锈蚀钢筋混凝土声发射在线监测试验研究

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发布时间：2021-09-03

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锈蚀钢筋混凝土声发射在线监测试验研究
虞爱平，赵艳林，王磊
(1．广西大学土木建筑工程学院，广西南宁530004；
2．桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心，广西桂林541004)
摘要：采用声发射技术，对锈蚀过程中的钢筋混凝土试件进行在线监测，研究声发射信号与实际锈
蚀位置及锈蚀程度的关系．结果表明：钢筋混凝土加速锈蚀过程中，声发射定位结果图与试件锈蚀
的位置和分布情况，声发射定位事件数与试件实际锈蚀程度都有较好的一致性．利用声发射技术
对试件的整个锈蚀过程进行在线监测是可行的，在线监测的声发射信号数据可以有效地反映钢筋
锈蚀的分布及程度．
关键词：钢筋混凝土；锈蚀；声发射；监测
中图分类号：TU528．571 文献标志码：A doi：lO．3969／j．issn．1007—9629．2014．02．020
Acoustic Emission(AE)Online Monitoring Test on
Corrosion in Reinforced Concrete
yU A iping ． ZH AO Yanlin 。W ANG Lei。
(1．College of Civil Engineering and Architecture，Guangxi University，Nanning 530004，China；2．Guangxi Scientific
Experiment Center of M ining，M etallurgy and Environm ent，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China)
Abstract：Acoustic emission(AE)online monitoring test on corrosion in reinforced concrete specimens was
launched．The aim of test was to study the relationship between acoustic emission signals and the actual lo—
cation and extent of corrosion．The results show that the location figures of acoustic em ission are in good
agreement with the distribution of actual corrosion．and the same is true of the number of events of acous—
tic emission with the actua1 extent of corrosion．These results show it iS feasible to monitor the entire
process of corrosion with technology of AE，and the acoustic emission signals can effectively reflect the
distr ution and extent of corrosion．
Key words：reinforced concrete；corrosion；acoustic emission(AE)；monitoring
钢筋锈蚀破坏是钢筋混凝土结构损伤研究中不
可回避的问题_1]．锈蚀反应使钢筋表面出现非均匀
分布的点蚀或坑蚀，反应物体积膨胀导致钢筋对混
凝土的径向压力增加，从而降低混凝土对钢筋的约
束，破坏了原有的黏结并最终引起开裂[2]．整个过程
持续时间长，受各种不确定因素影响较多，导致锈蚀
分布和界面黏结的损伤程度各不相同．由于钢筋的
锈蚀在混凝土内部发生，并且锈蚀发生的位置、分布
形态和锈蚀程度是动态变化的，很难用传统的方法
对破坏过程进行实时监测，从而也就无法深入揭示
钢筋混凝土黏结破坏的机理．
声发射具有动态、实时的特点，对材料内部缺陷
产生和扩展所释放的瞬态能量较为敏感，并能通过
定位技术快速、准确地确定损伤部位．目前声发射技
收稿日期：2012-12-03；修订日期：2013-01-11
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51268009)；广西自然科学基金创新研究团队项目(2012GXNSFGA060001)；广西矿冶与环境科学
实验中心重点项目(KH2013ZD005)
第一作者：虞爱平(1981一)，男，江西丰城人，桂林理工大学高级实验师，硕士．E—mail：y-icefire@126．corn
通信作者：赵艳林(1958一)，男，广西桂林人，广西大学教授，博士生导师，博士．E—mail：zhaoyanlin@glite．edu．cn
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292 建筑材料学报第17卷
术已经成功应用于桥梁工程结构的健康监测[3 ]，以
及岩石与素混凝土的损伤机理研究等方面_6_8]．本文
利用声发射技术对钢筋混凝土加速锈蚀试验过程进
行了在线监测，以寻求锈蚀过程中钢筋锈蚀位置、分
布以及程度情况，并与实际情况进行对比分析．试验
结果表明：利用声发射技术对试件的整个锈蚀过程
进行在线监测是可行的；声发射定位结果图能够有
效地反映试件锈蚀的位置和分布情况，定位事件数
的大小也能较好地反映试件的实际锈蚀程度．
1 试验
1．1 试验材料
试验采用柳钢生产的~20的HRB335变形钢筋
(月牙纹)；南宁生产的425 海螺牌普通硅酸盐水泥；
粗骨料选用最大粒径为20 mm 的石灰石碎石，细骨
料选用中砂(普通河砂)，细度模数M一2．5；混凝土
设计强度为C25，其配合比为m(水泥)：m(砂)：
m(石子)：m(水)一3．36：1．90：l_O0：0．57．
1．2 试件设计
试验采用150 mmX150 mmX150 1Tim 的立方体
中心拔出试件，钢筋预埋部分保留90 1Tim 黏结段，
并在黏结段采用内开槽贴片技术黏贴应变片，如图
1所示．为减少界面对钢筋锈蚀监测的影响，在钢筋
预埋部分的两端各设置30 mm 的无黏结段，并涂刷
环氧树脂．为防止浇注时水泥砂浆进入管内，先用绝
缘胶布包裹无黏结段至合适厚度，再套紧PVC塑料
管．砂浆浇注完毕后，将试件表面盖上薄膜，在20℃
PVCpipe
／／
— —
l l 、
、、
Bonded area Steel bar
7O 30 90 jU l2U
图1 试件示意图
Fig．1 Figure of specimen(size：mm)
下养护3 d．拆模后放入标准养护室养护28 d，测得
其抗压强度代表值为33．52 MPa．
设计4组锈蚀样品，每组3个试件，编号分别为
1—1，1—2，1—3，2—1，2-2，2-3，3-1，3-2，3-3，4—1，4—2，4-3．
锈蚀试件制作时在水泥砂浆中掺入5 (质量分数，
下同)的NaC1．通过控制每组试件加速锈蚀的天数
来获得不同锈蚀程度．非锈蚀对照组也采用3个试
件，编号为0—1，O一2，0-3，均不含NaC1．锈蚀试件浸
入5％ NaC1溶液中，浸泡3 d；对照试件则放在水中
养护3 d．实测锈蚀程度根据JTJ 270—98《水运工程
混凝土试验规程》测定．
1．3 加速锈蚀试验及在线监测方案
将连接钢筋的导线与恒定直流电源的阳极相
接，直流电源的阴极则与溶液中的不锈钢片相连接，
通过5 NaC1溶液形成回路，同时为了加速锈蚀，
试件采用串联方式，如图2所示．在待锈蚀钢筋的两
端布置两个声发射传感器，实时监测锈蚀过程中的
声发射信号．对照试件则放在水中进行同步养护