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蒋浩森, 等:

钢筋锈蚀状态的超声导波监测试验

3 试验结果分析

3.1 时域分析
经抗压强度试验, 所选 C30混凝土的平均强度为

34.3MPa , 符合规范要求。为了清晰地观测出信号的
变化过程, 分别绘制纯钢筋锈蚀信号和混凝土中的钢
筋锈蚀信号的振幅变化曲线, 其结果如图5所示。

图7 电加速试块信号振幅峰值随时间变化曲线
电加速钢筋的锈蚀反应可以细分为5个阶段:

① 钝化及脱钝阶段; ② 起锈阶段; ③ 脱黏阶段; ④

继续锈蚀阶段; ⑤ 严重锈蚀阶段。
从图7中可以看出, 黏接于钢筋两侧的传感器
对混凝土中钢筋锈蚀的不同阶段变化十分敏感。由
于每个试块的制作过程不同故试块每个阶段所处的
图5 钢筋锈蚀信号变化趋势曲线 时间不可能绝对相同, 而初始振幅不同则是因为每
纯钢筋锈蚀信号监测试验刚开始时, 导波信号 根钢筋两端的 PZT 黏接程度很难完全相同, 这并不
趋于稳定, 这是因为钢筋整体相对稳定, 没有锈蚀; 影响试验结果。
随着反应进行, 钢筋发生不均匀锈蚀, 出现大量的点 从图7中还可以看出, 信号在钝化和脱钝阶段
蚀坑, 造成了信号的少部分散射和折射, 信号幅值逐 的振幅相对平缓, 可认为是钢筋发生钝化→脱钝的
渐下降; 随着锈蚀的继续进行, 钢筋整个外表面覆盖 转变。因为在这个阶段钢筋和混凝土间的界面并没
一层锈蚀产物, 钢筋从局部锈蚀向整体锈蚀过渡, 信 有发生大的变化且钢筋自身也没有变化, 超声导波
号开始趋于稳定。图5中3根钢筋采集到的信号之 并不会造成能量损失, 之后在起锈阶段振幅呈现大
所以出现导波信号振幅相差比较大的情况是因为压 幅度下降趋势, 这是因为钝化膜破裂后, 立刻形成了
电传感器在黏接时不可能做到每根钢筋黏接程度的 “ 小阳极, 大阴极” 的腐蚀原电池, 再加上氯离子锈蚀
绝对相同, 导致导波信号振幅在发射和接收过程中 催化剂的影响, 钢筋出现点蚀并逐渐加深扩大; 蚀坑
存在差异, 信号振幅波动较大。 造成信号的散射、 折射和不规则反射, 从而影响导波
未电加速的钢筋中信号振幅随时间变化曲线如 的传播, 使得振幅强度逐步降低; 在降低到一定值之
图6所示, 对未进行电加速的试块持续采集信号, 发 后振幅开始快速爬升, 这是典型的脱黏现象, 即钢筋
现整个试验过程中的振幅变化相对稳定, 即未起锈 进入到脱黏阶段, 钢筋的脱黏使得本来经过钢筋传
阶段, 导波信号振幅是稳定的; 这为后面的混凝土包 入到混凝土中的信号大大降低, 从而导致信号的爬
裹钢筋电加速试验结果提供了有力支持。 升; 钢筋进入继续锈蚀阶段, 对应信号再次达到顶峰
后进入下降段, 此时钢筋完全脱黏, 导波信号主要在
钢筋中传播, 而随着蚀坑的不断扩大, 信号再次降
低; 最后钢筋此时处于严重锈蚀阶段, 钢筋与混凝土
之间完全被锈蚀产物包裹, 导波很难通过质地稀疏
的锈蚀产物将能量传到混凝土中, 整个导波信号在
被包裹的钢筋内部传递, 信号趋于稳定; 此时混凝土
上的裂缝已经较宽大, 用手即可把试块掰开。
考虑到实际工程应用中钢筋长度大大超过试验
图6 未电加速的钢筋中信号振幅随时间变化曲线 中所用钢筋的长度, 因此将压电传感器黏接于钢筋两

为了直观观测监测信号随时间的变化情况, 提 端的方法并不适用于实际工程。根据工程对不同钢
取压电传感器监测的峰值结果绘制电加速试块振幅 筋的需求, 在实际工程中宜采用环形压电传感器( 使
随时间变化曲线, 其结果如图7所示。 钢筋从中间穿过), 不同直径钢筋采用不同内径的环
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2023年 第45卷 第8期
无损检测