摘要：当今无损检测技术由于损伤小、结果准确、操作简便、数据直观等特点，慢慢成为以后检测技术的发展方向。其中，工程雷达检测技术应用最为广泛。在进行钢筋混凝中钢筋数量和钢筋间距检测时，工程雷达依据检测对象的雷达反射波的特征，来对混凝土结构进行结构内部的钢筋数量和钢筋间距的检测鉴定。本文介绍了混凝土雷达的发展以及原理技术，并通过试验，研究混凝土结构中不同异物在雷达图像中判识。通过雷达图像的分析，可以判定混凝土结构中钢筋以及其他异物的位置。
关键词：混凝土雷达；检测技术；应用实践
当今混凝土建筑已占据建筑行业的半壁江山，但由于混凝土材料配合比的复杂性、制作工艺的多样性、施工的不可确定性等因素，导致混凝土的强度及性能与设计值有一定的出入，所以施工各方对混凝土的质量问题也越来越关注。近年来，混凝土的钢筋检测技术发生了革命性的变革，由以前的有损检测逐渐转向无损检测领域。其中，工程雷达检测技术的应用尤为突出。混凝土雷达基本上是从探地雷达发展过来的，其检测原理、仪器、数据处理等方式都与探地雷达极其相似，也可以说是探地雷达在结构混凝土检测方面的拓展与延伸。结构混凝土相对土层来说，成份单一，结构致密，含水量低，适于电磁波的传播。混凝土雷达检测具有检测速度快，分辨率高，单面检测，操作简便等优点，适用于大面积和小截面构件的快速质量检查。整个检测过程简便、快速、直观；但也存在着探测深度与死角、多排钢筋定位难、密集钢筋下结构缺陷的判断难等缺陷。下文在简单介绍其工作原理的基础上，并与其他检测技术进行对比说明来突显该技术的应用现状。
1.混凝土雷达技术
混凝土雷达探测是一种用于确定地下介质分布的广谱（MHz～GHz）电磁波技术。混凝土雷达利用一个天线发射高频率宽频带短脉冲电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性及几何形态而变化。因此，根据接收到的波的旅行时间（亦称双程走时）、幅度与波形等资料，可探测介质的结构、构造与埋设物体。其具体工作原理是：雷达系统利用变频天线先过检测对象发射变频电磁波，电磁波信号在介质内部传播遇到介电差异较大的界面时，就会产生反射、透射和折射现象，然后，由公式计算，其中z为检测目标体的埋深。如果两种介质的介电常数差异越大，反射回来的电磁波的能量也会越大。反射回来的电磁波被与发射天线同步移动的接受天线接收后，再由雷达主机记录下来，通过信号处理技术，形成全断面的扫描图。最后，检测人员通过雷达图像来判断检测对象的实际结构情况，进而得出准确的检测数据报告。其工作原理如图1所示。
图1混凝土雷达工作原理图
采用雷达仪进行混凝土构件中钢筋检测，与传统的电磁感应式钢筋深测相比，具有下列优点：
（1）传统钢筋探测器，必须用探头在钢筋附近往复移动定位并逐根作标记，速度慢。雷达仪采用天线进行连续扫描测试，一次最长测试可达15m，最长可记录1500m，因而效率大大提高。
（2）可探测深度超过一般的电磁感应式钢筋探测仪，最深可达200mm，能满足大多数建筑工程混凝土构件的检测要求。
（3）混凝土雷达仪测试结果以所测部位的断面图像形式显示，现场可初步判断出钢筋、PVC管、空洞的位置，直观、准确，而且图像可以存储、打印、便于事后整理、核对、存档。
（4）混凝土雷达仪检测属于无损检测，具有非破坏性探测特点。特别适用于新建或在建建筑物，以及有历史意义的老建筑物的检测加固。
2.试验
2.1试件制作
试验采用试件的截面形式为矩形，截面尺寸为300mm×240mm，长度为1500mm。混凝土等级为C30，试件内部预先埋设钢筋、PVC管等。内部构造如图2。在养护28天后对其进行测试。
图2混凝土试件内部构造图
2.2仪器
试验采用日本雷达仪器公司（JRC）研制开发的NJJ—95A型混凝土雷达测试仪，该仪器由主机和配套的RCReportMaker分析软件组成。
3结果与分析
