中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中最常見的缺陷或損傷現(xiàn)象，大量的土木工程事故說明，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫會(huì)嚴(yán)重影響工程牢固性、負(fù)載能力等，帶來嚴(yán)重的工程安全隱患，如果不能及時(shí)對混凝土裂縫進(jìn)行維修，必將發(fā)生安全隱患，因此，對混凝土裂縫的監(jiān)測，及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)措施，是保障工程質(zhì)量安全的基礎(chǔ)之一。
1．混凝土裂縫的成因及影晌
由于裂縫的成因、狀態(tài)、發(fā)展以及在結(jié)構(gòu)中的位置等的不同，對結(jié)構(gòu)的危害性也有很大的的區(qū)別。嚴(yán)嚴(yán)重的裂縫可能危害結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，對結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行產(chǎn)生很大影響。另一方面，也有些裂縫，如表面溫度變化或干燥收縮引起的淺裂縫則無大的的影響。根據(jù)大量的觀測資料，在混凝土結(jié)構(gòu)物中出現(xiàn)的裂縫，大多數(shù)在竣工后1-2年內(nèi)已產(chǎn)生。如果這些裂縫中注入水泥砂漿或者環(huán)氧樹脂等充填材料，以防內(nèi)部鋼筋銹蝕）和裂縫補(bǔ)強(qiáng)（裂縫表i貼鋼板等）都需要在明確裂縫的狀態(tài)、成因的基礎(chǔ)上才能合理、有效地進(jìn)行。
因此，為了確定裂縫的狀態(tài)、發(fā)展和成因，以及合理評價(jià)裂縫對結(jié)構(gòu)物的影響，選擇適當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)方案和時(shí)機(jī)，掌握其深度與其長度、寬度都是非常重要的。所不同的是，裂縫的深度則試較之長度和寬度測試要困難得多，通常需要采用鉆孔取樣的方法加以直接測試。但是，鉆孔取樣的方法除費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對結(jié)構(gòu)也有一定的損害以外，對深裂縫由于取樣困難往往難以測試。同時(shí)，對于裂縫的發(fā)展也難以監(jiān)測，因此，采用合理的無損檢測方法是非常必要的。
2．裂縫檢測
裂縫深度的無損檢測方法有多種。根據(jù)測試面的條件，可以分為單面平測法、雙面斜測法和鉆孔對測法。其中，單面平測法適用面最廣。然而，目前常用的裂縫深度的無損檢測技術(shù)大多是從金屬材料的裂縫深度檢測中發(fā)展而來，在應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)中會(huì)遇到各種問題，使得測試結(jié)果常常較實(shí)際深度偏淺很多。標(biāo)準(zhǔn)測試方法包括相位反轉(zhuǎn)法和傳播時(shí)間差法。這兩種方法均采用接收信號的初始部分的特性，為目前較為通用的測試方法
(1) 相位反轉(zhuǎn)法
當(dāng)激發(fā)的彈性波（包括聲波、超聲波）信號在混凝土內(nèi)傳播，穿過裂縫時(shí)，在裂縫端點(diǎn)處產(chǎn)生衍射，其衍射角與裂縫深度具有一定的幾何關(guān)系。相位反轉(zhuǎn)法正是根據(jù)衍射角與裂縫深度的幾何關(guān)系，來對裂縫深度進(jìn)行快速測試的（圖1-2）。將激振點(diǎn)與接收點(diǎn)沿裂縫對稱配置，從近到遠(yuǎn)逐步移動(dòng)。當(dāng)激振點(diǎn)與裂縫的距離與裂縫深度相近時(shí)，接收信號的初始相位發(fā)生反轉(zhuǎn)。 
該方法只需移動(dòng)沖擊錘或換能器，確定首波相位反轉(zhuǎn)臨界點(diǎn)，就可確定混凝土的裂縫深度。與其他混凝土裂縫深度檢測方法相方法有簡單直觀的特點(diǎn)，有一定的實(shí)用價(jià)值。
(2) 傳播時(shí)間差法
該方法適合混凝土結(jié)構(gòu)物中的開口裂縫。其測試原理是激勵(lì)產(chǎn)生的彈性波遇到裂縫時(shí)，波被直接隔斷，并在裂縫端部衍射通過（圖1-3）。其通過測試波在有裂縫位置和沒有裂縫健全部位傳播的時(shí)間差來推定裂縫深度的，裂縫深度越大，傳播時(shí)間差也越長。
(3) 表面波法
