Page 42 - 无损检测2025年第四期

王 潇，等：

基于超声导波技术的 U 型钢筋锈蚀监测

由锈蚀前的时域图（见图9）可以清晰地看到三个 个锈蚀过程进行超声导波监测，分析损伤状态和健
接收信号的波包，其中第一个波包接收时间与发射信 康状态的信号变化来判断钢筋锈蚀情况。
号的时间差值为84. 27 μs，经过计算，第一个波包的 首先对健康试件进行信号激励并储存数据。将
传播速度为4 153 （m·s ），符合直径12 mm钢筋频 钢筋混凝土试件放入质量百分比浓度为5%的NaCl
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散曲线中L(0，1)模态理论速度[为4 101 （m/· s ）]， 溶液中浸泡48 h，保证钢筋处于饱水状态下，以使混
证明试验显著激发了L(0，1)模态；第二个波包从发 凝土内部钢筋锈蚀更加均匀。随后将信号发生器、
射到接收的耗时与F(1，1)模态理论速度一致；第三 示波器、钢筋三者相连。再将钢筋一端的铜线连接
个波包耗时为第一个波包的3倍左右，为第一个波 直流电源的正极，溶液中的铜线连接负极，连通电
包在钢筋末端的反射。 路，锈蚀试验开始，试验布置如图11所示。

图 11 混凝土包裹钢筋锈蚀试验布置
110kHz频率下锈蚀过程中记录的各时刻信号幅
图 9 U 型钢筋锈蚀前的信号时域图 值曲线如图12所示，可以看出随着锈蚀时间增加，
由锈蚀结束后的时域图（见图10）中可以看到 接收信号幅值的变化趋势是先缓慢减小，后急速上
存在两个波包，第一个波包耗时为64. 81 μs，计算 升，最后又缓慢减小。在锈蚀前，接收信号幅值为
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出导波传播速度为 5 400 m · s ，略高于 6 mm直 19. 83 mV；在锈蚀时间达到117 h的时候，接收信号
径内的钢筋理论传播速度；第二个波包波形发生 幅值达到最低点（2. 01 mV）；随后幅值急剧上升，在
改变，为F(1，1)模态的波包与第一个波包到钢筋 198 h达到最高点 （154. 39 mV）。
末端的反射波叠加形成。锈蚀试验结束后钢筋最
小直径由 12 mm损耗到 5 mm，中端部分最大直径
为9 mm，其在180 kHz下导波传播的理论速度值为
3 809~5 026 m·s ，锈蚀结束后计算出的传播速度
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基本符合频散曲线。

图 12 钢筋混凝土试块锈蚀过程中接收信号幅值曲线
在导波时域图中，锈蚀前存在两个较为明显的
波包（见图13），其中第一个波包接收信号时间与发
射信号时间的差值为106. 7 μs，计算得出其传播速
度为3 280 m · s ，由于传播距离较近，该波包中存
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图 10 U 型钢筋锈蚀结束后的信号时域图
在不同模态混叠现象，不是某一单一模态，为L(0，1)
3.2 混凝土包裹后的钢筋锈蚀试验 模态与F(1，1)模态相重合形成；第二个波包衰减非
由于钢筋混凝土结构在自然状态下的锈蚀十分 常大，几乎接收不到信号，此时没有接收到钢筋低端
缓慢，笔者利用电化学方法对试块加速锈蚀。对整 回波反射的信号。
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2025 年 第 47 卷 第 4 期
无损检测