混凝土中钢筋腐蚀损伤的超声导波监测

发布时间：2019-09-18 17:21

【摘要】：钢筋腐蚀会造成混凝土结构承载力退化。钢筋包裹在混凝土中,腐蚀难以直接监测,如果不能及时发现,可能造成结构失效、破坏,甚至人员伤亡和巨大的经济损失。超声导波监测方法通过一个探头测点检测导波传播路径上的大片区域,尤其适合监测长距离区间内的微小结构损伤,以及被其他材料包裹的结构。超声导波方法具有监测范围广、损伤敏感性高、设备简单、成本较低的优点,因此是监测混凝土中钢筋腐蚀的有效手段。本文主要研究了裸钢筋和混凝土包裹钢筋中的导波传播特性及腐蚀损伤监测方法,主要研究内容有:(1)裸钢筋均匀腐蚀以接收信号主波包走时为监测指标,通过理论推导和数值计算,确定了最佳走时监测频率,提高了识别方法的敏感性。在电化学腐蚀试验中验证了方法有效性,确定了均匀腐蚀监测频率的选取原则。(2)裸钢筋的局部腐蚀对钢筋中导波产生反射和散射,引起波形的改变,损伤监测以信号的幅值、首波RMS、首波能量占比作为监测指标。首波能量占比不需要初始标定,更适合实际应用。结合时域和频域的信号特征,能够区分裸钢筋的均匀腐蚀和局部腐蚀。(3)对于混凝土包裹的钢筋,通过双层复合介质模型的导波特性分析,确定了导波的衰减特性与导波模态的位移波结构的关系。模拟分析发现了钢筋混凝土中的高频率低衰减模态。(4)对钢筋混凝土进行电化学腐蚀监测试验,腐蚀过程可以分为3个阶段。试验结束,破形检查发现,腐蚀的最后阶段,钢筋与混凝土粘结完全脱落,钢筋的物理状态更接近于裸钢筋。腐蚀过程中,导波信号的幅值、走时、频谱发生显著改变,并与腐蚀开裂的3个阶段相对应。可以根据监测信号特征识别出钢筋混凝土腐蚀的早期阶段。
【图文】：

氢氧化亚铁在水和氧气的环境中，被氧化成铁锈。观察到腐蚀的时候，铁锈已经形成，此时钢筋-混凝土的界面已经发生改变。由于锈蚀产物的体积大于铁，钢筋周围产生向外的膨胀力。混凝土抗拉强度较弱，裂缝发展，导致粘结脱落。1.2.2 钢筋混凝土的腐蚀阶段与过程图 1-1 所示的钢筋混凝土腐蚀模型主要有两个阶段：起始阶段、扩展阶段[8]。纵轴一般表示钢筋的质量损失率。图中的(a)-(e)点分别与图 1-1 中的子图对应。图 1-1 钢筋混凝土腐蚀过程模型[8]

a）均匀腐蚀与局部坑蚀 图 1-3 钢筋腐蚀损伤类型[3]腐蚀的类型取决于二氧化碳或氯离子是否存在，以及侵离子与二氧化碳，一般更均匀地移除钝化层，导致均匀腐蚀低浓度的氯离子一般只能侵蚀一部分钝化层，造成局部的D 钢筋，图 1-3b)为局部坑蚀的示意图。在贯通钢筋保护层局部钢筋，形成特征性的局部坑蚀。一般，在实验室腐蚀试验而实际的腐蚀往往是局部的坑蚀。从损伤发展的过程来看，在粘结脱落时，钢筋的腐蚀程钢筋腐蚀时，，往往已经发生了较大的截面损失，因此早期监钢筋的均匀腐蚀与局部坑蚀形态差异较大，应当做以区分。考虑混凝土的开裂、剥落可以通过外观观察，故不作为蚀监测的目标为：（1）粘结脱落；（2）钢筋均匀腐蚀；（3）钢筋局部坑蚀。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU375;TU317

【参考文献】

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本文编号：2537618