徐州华电携高校申报超声激振混凝土损伤识别专利,推动工程检测由“定性”迈向“定量”

问题:混凝土是桥梁、厂房、输配电基础设施以及水工建筑等工程结构的核心材料之一。随着服役年限增长和荷载环境变化,内部微裂缝扩展、孔隙演化、局部剥蚀等损伤往往呈现“隐蔽化、渐进性”特征。传统检测手段工程实践中各有优势,但也存在难点:部分方法对表面缺陷更敏感、对内部早期损伤识别能力有限;部分方法更多给出“是否异常”的定性结论,难以对损伤程度进行可比、可追踪的量化评估;在复杂构件与现场环境中,检测结果的稳定性与可复现性仍需提升。如何在不破坏结构的前提下实现“定位+定量”,成为设施全寿命管理中的关键环节。 原因:从材料机理看,混凝土损伤会改变其动力学特性,尤其是弹性模量等力学参数的空间分布。损伤区域与完好区域在波传播速度、衰减规律及散射特征上存在差异,但这些差异往往被几何边界、材料非均匀性以及噪声所掩盖。此外,现场工程构件尺寸大、边界条件复杂,单一传感手段可能难以兼顾覆盖范围与分辨率。将可控激励、面域测量与参数反演结合起来,是提升识别精度与量化能力的重要方向。 影响:此次公开信息显示,上述单位申请的专利方法提出了以“超声激振+三维扫描激光多普勒测振”为核心的技术路线:一上,通过压电陶瓷换能器对混凝土试件实施激振;另一方面,利用三维扫描激光多普勒测振仪采集速度波场响应数据,并不同轴向压力加载下获取不同损伤状态的响应。该方法深入对波场数据进行预处理,将其转换为时间和空间可微分的平滑位移波场响应数据;随后依据平滑位移场计算完整与损伤状态下的弹性模量分布图,进而划定损伤区域范围;最后对损伤区域内弹性模量平均值与完好状态同区域平均值进行对比,实现损伤程度的量化表征。若该思路在更多结构类型与工况中得到验证,有望为工程运维从“经验判断”迈向“参数化评估”提供支撑:既能更早发现隐蔽损伤,也便于对修复加固的轻重缓急、资源投放和风险分级进行更精细的决策。 对策:面向工程应用,业内普遍关注三上工作。一是加强标准化与可比性,明确激振频段选择、扫描分辨率、数据平滑与反演计算流程等关键参数,提升跨项目复现能力。二是开展场景化验证,针对桥梁箱梁、厂房梁柱、基础承台、水工闸墩等典型构件,构建不同损伤模式与加载路径的试验体系,检验对裂缝、脱粘、空洞等缺陷的识别效果。三是推动多源融合与工程化集成,结合常用传感(如应变、声发射、雷达、超声阵列等)形成互证机制,同时优化现场布设与数据采集效率,降低对环境振动、温湿度变化及表面状态的敏感性,提升可操作性与经济性。 前景:从行业趋势看,我国正加快推动重大基础设施的智慧运维与安全韧性建设,工程检测从“抽检式”走向“状态感知+预测性维护”已成方向。以波场测量和参数反演为代表的无损检测新方法,若能在复杂边界、钢筋影响、实际尺度等条件下保持稳定性能,并形成可工程化推广的装备与流程,将在结构健康监测、既有建筑评估、灾后快速诊断等领域释放更大价值。未来,围绕数据算法、现场校准、快速扫描与自动判读等环节的持续迭代,或将进一步推动检测评估由“看得见的缺陷”扩展到“可量化的损伤演化”。

这项技术突破标志着基础设施检测进入数字化新阶段。在提升城市安全韧性的背景下,如何加快技术转化应用,让科研成果切实保障工程安全,需要产学研各界的持续努力。