红外热成像法检测混凝土内部双根钢筋锈蚀试验研究

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钢筋混凝土是我国应用最广的建筑材料之一,钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性破坏的主要原因,钢筋锈蚀引发的问题威胁着人们的生命和财产安全,因此混凝土内部钢筋锈蚀程度的准确检测对评估结构耐久性具有重要意义。混凝土中钢筋锈蚀程度的检测方法分为有损检测和无损检测两大类,其中有损检测会对结构产生一定的破坏,并且检测范围较为局限,无损检测的各大方法也具有各自的优势和局限性。本文基于红外热成像的基本原理,开展了不同钢筋锈蚀率、不同保护层厚度、不同钢筋间距的混凝土中双根钢筋锈蚀程度的无损检测试验。在热像图中温度沿钢筋轴向稳定分布的区域内,提取与钢筋纵轴垂直的一条线段上的温度数据,此线段称为测温线。分析测温线上的温度分布情况以及钢筋中轴线与测温线交点处的温差(温度峰值与初始温度的差值)与锈蚀率、保护层厚度、钢筋间距之间的关系,并分析以钨丝通电加热为热源的红外热成像无损检测方法检测混凝土内部双根钢筋锈蚀程度的可行性和准确性。本文主要研究内容如下:(1)基于红外热成像法的混凝土中钢筋锈蚀程度的试验研究:通过将钢筋切割并开槽,在凹槽内填充导热硅胶并放置钨丝的方法制作可以均匀加热的钢筋作为红外热成像检测试验的外激励热源;开展了3种保护层厚度为30mm、40mm、50mm,2种钢筋间距为60mm、70mm,6种目标锈蚀率为0%、3%、5%、7%、9%、12%的红外热成像无损检测试验;试件浇筑完成后,采用全浸泡外加电流的方法对钢筋进行加速锈蚀;对所有试件进行加热试验和红外热成像测温试验,获取检测过程中试件表面的温度数据。(2)记录锈蚀试件表面的锈胀裂缝,同系列试件锈蚀率越大,裂缝开展越严重,表现在裂缝宽度和数量的增加上。采用s/c的值来说明两根钢筋锈蚀的相互影响以及裂缝开展规律,结果表明:s/c≥2时,有18条纵向裂缝位于底面,仅有2条纵向裂缝位于侧面;s/c≤1.75时,有33条纵向裂缝位于侧面,仅有5条纵向裂缝位于底面。并且s/c越小,钢筋间的相互作用越大,钢筋间混凝土越易出现横向裂缝,混凝土的破坏形式更易表现为层状剥落。(3)红外热成像检测试验的结果表明:随着钢筋锈蚀率增大,钢筋中点处温差减小;温差与保护层厚度也呈明显的负相关关系。通过采集到的温度数据,对各系列试件锈蚀率与温差进行拟合分析,得出锈蚀率与温差的定量关系;在钢筋间距为60mm和70mm的情况下,对各试件的锈蚀率、保护层厚度和温差进行拟合分析,得出锈蚀率、保护层厚度和温差三者间的定量关系,分析得出的关系式拟合优度均较为可靠;在保护层厚度为30mm、40mm和50mm的情况下,分析钢筋间距对温差的影响规律。试验结果表明本文探究红外热成像法检测混凝土内双根钢筋锈蚀程度的方法是可行的,本文研究成果可为后续的红外热成像技术检测混凝土内锈蚀程度的相关研究提供一定的理论和试验基础。
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