Page 55 - 无损检测2023年第八期

蒋浩森, 等:

钢筋锈蚀状态的超声导波监测试验

中质子的振动从而降低信号强度。压电陶瓷传感器 以及界面进行观测。两种钢筋的电加速腐蚀试验现
的黏贴方式如图1所示。 场如图2所示。

图1 压电陶瓷传感器的黏贴方式示意

2 试验设计

2.1 试验概况

钢筋混凝土试块尺寸为 300mm×100mm×

100mm ( 长 × 宽 × 高), 混凝土强度等级设计为
C30 , 配合比为水泥 ∶ 水 ∶ 砂 ∶ 石=1∶0.48∶1.60∶2.61 ,

其中水泥采用强度等级为 42.5 的基准水泥, 砂为中

砂, 石子的最大粒径为 20mm 。钢筋选用直径为

20mm , 长度为20cm 的45号冷拔光圆钢筋。
图2 两种钢筋的电加速腐蚀试验现场
发射传感器选用 PZT-43 型压电陶瓷, 其稳定
监测系统由任意函数发生器, 数字示波器和计
性好, 灵敏度高, 常用于驱动和接收换能器中。接收
传感器选用 PZT-5H 型压电陶瓷, 其具有良好的接 算机三部分组成, 其整体构成如图3所示。
收性能。两种传感器的导线采用双轴电缆线, 接头
采用 BNC ( 刺刀螺母连接器) 接头。
在黏接传感器过程中, 先打磨钢筋两端使其平
整, 然后使用502胶水把钢筋和传感器黏接起来, 最
后将环氧树脂和固化剂以1∶1 的比例调配混合后涂
敷在传感器外表面作为保护层, 以保护传感器在混
图3 试验监测系统整体构成
凝土中不被损坏, 在制作试块过程中, 为防止钢筋的
考虑到声波在钢筋中传播的模态问题, 试验不
相对错动, 要进行分层加料振动, 确保钢筋在混凝土
宜采用高频超声波, 以防止模态过多和信号能量集

中的中间位置, 使其周围混凝土层厚度均为 5cm 。
中, 也不宜采用频率过低的超声, 以避免能量不足,
笔者共制作了4块钢筋混凝土试块和3块抗压标准
接收信号不稳定。因此在 60~140kHz内对所使
试块。
用的 PZT 进行测试, 压电陶瓷不同频率下的振幅曲
钢筋的加速锈蚀采用恒电流加速法, 电流密度
线如图4所示, 最终采用100kHz频率作为信号的

为2mA · cm , 锈蚀电流为0.25A 。试块制作完毕

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激励频率。

后, 养护28d , 在此阶段用密封袋保护好BNC接头,
防止进水和锈蚀, 以减少对试验过程的影响。养护
完毕先把试块放在5% ( 质量分数) 的氯化钠溶液中

浸泡 60h , 以降低其电阻率, 确保试块饱水。然后
以半浸泡的方式用 Wan p tek型直流稳压电源( 电压

为30V , 电流为6A ) 对3块试块进行恒电流加速试

验, 并同步采集数据, 另外一块为半浸泡, 不施加恒
电流作为对比。同时单独对3根贴有传感器的钢筋
图4 压电陶瓷不同频率下的信号振幅曲线
在碱性盐溶液中同步进行恒电流加速试验, 对钢筋
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2023年 第45卷 第8期
无损检测