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摘要：当前，混凝土被广泛的应用在建筑施工行业中。传统的无损检测方法如射线检测、超声波检测等具有简洁方便等特点但灵敏度不高，声发射方法灵敏度较高却难以检测静态缺陷，压电阻抗法能检测混凝土微小损伤；而可视化图像检测法则能较直观地呈现裂缝发展状况，每种方法都有各自的使用条件和适用范围。结合混凝土材料特点，探讨采用无损检测方法在研究混凝土损伤中的关键问题。
关键词：混凝土；开裂破坏；无损检测方法
本文就已有检测方法进行分析与研究，并结合混凝土材料特点，探讨采用无损检测方法在研究混凝土损伤中的关键问题。
一、声发射法
声发射技术是由Kaiser于20世纪中期提出的，其原理是利用声发射源释放能量引起被测物体产生机械扰动，利用传感器检测介质表面的机械扰动并转化为可识别的电信号。
国际上较早将声发射技术应用于混凝土无损检测的是OhtsuM等，其通过测试混凝土结构受压破坏时的声发射特性，捕捉到混凝土内部微小裂纹的产生和发展。
在国内，耿荣生等较早利用声发射时域波形进行航空复合材料的故障和缺陷识别。随后，陈兵、姚武等应用声发射技术研究混凝土裂缝种类和破坏机理，认为声发射是一种动态的检测方法，可利用该技术判断开裂破坏的程度和严重性。
相对于传统检测方法，声发射技术具有以下3项优点：
（1）可检测混凝土内部开裂破坏；
（2）对损伤缺陷较敏感，并可反映其发生发展的全过程；
（3）检测面积较全面，适用范围较广。
声发射法的缺点是存在声发射信号处理困难、在混凝土检测方面多为定性分析、缺乏混凝土力学参数与声发射参数间的定量关系等问题。
二、超声波法
超声波检测是利用缺陷在超声波传播过程中引起传播能量和时间产生的变化，以此来检测混凝土内部缺陷的无损检测方法。与声发射检测方法相比，该法属主动声纳技术，可实现对缺陷的主动检测。
Jones等于20世纪60年代将超声波检测技术引入混凝土无损检测中，利用超声脉冲对混凝土强度及其变化进行了最初的研究。
在国内，刘镇清等最早将该技术应用于混凝土无损检测。周凯、赵望达等的研究表明，超声波检测主要依据波速、波时和频率等参数的变化检测混凝土破坏损伤情况。周凯等研究并指出混凝土超声波检测主要应用纵波进行检测。王怀亮、宋玉普应用超声波技术研究了混凝土在受压下的超声波传播特性，测量超声波在加载过程中的传播波速，并提出了荷载和波速之间的对应关系。
与其他检测方法相比，超声波检测具有穿透能力强，损伤定位准确，能有效检测出面积性缺陷，应用范围广泛且灵敏度较高等特点；但因对超声波噪声信号缺乏有效的处理，故超声波成像分辨率有待提高。
三、射线检测法
用均匀强度的射线束透射物体，射线会在透射过程中产生衰减，射线检测法是依据缺陷引起射线强度衰减的差异来检测混凝土内部缺陷，其基本原理如图1所示。
Morgan等较早通过对混凝土试件进行X射线扫描，获得具有清晰裂纹的混凝土断面图像，认为X射线技术是探究混凝土内部结构破坏情况的有效方法。
在国内，郝景宏等较早将该技术应用于混凝土开裂检测，通过X射线设备获取单轴受压的混凝土断面图像，采用图像差值、阈值分割、聚类3种算法提取了混凝土内部破坏裂纹。随后，安琳、郑亚明等应用X射线研究混凝土结构灌浆空间的情况，并应用于某预应力混凝土T形梁桥的检测，可清晰判别内部灌浆空洞的形态与分布，与解剖结果一致。
射线无损检测方法的优势在于显示直观，能较精确地检测出缺陷的数量、大小、厚薄和分布，精确度较高，适用性广泛；缺陷是易受透照角度的影响，对垂直方向的缺陷难以检出，成本较高，检测速度较慢，且射线对人体有辐射，需采取防护措施。
四、红外热谱法
红外热谱方法是依据被测物体散发出的红外热在缺陷处传播不均匀，引起红外线传播路径的改变，红外辐射能量被红外探测器侦测后经处理转换为红外热图像的无损检测方法。
Ludwig等较早采用红外热谱法测试了木材和水泥中的含湿量，并通过试验对比指出了红外法在探测含湿量上的优势与不足。
在国内，李文炳等论述了红外热谱技术在混凝土检测中的特点及原理、应用范围。梅林、吴立德等对钻有不同直径圆孔的混凝土板形试件进行红外热谱无损检测，得到较清晰的混凝土缺陷图像，表明红外图像可识别不同对比度条件下缺陷。徐胜林利用红外热谱技术捕获混凝土结构受压的损伤和破坏图像，表明混凝土的单调压缩是劈裂破坏，而徐變压缩是剪切破坏；红外热谱方法可实现实时连续监测。
