超声导波应用于钢筋腐蚀检测的研究

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钢筋混凝土为当今世界最为经常使用的工程材料,而钢结构是高层、超高层及大跨度桥梁最常使用的结构类型。钢筋混凝土结构及钢结构的耐久性是土木工程领域广为关注的问题之一,耐久性不足将引起结构性能的劣化,直接影响结构的安全,导致钢筋混凝土结构或钢结构达不到预定的服务年限,提前失效。   其中,钢筋的腐蚀破坏是导致钢筋混凝土结构过早失效的最主要的原因之一。特别是沿海、近海地区和除冰盐环境下的钢筋混凝土结构,由于氯离子的侵蚀引起钢筋混凝土中钢筋的腐蚀,导致结构混凝土保护层的膨胀、开裂,甚至脱落。另外,由于钢筋与混凝土之间粘结性能的降低以及钢筋截面的减小,会导致结构承载力的下降,最后不可避免地导致结构的倒塌,给人民的生命财产造成巨大损失。钢筋的腐蚀是一个十分复杂、研究难度大的体系,钢筋的腐蚀破坏机理的研究和钢筋腐蚀状态的无损检测是关键性的重要课题。   传统无损超声检测技术是单点检测,因而,在检测长距离或大体积结构时,这种方法遇到很大困难。超声导波检测技术是一种新型的无损检测技术。利用超声导波技术可以实现对大型构件的快速、大范围无损检测,而且能够实现对地下、水下、覆盖物下以及绝缘层下的结构的无损检测。在钢筋混凝土中,钢筋均被混凝土所包裹,混凝土会引起超声导波在钢筋中传播时发生衰减,导致有效检测距离的大幅减小。因此,研究超声导波在有覆盖层的钢筋中的传播规律和衰减规律对于提高超声导波检测技术的效率有着重要意义。   压电陶瓷具有压电效应,是一种可以将机械能与电能相互转化的功能陶瓷材料,被广泛应用于移动通信、卫星广播、电子设备、仪器仪表、生物及航空航天。在本文中,压电陶瓷片既作为驱动器又作为传感器,即信号的激发和信号的接收。   本文主要内容为超声导波在钢筋中的传播特性和衰减特性以及超声导波应用于钢筋腐蚀检测的试验研究。首先,介绍了腐蚀的危害性及腐蚀研究现状;其次,介绍了钢筋腐蚀的概念、分类、原理、腐蚀速度表示、腐蚀检测方法等;再次,阐述了不同模态超声导波在圆柱形波导中的传播规律及其频散方程;最后,设计了一套有效的超声导波应用于钢筋腐蚀检测的试验装置,进行超声导波的激励与接收,并对接收到的信号进行分析、处理,达到对钢筋腐蚀定位与定量的目的。
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