梁病害无损检测技术探究

张丽芳

(山西晋城路桥建设有限公司，山西晋城 048000)

0 引言

桥梁检测方法从最广义的角度来说，我们可以把它分为无损的检测方法、静载试验的检测方法和动载试验的检测方法。

混凝土作为我们在桥梁上应用最广泛的结构形式已经有近两百多年的历史，最早可以追溯到19世纪初，到现在我们如何确定和探测出混凝土结构的表面及其内部的缺陷，并对缺陷的位置、大小、形式、性质、数量做合理的鉴定，成了各国学者一直致力研究的重点。

桥梁病害的无损检测技术是指在不影响桥梁结构和构件性能的前提下，对桥梁的损伤情况进行诊断和评估，从而为桥梁的养护和维修方案提供科学依据，并对桥梁的适用性、安全性和可靠性进行科学的评价。它是通过测定结构的某些物理参数来判断结构或者构件性能的一种合理的检测方法。无损检测技术是紧密结合多个学科的科学技术所形成的高技术产物，材料学与应用物理学的快速发展为无损检测技术提供了坚实的理论基础，而计算机的快速发展，让桥梁病害无损检测技术有了更加先进和现代化的计算方法。

1 国内外桥梁病害无损检测技术的发展现状和水平

1．1 国外桥梁病害无损检测技术的发展过程

20世纪30年代出现了表面压痕法来了解混凝土的强度。科学家们在1935年的时候，经过不断的实验和努力在测量钢筋混凝土的弹性模量上应用了共振法。1948年回弹仪的出现更加的规范了混凝土的强度测量。到了1949年的时候加拿大人已经开始成功的应用超声脉冲技术来检测混凝土了，以上这些前人的研究为桥梁病害无损检测技术奠定了坚实的基础。

80年代中期，美国的Mary．Sansalonet和Nicholas J．Carino实现了在水泥中运用机械波反射的方法进行无损检测。

目前，随着各个学科的不断发展、交叉、结合，无损检测技术又有了新的发展，出现了一些新的检测手段，包括微波吸收法、红外热谱法、脉冲回波法、雷达扫描法等新技术。

1．2 桥梁病害无损检测技术在我国的现状和发展过程

我国的桥梁病害无损检测技术发展的比较晚，首次是在20世纪50年代的时候，由前苏联引入桥梁病害无损检测技术到中国，以后我国就开始引进国外比较先进的超声仪和回弹仪等一系列的无损检测设备，并且把这些先进的超声仪和回弹仪应用到实际的工程中，得到了很多的科研成果。我国在60年代初的时候在超声检测仪的发展和自主研发上就取得了很好的成果，能够自主研发和生产回弹仪。70年代末，我国有关部门曾多次组织科研力量合作攻关无损检测方法，随后便制订了一系列相关技术规程。随着电子科技的发展，仪器的研制业更加精密、精准，多项技术拥有自主知识产权。

2 混凝土的无损检测技术

目前我国大部分桥梁多为钢筋混凝土结构，对于混凝土的检测，主要有肉眼观测法，回弹仪测强法，裂缝观测仪观测法和超声波成像观测法。混凝土碳化深度的测量主要是采用喷洒酚酞试剂的办法，碳化深度对回弹仪测量混凝土强度起到一定的修正作用。回弹仪测量混凝土强度是目前混凝土强度检测最普遍的做法。对于结构内部裂缝的测量，可借助超声波成像技术，这里主要介绍一下超声波成像技术。

目前，超声波无损检测技术是桥梁检测中的重要方法，该方法具有缺陷定位准确、分辨率高、检测结果直观易懂等特点，因此受到测桥人的青睐。该方法检测时多采用对测法和斜测法(见图1)，通过对所测断面超声波的声时、波幅、频率及波形等参数的统计计算分析确定缺陷异常的位置和严重程度。

图1 超声波无损检测仪的布置方式

这种检测方法的原理是根据结构内部状态的变化和物性参数与声学参数的变化具有良好的一致性，得出超声波在检测面上的走势图，然后根据这个走势图利用相应的计算方法计算出超声波在检测面上的分布，最后根据超声波与混凝土相关性确定检测剖面上混凝土的浅裂缝、深裂缝、空洞、混凝土内部的均匀性以及表面损伤情况等等各种病害。