該方法采用沖擊彈性波中的瑞利波（表面波的一種）的衰減特性來測試混凝土構(gòu)造物中的裂縫深度。由于P波和S波在媒體邊界面上相互作用而形成，其傳播速度比s 一邊開回上相互作用而形成，其傳播速度比s分，其特性非常適合于探測裂縫的深度。
波在媒體表面受沖擊所產(chǎn)生的彈性波中，能量最大，信號采集容易，對裂縫更為敏感。瑞利波在傳播過程中所發(fā)生的幾何衰減和材料衰減，可以通過系統(tǒng)補(bǔ)正，而保持其振幅不變。但是，瑞利波在遇到裂縫時(shí)，其傳播在某種程度上被遮斷，在通過裂縫以后波的能量和振幅會(huì)減少。因此，根據(jù)裂縫前后的波的振幅的變化（振幅比），便可以推算其深度。表面波法示意圖見圖1-4。 
（二）混凝土缺陷
混凝土的澆筑需要多個(gè)步驟，其中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，都會(huì)影響混凝土內(nèi)部的完整性,由于澆筑不密實(shí)等原因，會(huì)造成混凝土內(nèi)部產(chǎn)生蜂窩、空洞等澆筑不密實(shí)的狀況，這些內(nèi)部缺陷會(huì)影響混凝的的質(zhì)量安全，最終影響整個(gè)工程的安全，因此，對混凝土內(nèi)部缺陷的檢測是確?；炷临|(zhì)量安全的必要環(huán)節(jié)，也是確保整體工程質(zhì)量安全的前提。
超聲波法檢測比較成熟，目前普通檢測儀器可以穿透幾米厚度的混凝土，增大發(fā)射功率并對接受信號進(jìn)行前置放大處理后，失真可以達(dá)到數(shù)十米。超聲波法利用超聲脈沖在技術(shù)條件相同（指混凝土原材料、配合比、齡期和測試距離一致）的混凝土中傳播的速度、接收波首波振幅和接收信號頻率等聲學(xué)參數(shù)的相對變化的原理，來判定混凝土的缺陷。若結(jié)構(gòu)某部分混凝土存在缺陷，通過該處的超聲波與無缺陷混凝土相比較，超聲波智能繞過裂縫或空洞傳播到接收換能器，由于傳播路程的正常，聲時(shí)明顯偏長（聲速明顯降低）、波幅和頻率明顯降低。另外，由于空氣的聲阻抗率小于混凝土聲阻抗率，超聲脈沖波在混凝土中傳播時(shí)，遇到空洞、裂縫等缺陷，便在缺陷界面發(fā)生反射和散射，聲能被衰減，其中頻率較高的成分衰減更快，因此接收信號的波幅明顯減少。再者，經(jīng)過缺陷反射或繞過缺陷傳播的超聲脈沖波信號與直達(dá)波信號之間的聲程和相位差疊加后互相干擾，致使接收信號的波形發(fā)生畸變。由此采用超聲波對相同條件下混凝土進(jìn)行聲時(shí)、波幅、主頻等參數(shù)的采集，對其變化直接進(jìn)行綜合分析，可判別混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的位置及范圍：
(1) 平測法
當(dāng)結(jié)構(gòu)的裂縫所處部位只有一個(gè)可測面，可采用平測法檢測，當(dāng)在某測距發(fā)現(xiàn)首波相反時(shí)，可采取兩個(gè)相鄰測距的測量值進(jìn)行計(jì)算，取多點(diǎn)測得值的平均值作為裂縫深度。
(2) 對測法
當(dāng)結(jié)構(gòu)被測部位具有兩對互相平行表面時(shí)，可采用一對厚度振動(dòng)式換能器，分別在兩對互相平行的表面上進(jìn)行對測。一般檢測混凝土柱、梁等構(gòu)件或鋼管混凝土的內(nèi)部密實(shí)情況及混凝土均質(zhì)性都常用這種方法（圖1-5）。
(3) 斜測法
當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)被測部位只能提供兩個(gè)相對或相鄰測試表面時(shí)，可采用斜測法（包括水平和豎直方向的斜測）檢測，兩個(gè)換能器既可以放在相鄰的兩個(gè)表面進(jìn)行斜測，也可以在兩個(gè)相對的表面進(jìn)行斜測（圖1-6）。檢測混凝土梁、柱的施工接茬、修補(bǔ)和加固混凝土結(jié)合的質(zhì)量多采用此方法。
(4) 鉆孔法
對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，因測距太大，為了提高靈敏度，可在適當(dāng)位置鉆一個(gè)或多個(gè)平行于側(cè)面的測孔或預(yù)埋測管，以縮短測距。檢測時(shí)，鉆孔中放置徑向振動(dòng)式換能器，用清水作耦合劑，在結(jié)構(gòu)側(cè)表面放置厚度振動(dòng)式換能器。一般是將鉆孔中的換能器置于某一高度保持不動(dòng)，在結(jié)構(gòu)側(cè)面相應(yīng)高度放置平面換能器，沿水平方向逐點(diǎn)測讀聲時(shí)、波幅，然后將孔中換能器調(diào)整一定高度，再沿水平方向逐點(diǎn)測試（圖1-7）。