红外热谱法的优点是直观快速，能识别缺陷位置，可实现自动化实时检测，对环境影响小，适合现场应用在役检测；但红外成像存在边缘模糊问题，图像有较大噪声，且对外形复杂的构件进行缺陷检测时需有更有效的数学计算模型。
五、可视化数字拍摄图像处理法
可视化数字拍摄图像处理法的原理是基于相机拍摄的矢量数据模型，通过对影像特征点的提取和识别，分析混凝土表面裂缝的分布特点，最终得出混凝土结构损伤的发展特性和趋势。
Kiremidjian等最早利用数字分布式传感器为检测核心单元，检测混凝土结构损伤裂缝分布，并认为结构破坏过程是随机的。随后，Tomoyuki等为降低混凝土内部气泡空洞等噪声对裂缝图像的影响，提出了一种图像渗滤模型，并成功消除了影响分析结果的噪声。
在国内，王宝庭等较早将该技术用于混凝土的开裂破坏检测，利用数字图像处理技术对混凝土受压破坏图像进行研究，成功提取了混凝土裂纹的分布和开展。于庆磊等采用阈值分割方法，选取合适的灰度阈值区分混凝土区域和裂缝区域。肖建庄等将可视化图像处理技术运用于再生混凝土疲劳破坏研究，得到再生混凝土疲劳破坏与粗骨料脱粘面积有关的结论。
六、光纤光栅检测法
光纤光栅检测是基于光栅形成的具有光学放大作用和误差平均效应的叠栅条纹，由光栅传感器对叠栅条纹进行识别，再经光电数字信号处理，直接显示被测构件缺陷大小位置等信息。
Nanni等将FBG光纤应变传感器用于结构的变形检测，分析了被测物体与应变传感器间的变形传递关系。朱鸿鹄等通过光纤光栅监测筏形基础试验，认为只要合理布置监测点的位置和传输光缆的走向，即可实现完全集成式的监测网络。
与光纤光栅传感器相比，传统传感器有以下特点：对圆分度和角位移时有非常高的精确度，可实现自动化动态连续检测，抗干扰能力强，适用于现场的长期健康监测；但现阶段对光栅检测应变传递机理的研究还处于理论层次，对信号处理和缺陷成像等问题还需改进。
七、结束语
综上所述，混凝土在广泛使用的同时，也存在着弊端。当前在混凝土开裂与损坏的无损检测已取得了较多研究成果，对深入分析混凝土材料性能和探寻其破坏机理提供了新的思路与方法。未来将会建立更加完善的无损检测体系和健康监测体系，并极大地促进现代建筑工程技术的进步。
参考文献：
[1]黄丽华，施清泉.混凝土开裂对BFRP混凝土界面应力的影响[J].大连理工大学学报，2018（05）：505-510.
[2]韦理.大体积混凝土开裂的主要原因及控制措施[J].黑龙江交通科技，2018（08）：100-102.
关键词：混凝土；开裂破坏；无损检测方法
本文就已有检测方法进行分析与研究，并结合混凝土材料特点，探讨采用无损检测方法在研究混凝土损伤中的关键问题。
一、声发射法
声发射技术是由Kaiser于20世纪中期提出的，其原理是利用声发射源释放能量引起被测物体产生机械扰动，利用传感器检测介质表面的机械扰动并转化为可识别的电信号。
国际上较早将声发射技术应用于混凝土无损检测的是OhtsuM等，其通过测试混凝土结构受压破坏时的声发射特性，捕捉到混凝土内部微小裂纹的产生和发展。
在国内，耿荣生等较早利用声发射时域波形进行航空复合材料的故障和缺陷识别。随后，陈兵、姚武等应用声发射技术研究混凝土裂缝种类和破坏机理，认为声发射是一种动态的检测方法，可利用该技术判断开裂破坏的程度和严重性。
相对于传统检测方法，声发射技术具有以下3项优点：
（1）可检测混凝土内部开裂破坏；
（2）对损伤缺陷较敏感，并可反映其发生发展的全过程；
（3）检测面积较全面，适用范围较广。
声发射法的缺点是存在声发射信号处理困难、在混凝土检测方面多为定性分析、缺乏混凝土力学参数与声发射参数间的定量关系等问题。
二、超声波法
超声波检测是利用缺陷在超声波传播过程中引起传播能量和时间产生的变化，以此来检测混凝土内部缺陷的无损检测方法。与声发射检测方法相比，该法属主动声纳技术，可实现对缺陷的主动检测。
Jones等于20世纪60年代将超声波检测技术引入混凝土无损检测中，利用超声脉冲对混凝土强度及其变化进行了最初的研究。
在国内，刘镇清等最早将该技术应用于混凝土无损检测。周凯、赵望达等的研究表明，超声波检测主要依据波速、波时和频率等参数的变化检测混凝土破坏损伤情况。周凯等研究并指出混凝土超声波检测主要应用纵波进行检测。王怀亮、宋玉普应用超声波技术研究了混凝土在受压下的超声波传播特性，测量超声波在加载过程中的传播波速，并提出了荷载和波速之间的对应关系。
