無損檢測技術在道路工程中的應用及前景

1、無損檢測技術在道路工程中的應用及前景 【摘要】本文在概括道路工程中檢測技術發(fā)展趨勢的基 礎上介紹了道路工程中常用的幾種檢測技術的原理、特點和 適用范圍，深入探討了道路工程中無損檢測技術的局限性及 發(fā)展應用前景。 【關鍵詞】 無損檢測( nondestructive testing )；道路( road)； 發(fā)展應用( development ) 引言： 交通作為國民經(jīng)濟的大動脈，其發(fā)展狀況直接影響國民 經(jīng)濟發(fā)展的速度，在交通運輸體系中，公路又是基礎中的基 礎。道路工程的建設和管理質量，一直是困擾科研技術人員 的一個重要問題，圍繞這一問題，科研技術人員結合現(xiàn)代無 損檢測技術的發(fā)展，探索用不同方法

2、檢測路基和路面的各項 指標，取得了一定的成果，本文主要針對道路工程中常用的 幾種無損檢測技術作一對比分析，提出各種檢測技術的應用 范圍，在此基礎上分析了無損檢測技術在道路工程中的發(fā)展 方向及應用前景。 1 傳統(tǒng)破損類檢測技術的局限性及發(fā)展無損測技術的 意義 眾所周知，在公路施工中，為了保證工程質量，從夯實 地基、碾壓每層路基， 到灌注水泥混凝土層路面或瀝青路面， 每道工序都需要檢測，傳統(tǒng)的方法是根據(jù)規(guī)程隨機選點，鉆 孔取樣、進行室內分析處理，從中獲取厚度、深度、壓實度 和強度等工程參數(shù)。 然而，這種常規(guī)方法存在一定的局限性： 首先被測點是隨機選擇的，因而檢測結果往往缺乏代表性。 同時，由于檢測

3、點的密度稀，有些局部壓實度達不到標準、 厚度偏小、水泥混凝土或瀝青內部存在的缺陷等不良區(qū)段極 易漏檢，給后續(xù)工程工作留下隱患。另外，在道路投入使用 后的日常監(jiān)察管理中，通常對路表面出現(xiàn)的破損、凹陷、裂 縫、平整等問題可以及時發(fā)現(xiàn)，但對道路內部存在的隱性災 害如：路面下的空洞、積水、脫空、基礎疏松等卻沒有有效 的檢測手段，難以做到防患于未然，隨著冬冰夏融，熱脹冷 縮以及日積月累的沖壓，往往容易導致重大交通事故的發(fā)生， 使人民生命財產造成巨大的損失。因此，如果能夠研究開發(fā) 出無損、快速、直觀、能顯示道路內部狀態(tài)的檢測設備和技 術手段，必將使道路建設質量和養(yǎng)護管理水平進入一個新的 水平，這一點得到了

4、國內外公路建設中正反兩方面的經(jīng)驗證 明。 2 當前主要路面無損檢測技術的原理及其適用范圍 2.1 超聲波無損檢測技術 2.1.1 原理：超聲波是一種頻率高于人耳能聽到的頻率的 聲波，它在傳輸過程中服從于波的傳輸規(guī)律。超聲波路面檢 測技術主要是通過發(fā)射超聲波到材料介質，接收反射波的相 關參數(shù)，進而判斷結構內部破損情況的一種新型無損檢測方 法，在接收超聲波的主要參數(shù)中，最常用的是波速參數(shù)，即 通過檢測超聲波在路面材料中的傳播速度來分析其力學性 能的方法。其基本原理是利用波的行進速度與材料介質的軟 硬度即強度的密切關系，而材料強度又同它的密實度、彈性 模量以及泊松比有關，有了波速的計算公式，通過在介

5、質中 不同位置設置傳感器，測量超聲波在一定距離I 內傳播的時 間 t ，利用速度、時間與位移的關系計算波速，利用速度與 介質相關參數(shù)的關系可以測定材料的有關參數(shù)如彈性模量、 抗壓強度、抗折強度等，還可用來檢測材料或結構內部的缺 陷。 2.1.2 適用范圍：我國早在 70 年代開始應用超聲波檢測 技術測量巖石的抗壓強度和判斷巖石的性質，后用于評價建 筑工程中水泥混凝土和鋼筋水泥混凝土材料的質量，發(fā)展到 現(xiàn)如今的超聲波探傷技術。 由于它具有激發(fā)容易、 檢測簡單、 操作方便、 價格便宜等優(yōu)點， 在路面檢測中的前景非常廣闊。 現(xiàn)已成功地應用于檢測路基路面材料的密實度與彈性模量、 檢測混凝土的抗壓強度、

