钢筋混凝土结构由于其性能和价格上的优越性,成为现役建筑工程的主要结构形式,并还在被广泛的应用中。然而随着建筑结构使用时间的增长,钢筋混凝土结构破坏严重,其主要影响因素就是钢筋锈蚀。钢筋锈蚀造成建筑物的力学性能发生衰退,钢筋和混凝土界面之间的粘结力迅速下降,从而使得整个建筑物的结构承载能力大大降低。目前,钢筋锈蚀已经成为土木工程领域的热点研究问题,国内外很多专家都对钢筋锈蚀监测有所研究,尽管开发出很多监测钢筋锈蚀的方法,但是这些方法存在成本贵、可行性不强、灵敏度低等缺点。超声导波监测技术是动态、在线、实时、连续地无损监测技术,可以判断出钢筋锈蚀的不同阶段,实现真正意义上的健康监测。本论文应用超声导波监测技术对包裹混凝土的钢筋锈蚀全过程的监测,具体研究有以下几个方面:1.将压电陶瓷片作为传感器激励和接收超声导波信号,并且采用电化学方法来加速锈蚀,进而探究超声导波对包裹混凝土的钢筋锈蚀全过程的监测,根据获得不同锈蚀时间段的时域图和频域图,得到超声导波幅值以及峰值频率变化趋势图。研究结果表明:超声导波幅值以及峰值频率变化趋势相同,分为三个阶段:下降阶段、上升阶段、再下降阶段。下降阶段是因为锈蚀刚开始,少量锈蚀产物填充到混凝土和钢筋之间;上升阶段是混凝土内部出现微裂缝,裂缝不断向外延展,混凝土和钢筋之间的粘结应力减小;再下降阶段是混凝土表面出现宏观的表面裂缝,发生纵筋破坏,电解质溶液进入到混凝土内部。2.通过SEM扫描的钢筋和混凝土交界处的微观形貌以及EDS得到的能谱图可知:试块出现微裂缝时,裂缝宽度小,且交界处以及混凝土内有少量Fe元素,证明钢筋已经锈蚀,且裂缝正在向外蔓延;试块出现表面可见裂缝时,其裂缝宽度大,且钢筋处有Cl元素,证明试块表面已经产生裂缝,电解质溶液进入到混凝土内部。3.基于超声导波对不同影响因素下钢筋锈蚀的研究,这些因素包括不同保护层厚度(23mm、43mm、63mm)、不同水灰比(0.4、0.5、0.6)、不同的钢筋类型(光圆钢筋、带肋钢筋)。在相同条件下,改变单一变量的值,对不同因素下的超声导波幅值-时间图的结果进行总结、对比分析可知:(1)保护层厚度:超声导波幅值与混凝土保护层厚度呈反比关系,通过拟合得到公式:y=492.31-5.354x。同时保护层厚度高于83mm时,超声导波技术就无法对其进行监测。在选取的23mm、43mm、63mm三种保护层厚度的试验中,超声导波幅值变化图中保护层厚度为68cm超声导波幅值最小,它的微裂缝和可见裂缝出现时间最长,且在相同时间段内的超声导波幅值变化幅度也最小。(2)水灰比:通过抗压试验得知混凝土水灰比的大小与混凝土强度成反比关系,其他相同条件下,水灰比越大,混凝土强度越低。在水灰比为0.4、0.5、0.6三种水灰比的试验中,水灰比为0.6、0.5、0.4的超声导波幅值图中微裂缝出现时间分别为30h、42h、48h,可见裂缝出现时间分别为96h、114h、144h,因此水灰比为0.6的试件其微裂缝和可见裂缝出现时间最短,且它的超声导波幅值是最大的。另外对混凝土保护层锈胀开裂时间理论模型与本试验结果进行对比,误差在20%之内,由此得知试验结果是准确的。(3)钢筋类型:首先,从光圆钢筋和带肋钢筋的超声导波幅值图中可以看到其微裂缝出现时间都是42小时,而光圆钢筋可见裂缝出现时间点为114h,带肋钢筋可见裂缝出现时间点为132h,这是由于肋条的存在,使得带肋钢筋锈蚀导致混凝土开裂时间比光圆钢筋的长,但是肋条面积很小,对钢筋锈蚀的影响很小。其次,锈蚀期间光圆钢筋的幅值范围为160mV-242mV,而带肋钢筋范围为168mV-212mV,由此看出两者的超声导波幅值随时间变化差距不大。最后,根据法拉第定律求出光圆钢筋和带肋钢筋理论损失量与实际损失量相比误差在7%以内,且光圆钢筋和带肋钢筋的钢筋实际锈蚀量相差0.3g,这也说明了肋条对于钢筋锈蚀的影响并不大。4.利用声发射技术监测钢筋锈蚀的方法与超声导波方法进行对比。通过声发射技术采集的累积撞击数-时间变化图、能量-时间变化图与超声导波幅值-时间图比较,由此发现两种技术对微裂缝与可见裂缝初见的时间基本相同,因此通过声发射技术验证了超声导波技术的准确性。另外,不同保护层厚度的试块的声发射信号数-时间变化图中数据先上升,再下降,最高点对应的时间与可见裂缝时间基本相同。不同类型的钢筋的声发射信号数-时间变化图中,锈蚀初期带肋钢筋的声发射信号数是少于光圆钢筋的声发射信号数,但是锈蚀阶段的后期,带肋钢筋的声发射信号数是超过光圆钢筋的声发射信号数。不同水灰比的能量-峰值频率变化图可知:水灰比越大,峰值频率越大,对应的能量越多,也说明裂缝扩展的越强烈。因此通过声发射技术可以更好的解释超声导波监测的不同影响因素下的钢筋锈蚀发展阶段的结果。本论文研究结果表明,不同影响因素下超声导波监测技术都能够实时、在线的监测钢筋锈蚀的不同阶段,能够有效的反映锈蚀程度。