与其他检测方法相比，超声波检测具有穿透能力强，损伤定位准确，能有效检测出面积性缺陷，应用范围广泛且灵敏度较高等特点；但因对超声波噪声信号缺乏有效的处理，故超声波成像分辨率有待提高。
三、射线检测法
用均匀强度的射线束透射物体，射线会在透射过程中产生衰减，射线检测法是依据缺陷引起射线强度衰减的差异来检测混凝土内部缺陷，其基本原理如图1所示。
Morgan等较早通过对混凝土试件进行X射线扫描，获得具有清晰裂纹的混凝土断面图像，认为X射线技术是探究混凝土内部结构破坏情况的有效方法。
在国内，郝景宏等较早将该技术应用于混凝土开裂检测，通过X射线设备获取单轴受压的混凝土断面图像，采用图像差值、阈值分割、聚类3种算法提取了混凝土内部破坏裂纹。随后，安琳、郑亚明等应用X射线研究混凝土结构灌浆空间的情况，并应用于某预应力混凝土T形梁桥的检测，可清晰判别内部灌浆空洞的形态与分布，与解剖结果一致。
射线无损检测方法的优势在于显示直观，能较精确地检测出缺陷的数量、大小、厚薄和分布，精确度较高，适用性广泛；缺陷是易受透照角度的影响，对垂直方向的缺陷难以检出，成本较高，检测速度较慢，且射线对人体有辐射，需采取防护措施。
四、红外热谱法
红外热谱方法是依据被测物体散发出的红外热在缺陷处传播不均匀，引起红外线传播路径的改变，红外辐射能量被红外探测器侦测后经处理转换为红外热图像的无损检测方法。
Ludwig等较早采用红外热谱法测试了木材和水泥中的含湿量，并通过试验对比指出了红外法在探测含湿量上的优势与不足。
在国内，李文炳等论述了红外热谱技术在混凝土检测中的特点及原理、应用范围。梅林、吴立德等对钻有不同直径圆孔的混凝土板形试件进行红外热谱无损检测，得到较清晰的混凝土缺陷图像，表明红外图像可识别不同对比度条件下缺陷。徐胜林利用红外热谱技术捕获混凝土结构受压的损伤和破坏图像，表明混凝土的单调压缩是劈裂破坏，而徐變压缩是剪切破坏；红外热谱方法可实现实时连续监测。
红外热谱法的优点是直观快速，能识别缺陷位置，可实现自动化实时检测，对环境影响小，适合现场应用在役检测；但红外成像存在边缘模糊问题，图像有较大噪声，且对外形复杂的构件进行缺陷检测时需有更有效的数学计算模型。
五、可视化数字拍摄图像处理法
可视化数字拍摄图像处理法的原理是基于相机拍摄的矢量数据模型，通过对影像特征点的提取和识别，分析混凝土表面裂缝的分布特点，最终得出混凝土结构损伤的发展特性和趋势。
Kiremidjian等最早利用数字分布式传感器为检测核心单元，检测混凝土结构损伤裂缝分布，并认为结构破坏过程是随机的。随后，Tomoyuki等为降低混凝土内部气泡空洞等噪声对裂缝图像的影响，提出了一种图像渗滤模型，并成功消除了影响分析结果的噪声。
在国内，王宝庭等较早将该技术用于混凝土的开裂破坏检测，利用数字图像处理技术对混凝土受压破坏图像进行研究，成功提取了混凝土裂纹的分布和开展。于庆磊等采用阈值分割方法，选取合适的灰度阈值区分混凝土区域和裂缝区域。肖建庄等将可视化图像处理技术运用于再生混凝土疲劳破坏研究，得到再生混凝土疲劳破坏与粗骨料脱粘面积有关的结论。
六、光纤光栅检测法
光纤光栅检测是基于光栅形成的具有光学放大作用和误差平均效应的叠栅条纹，由光栅传感器对叠栅条纹进行识别，再经光电数字信号处理，直接显示被测构件缺陷大小位置等信息。
Nanni等将FBG光纤应变传感器用于结构的变形检测，分析了被测物体与应变传感器间的变形传递关系。朱鸿鹄等通过光纤光栅监测筏形基础试验，认为只要合理布置监测点的位置和传输光缆的走向，即可实现完全集成式的监测网络。
与光纤光栅传感器相比，传统传感器有以下特点：对圆分度和角位移时有非常高的精确度，可实现自动化动态连续检测，抗干扰能力强，适用于现场的长期健康监测；但现阶段对光栅检测应变传递机理的研究还处于理论层次，对信号处理和缺陷成像等问题还需改进。
七、结束语
综上所述，混凝土在广泛使用的同时，也存在着弊端。当前在混凝土开裂与损坏的无损检测已取得了较多研究成果，对深入分析混凝土材料性能和探寻其破坏机理提供了新的思路与方法。未来将会建立更加完善的无损检测体系和健康监测体系，并极大地促进现代建筑工程技术的进步。
参考文献：
[1]黄丽华，施清泉.混凝土开裂对BFRP混凝土界面应力的影响[J].大连理工大学学报，2018（05）：505-510.
[2]韦理.大体积混凝土开裂的主要原因及控制措施[J].黑龙江交通科技，2018（08）：100-102.