图3为试验中NJJ—95A型混凝土雷达测试仪测试得到的雷达扫描图。图3中明亮的白色双曲弧表示钢筋，由图3以看出试件中存在4根钢筋。图右边是左边LINESCAN图形中垂直线位置的WIGGLE波形图，可以从WIGGLE波形图看出在钢筋顶面上雷达波产生了强反射。由于金属的导电能力极强且相对介电常数近似于无穷大，在混凝土结构中的金属构件的反射极强。图3中钢筋顶面的波形呈现波峰，并且是在这一检测点处不同反射深度中幅度最大的地方。这是分辨混凝土结构中像钢筋这样的相对介电常数较大异物的一个显著标志。
在混凝土相对介电常数未知的情况下，可使用NJJ—95A型混凝土雷达测试仪做如下检测：采用尺寸不小于500mm×500mm×500mm、与试验用同一批砼的试块进行标定，在已知钢筋深度的情况下选定深度校正系数。或在条件许可的情况下，可在现场实测试件上凿打出钢筋进行验证标定，经过修正后，雷达仪的深度测值与实际深度误差在±5%以内。
只要有待检测的试验中钢筋的位置在雷达仪使用范围内，检测的结果就比较准确。钢筋到顶面距离越小，检测的结果越准确。利用混凝土雷达仪对混凝土试件内部钢筋检测的方法是很有效的无损检测方法。
4检测技巧
检测过程中要尽量保持天线平稳匀速前进，测线及其间距可根据工程需要合理布置，一般横纵两个方向都要布置。检测过程应尽量避免下面情况发生：
（1）天线不接触检测面，这样会导致数据图像的质量下降，分辨率和测深会降低。
（2）在时间模式下不断改变检测速度，这会使目标物的图像扭曲变形，增大分析难度。
（3）在覆盖有金属或类似装置的检测面上进行数据采集，金属反射信号强烈，会在图像上产生竖直条纹。
5存在的弊端
（1）由于探地雷达产品是比较通用的地下目标探测雷达，在雷达设计与研发时需要兼顾众多的工程应用环境，因此，雷达的操作过程（尤其是软件操作和结果解译过程）比较繁琐，技术门槛过高，对使用者的知识水平要求较高。同时，系统操作和软件分析界面都是英文，不利于广大的工程技术人员实用。
（2）高端天线（频率较高，探测深度较浅）通常密封于一个天线盒子中，收发天线之间的位置固定，不能应用CMP测量技术，使得精确判断目标深度或厚度极为困难。
（3）价格较高（通常超过40万元，有的高达近百万元），性价比较低，严重阻碍了该项技术在我国的应用，尤其是在建筑行业中的应用。
6结束语
混凝土雷达检测技术作为一种全新的现代技术，具有数据采集快，分辨率高，操作简单，结果直观等优点，其应用范围包括定位钢筋位置及间距，测量楼板结构层及装饰层厚度，空心砖填筑质量，古建筑墙体剥离层，暗梁的位置等。虽然混凝土雷达的应用十分广泛，可以很快捷方便地确定出钢筋位置，但是在解决钢筋直径，裂缝深度，密集钢筋定位等问题上还存在相当大的难度，不可避免存在着探测深度与死角限制、多排钢筋定位难等缺点。我们应该公正合理地看待混凝土雷达的功能，在工程检测中最好和其他设备配合使用，相互校验，采用综合的方法进行判断和分析。随着技术的发展，混凝土雷达检测技术和手段会不断完善并走向成熟，其应用也会越来越广泛。
参考文献
[1]吴华.地质雷达在钢筋混凝土无损检测中的应用研究[J].城市建设理论研究（电子版），2014（3）.
[2]叶连能.浅谈混凝土无损检测技术应用[J].城市建设，2012（12）.
[3]曾昭发，刘西新.探地雷达方法原理及应用[M].北京.科学出版社.
[4]秦明强，等.探地雷达在混凝土结构检测中的应用研究[J].国外建材科技，2006（3）.
[5]付仁.浅析如何提高钢筋混凝土保护层厚度检测结果的准确性[J]，福建建设科技.2015（4）.
论文作者:王万超
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/6
标签：混凝土论文; 钢筋论文; 天线论文; 电磁波论文; 检测技术论文; 深度论文; 反射论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;