6、抗折強度、檢測路基路面的厚度與 孔隙，以及路基快速測濕等。 2.2 激光檢測技術 2.2.1 原理：激光檢測技術是近幾十年來發(fā)展起來的新型 無損檢測技術，它之所以能得到廣泛應用，主要是由于激光 具有高亮度和分辨率， 好的方向性、 相干性、衍射性等特點， 激光技術在路面檢測中的應用主要利用激光的上述的特性， 可歸納為三種原理。衍射原理是利用激光遇狹縫發(fā)生衍射現(xiàn) 象的特點，調整狹縫的寬窄，得到屏幕上不同狹縫寬度下的 亮暗相干條紋，建立二者的相互關系，可根據(jù)相干條紋的情 況來判斷狹縫寬度的變化；光電反射原理利用了激光光強愈 強則光電流愈強的原理，通過光電轉化器將光能轉化為電能， 當激光光強發(fā)生變化時

7、，光電流也隨之發(fā)生變化，事先標定 建立光電流與位移關系，可根據(jù)光電流的變化反算彎沉位移 的變化量；光時差原理是利用激光傳播速度極快的原理記錄 激光通過很短距離的時差。 2.2.2 適用范圍：基于激光檢測技術上述三種檢測原理， 在路基和路面檢測中，激光主要應用于距離測定，紋理深度 測定，彎沉測定，車轍深度及平整度測定幾個主要方面。 2.3 頻譜分析技術 2.3.1 原理：頻譜分析檢測技術的基本原理是分析在不同 介質中傳播表面波的頻率特性。在路面結構表面用一力錘施 加瞬時的垂直沖擊，就可以產生一組以振源為中心的具有各 種頻率成分并沿地表一定深度向四周傳播的瑞雷面波，通過 調整力錘重量或不同的錘頭可

8、以獲得含有各種頻率成分的 瑞雷面波信號，在不同位置設置傳感器可以檢測到波傳播的 頻率，借助于頻域的互譜分析和相干分析技術，可以達到測 試不同深度分層介質力學參數(shù)的目的。與傳統(tǒng)方法相比，它 具有速度快、檢測效率高的特點。 2.3.2 適用范圍： 檢測路面各分層介質的厚度、 均勻性以 及層間接觸情況。 3 道路工程中無損檢測技術的局限性及其發(fā)展前景 3.1 道路工程中無損檢測技術的局限性 3.1.1 在技術上其測試尤其是推定的準確度有待進一步 提高。如用沖擊回聲法測量混凝土路面板厚度，精確度與驗 評標準本身有差異，同時受操作者的專業(yè)熟練程度影響，會 有人為誤差。又如采用 FWD 測量得到路面結構動

9、態(tài)彎沉盆 精度完全可以滿足要求，但根據(jù)測量的彎沉數(shù)據(jù)反演路面結 構的力學參數(shù)還存在不盡完善的地方。 3.1.2 檢測性能比較單一， 綜合質量鑒定有待于完善。 就 路面結構形式而言，可以是剛性路面也可以是柔性路面，剛 性路面又可以分有接縫的普通混凝土路面、有接縫的鋼筋混 凝土路面、 連續(xù)配筋混凝土路面、 預應力混凝土路面等形式。 隨著新結構形式的不斷出現(xiàn)，在質量鑒定時，不但要推定出 路基、路面結構的質量情況，而且也涉及到路基路面結構組 成部分如鋼筋質量、接縫填縫料及其共同作用的狀況，這就 需要研制開發(fā)新的具備綜合檢測能力的新型無損檢測設備。 結語： 如今，隨著不同領域科學技術的長足進步與發(fā)展，這

10、種 跨學科，跨領域的無損檢測技術在道路工程方面已經(jīng)有了非 常全面的應用。路面檢測與評價技術在檢測和控制施工質量、 提高公路養(yǎng)護管理科學化水平及改進路面設計等方面都具 有十分重要的地位和作用，路面檢測評價技術水平的不斷提 高給公路建設帶來的經(jīng)濟社會效益是非常明顯的。所以無損 檢測將會是未來道路工程檢測發(fā)展過程中的一個必然趨勢， 掌握不同條件下的不同檢測方法遍的越來越重要， ，這也對 更高深，更先進的科學技術發(fā)展提出了新的，更高的要求以 解決現(xiàn)階段該技術在應用領域方面局限性，從而更好的服務 于道路工程是之又好又快地發(fā)展。 參考文獻 （1）、國內外道路無損檢測技術概述山西建筑孟美 麗 2010-11-12 （ 2）、淺談道路無損檢測技術