Page 43 - 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

图 13 钢筋混凝土试块锈蚀开始时的信号时域图
锈蚀结束后的时域图如图14所示，可以看到比 图 15 钢筋混凝土接收信号耗时与锈蚀时间的关系曲线
较明显的三个波包，且信号幅值远大于锈蚀之前接 符合三个阶段的划分：①1~7天，钢筋产生的锈蚀
收到的信号幅值，其中第一个波包接收信号时间与 产物达到一定厚度，钢筋与混凝土界面之间的黏结
发射信号时间差值为81. 14 μs，计算出导波传播速 力增大，导致导波在钢筋内的传播速度减小，接收信
度为4 314 m · s ，其为L(0，1)模态；第二个波包波 号耗时增加；②8~9天，锈胀力达到最大导致了裂
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形变化较大，明显存在波包混叠现象，其为F(1，1) 缝的产生，从而降低了周围混凝土对锈蚀产物的限
与F(1，2)模态波包重叠形成；第三个波包耗时为第 制能力，钢筋与混凝土界面的黏结强度降低，对导波
一个波包的三倍，其为第一个波包在钢筋底端回波 传播速度的影响变小，因此传播速度增大，接收信号
反射，此时能接收到钢筋底端回波反射的信号，说明 耗时减小到最低点；③第10天，混凝土内裂缝贯通，
锈蚀结束后钢筋混凝土试块内导波传播与裸钢筋中 最终导波钢筋与混凝土界面脱落，此时导波传播速
导波传播的特性相似。 度趋于稳定，与裸钢筋中导波传播特性相似。

综上可见，混凝土试块从开始锈蚀到结束可以
分为钢筋锈蚀堆积、锈蚀产生裂缝、钢筋脱落3个阶
段，整个过程中接收信号的幅值、耗时均发生相应变
化，可以用于锈蚀损伤识别，故超声导波的声速可以
作为有效监测指标来判断裸钢筋锈蚀的程度。

4 结论

文章针对U型钢筋，提出了一种基于超声导波
技术的损伤识别监测方法，设计出的U型钢筋表面
黏贴式结构，能够有效防止环境干扰。在锈蚀监测
图 14 钢筋混凝土试块锈蚀结束后的信号时域图
过程中接收信号的幅值、耗时均发生明显变化，能够
与裸钢筋锈蚀试验相比，超声导波在钢筋与混 准确对应钢筋锈蚀的不同阶段，实现对钢筋混凝土
凝土复合结构中的传播受到混凝土厚度的影响，包 结构中弯曲钢筋的锈蚀监测评价。该方法可有效应
裹混凝土后接收信号幅值比裸钢筋时的显著衰减，
用于实际工程，对保障钢筋混凝土结构的安全性具
表明导波能量大部分被混凝土吸收。
有重要意义。
锈蚀试验过程中所有采集时刻接收信号耗时
与锈蚀时间的关系曲线如图15所示，可见锈蚀开始 参考文献：
前，接收信号耗时为106. 7 μs，在试验进行到117 h
[1] DRAVNIEKS A，CATALDI H A．Industrial
时增大到113. 18 μs；117 h后，接收信号耗时开始减
applications of a method for measuring small
小，在第195 h减小到80. 43 μs；随后保持平缓，最终 amounts of corrosion without removal of corrosion
237 h试验结束时为81. 14 μs。结合钢筋混凝土锈蚀 products[J]. Corrosion，1954，10（7）：224-230．
过程的三个阶段，发现接收信号耗时的变化也基本 [2] JOHN D G，SEARSON P C，DAWSON J L．Use of
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2025 年 第 47 卷 第 4 期
无损检测