3 钢筋混凝土结构中钢筋的无损检测技术

一般的情况下，我们认为在钢筋混凝土结构内的钢筋是处在一种碱性环境中的，因此钢筋混凝土结构内的钢筋就基本不会发生腐蚀破坏，能够保持好的力学性能，但是如果钢筋所处的碱性环境被破坏了，那么钢筋就会非常容易发生锈蚀的现象，导致钢筋有效的截面面积变小和钢筋保护层的开裂等，最后导致整体的混凝土耐久性下降。

对于钢筋锈蚀情况的检测，有半电位检测法和电子脉冲检测法两种。

3．1 半电位无损害检测法

我们可以把混凝土构件内的钢筋锈蚀过程看作一个现实中的电化学反应过程。钢筋和混凝土可以看作是半个弱电池组(与普通干电池类似的结构形式)，钢筋是一个电极，而潮湿的混凝土构成了电解质。半电池法就是把“钢筋+混凝土”看作是一个半电池系统，它与手持电极构成一个全电池系统。又因为手持电极那一端具有比较稳定的电位差，并且钢筋因为锈蚀而发生的电化学作用，将会很大的引起由“钢筋+混凝土”形成的半电池和手持电极构成的全电池系统的变化。因此由“钢筋+混凝土”形成的半电池的电位变化可以很好的对钢筋的锈蚀情况进行腐蚀。根据已有的测量研究数据以及相应标准，一般以150 mV电势差作为钢筋是否锈蚀的分界点，当电势差小于150 mV可认为钢筋混凝土中的钢筋未被锈蚀。此种方法的缺陷是只能做定性分析，而不能做定量分析，对于已经被锈蚀的结构，不能测出其被腐蚀的严重程度。

3．2 电子脉冲检测法

钢筋的锈蚀率也可以用电子脉冲法进行检测，这是钢筋锈蚀率检测的最新方法。它比半电位法更加先进，不仅能对钢筋是否锈蚀进行明确，还能较为准确的测量出钢筋的锈蚀率。

丹麦的Germann公司生产钢筋锈蚀率检测仪就是利用电子脉冲原理检测钢筋锈蚀率的，它的检测步骤是:

1)在混凝土破损较严重的地方，用钢筋定位仪找到钢筋位置。

2)在钢筋处用冲击钻钻两个孔，用接触螺栓将其导出，用欧姆表测量两点处的电阻，当电阻为零时，说明螺栓接触正确。

3)在测试区域洒水湿润15 min，画出测试网格，然后做钢筋锈蚀率检测。

4)将锈蚀仪的一端通过螺栓连接到钢筋上，另一端与手持电极相连，然后开始测量。

4 钢结构桥梁的无损检测技术

钢结构的桥梁以前在我国主要是用于小跨径，因此对于钢结构桥梁的安全性检测要求不是很严格，但是最近几年钢结构的桥梁在大跨度上的应用越来越多，为了保证桥梁的安全性，就越来越需要高要求的无损害检测手段和检测仪器。例如磁粉探伤法和涡流检测法、声发射法以及超声衍射法等检测手段都是常用或者比较新的检测手段。

检测钢结构桥梁主要包括以下两个方面:

1)检查钢箱梁在工地拼接时的大环形焊缝是否平顺，有无扭曲现象，以防出现应力集中。

2)检查钢结构杆件是否平直，受力杆件的弯曲会使杆件两端产生多余的扭转力，严重时会出现开裂。

5 结语

随着时间的推移，我国早前建立的桥梁慢慢的进入了维修期，并且随着桥梁事业的发展，我国桥梁的无损检测技术也得到了非常快速的发展，越来越成为我国在桥梁检测上的重要手段，由于桥梁的无损检测技术的应用，我国的桥梁损害可以得到很快和很准确的确认，为我国桥梁的维修提供了非常大的帮助，大大的降低了桥梁维修的难度，节约了桥梁维修的时间和费用，因此深入掌握和了解桥梁病害的无损检测技术，将对我国桥梁事业的发展起到至关重要的作用。

［1］ 林 涛．基于小波包能量的桥梁结构损伤识别应用研究［J］．山西建筑，2011，37(5):172-173．

［2］ 刘 喆，夏叶飞．缺失资料既有桥梁无损检测及承载力评定［J］．河南建材，2012(5):100-101．

［3］ 郭建平．无损检测技术在道桥中的应用［J］．工程科技，2012(3):97-98．

［4］ 潘海结，潘海军，戴天帅．GPR在桥梁无损检测中的应用研究［J］．重庆工商大学学报，2012(2):15-16．

［5］ 刘 赞．无损检测新技术在某钢结构桥梁中的应用研究 ［D］．西安:长安大学硕士学位论文，2011．