基于声发射的钢筋混凝土构件锈损监测与信号源分析

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混凝土结构中钢筋的锈蚀问题一直是混凝土结构耐久性研究的重点,而混凝土中钢筋锈蚀的及时发现和准确检测又是结构耐久性评估、可靠度计算以及剩余使用寿命预测的重要前提。但目前常规的钢筋锈蚀锈蚀检测或监测方法存在较多的不足,需要寻找一种高效且可靠的锈蚀监测方法。声发射作为一种无损检测技术,在锈蚀监测方面,有可定位锈损区域、反映混凝土锈损状态和更及时的检测出锈蚀等优点。本文针对锈损过程中可能的声发射源,采用分阶段解耦和全过程监测相结合的方法对其进行了研究,旨在为构建一种无损、高效、实时的钢筋锈蚀监测方法奠定基础。  通过模拟孔隙溶液中裸筋的自然锈蚀和阳极极化试验,采用声发射监测,结合电化学测试和显微观测技术,研究了在不同氯离子环境下钢筋锈蚀的变化过程及其对应的声发射信号特征。研究结果表明,钢筋在锈蚀过程中有较明显的信号产生,其中点蚀信号的峰值频率多集中在20~60kHz,而热轧皮破裂对应的信号峰值频率则在100~500kHz区段,较为离散。在排除背景噪声的情形下,两者均可作为锈蚀的特征声发射源进行监测。  采用干湿循环加速锈蚀试验法研究了氯盐侵蚀环境下混凝土中钢筋的锈蚀过程,运用声发射并结合电化学测试和显微观测等多种方法,对整个循环试验的锈蚀状态和变化特征做了相应研究。结果表明:结合钢筋锈蚀声发射源的特征,即峰值频率大于100kHz,运用b值分析法,可较为准确的反映锈蚀阶段变化,但在实际使用中,仍存在如何将锈蚀特征信号与其他无关信号进行区别划分的问题。  通过阳极通电加速锈蚀法对钢筋砂浆试件加速锈蚀,采用声发射仪器实时监测,基于声信号定位算法和矩张量反演理论,通过编制声信号分析程序,对砂浆试件锈胀开裂发展的整个过程进行了研究。结果表明:运用Geiger算法根据P波到时进行定位计算结果,能较为准确的定位裂缝位置;矩张量反演的结果可有效判定裂缝源类型,并揭示了锈胀裂缝的扩展历程,为服役结构锈损状态监测提供了有效途径。
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