鋼筋混凝土梁腐蝕損傷超聲檢測試驗研究

■丘宇鵬 ■惠東縣建筑工程質量檢測站，廣東 惠東 516300

因為超聲損傷檢測理論的發展和完善，它已經被應用到很多工業無損檢測領域中，并且取得了顯著的成效。而國內雖然針對鋼筋混凝土梁腐蝕損傷機理及腐蝕混凝土的性能劣化問題進行了很多有意義的研究，但到目前為止，將超聲檢測技術應用于混凝土構件中鋼筋銹蝕水平的評估方面的研究還比較少。鑒于此，本文結合試驗，對將超聲損傷檢測技術應用于混凝土結構的腐蝕評估問題進行了初步研究，以期對相關領域的研究工作能夠有所借鑒。

1 試驗設計

1.1 鋼筋原始重量的稱量

選取30根直徑為10mm，長為480mm的鋼筋，并在去除其表面污垢和氧化層后用無水酒精進行清洗，待清洗干凈后用干脫脂棉擦拭干凈。待上述工作都完成后，用精密的電子天平稱量每根鋼筋的重量，稱量結果要精確到0.01g，并對稱量數據進行詳細記錄。

1.2 試件設計

要進行試驗則必須就要有試件，本文用上步選取的鋼筋進行了試件制作。首先選取18根鋼筋制作出6根小梁，每根小梁試件的配筋為3Φ10mm，配筋間距Lp取50mm。其次，將剩余的12根鋼筋也制作成6根小梁，每根小梁試件的配筋為2Φ10mm，配筋間距Lp取100mm。12根小梁試件滿足長500mm，寬120mm，高150mm的結構尺寸要求，并且取鋼筋保護層為25mm。試驗試件的具體結構尺寸如圖1所示。

圖1 試驗試件的具體結構尺寸(單位:mm)

混凝土用料采用自來水、普通硅酸鹽早強型水泥(42.5R)、細度模數為2.6的優質河砂以及粒徑為5～20mm的天然石子粗骨料，連續顆粒級配。在確定混凝土的用料后，就要對其配合比進行設計。混泥土的配合比是影響其質量的眾多因素中最基本也是最重要的一個因素，對其進行科學的設計和攪拌控制無論從其重要性上還是從其技術難度上而言，都是確保混凝土最終質量的關鍵所在。本文確定的混凝土配合比為:水/水泥/砂/石子 =0.45/1.00/1.89/3.82。攪拌方式則采用強制機械攪拌，待攪拌均勻后再進行注模成型和震搗。待澆筑3天后即可拆模，最后在室內標準養護28天后備用。

1.3 試件的超聲檢測與腐蝕處理

將待備用的兩種不同配筋間距的小梁試件全部進行腐蝕前的超聲波測試，并對試驗結果進行詳細記錄。將完成超聲波測試的兩種不同配筋間距的小梁試件全部浸泡在濃度為5%的NaCl溶液中進行腐蝕處理，試件編號如表1所示。然后，將達到浸泡時間要求的小梁試件從NaCl溶液中取出，并將其放置于烘干箱內進行烘干，本文取烘干時間為一天一夜。最后，將烘干后的試件放置于試驗室內3天以備用。

2 腐蝕損傷定義

在NaCl溶液的腐蝕作用下，鋼筋會發生銹蝕，而這會嚴重破壞鋼筋與混凝土間的結合性能，并造成鋼筋混凝土內部細觀層次的微缺陷擴大發展。本文用公式(1)定義的參數D來表示鋼筋混凝土的綜合損傷。應用超聲波波速法對參數D進行定義，其值可根據超聲波的波速進行計算得到。

其中，vm表示混凝土結構腐蝕前的超聲波波速，即無損傷時的超聲波波速，單位為km/s;vms表示混凝土結構腐蝕后的超聲波波速，即出現損傷后的超聲波波速，單位為km/s。在公式1中，如果出現vms＞vm，則定義D值為0。

3 試驗結果與討論

3.1 裂縫檢測

用高精度的裂縫讀數儀對已經過腐蝕處理的兩種小梁試件進行表面裂縫寬度檢測，并記錄大裂縫寬度值 Mcw(Maximum crack width，Mcw)。檢測數據如表1所示。

表1 試驗試件的各項檢測數據統計結果

3.2 超聲波測試與數據統計

對完成裂縫檢測的全部小梁試件進行超聲波檢測。本文采用對測法，在每個試件沿寬度方向(120mm方向)的上下兩個表面上隨機布置16個檢測點以完成超聲波測試。

對經過NaCl溶液腐蝕的小梁試件來說，在某一具體時刻，其超聲波速的檢測值可以根據統計分析得到。本文取16個檢測點得到的數據中刪除四個最大和四個最小數據后的其余數據按公式(2)計算得到超聲波波速的平均值。

其中，vm(t)為經過腐蝕時間t后，小梁試件的超聲波波速的平均值，單位為 km/s;vs，i(i=1，2，...，8)為余下八個測點中的第 i個測點的超聲波波速值。當t取0時，即表示試件還未經過腐蝕處理，此時vm(t)=vm;而當t取需要滿足的腐蝕時間時，vm(t)=vms。

3.3 鋼筋銹蝕率及損傷變量的計算

對完成超聲波檢測的所有試件進行破碎處理，取出其內部的鋼筋并記錄其銹蝕狀態，然后把銹蝕部分清除掉，再用高精度的電子水平進行稱重。因為每根鋼筋都記錄有原始稱重數據，所以可根據公式(3)計算其重量損失率。

其中，ω(t)為經過腐蝕時間t后的鋼筋重量損失率;w0為腐蝕處理前的鋼筋原始稱重，單位為g;wt為經過腐蝕時間t后，清楚掉銹蝕部分后的鋼筋剩余重量，單位為g。

3.4 試驗結果分析

根據試件破碎后的觀察，鋼筋銹蝕基本上表現為均勻銹蝕，這可能與試件只遭受了單一的NaCl溶液腐蝕有關。此外，試驗結果還表明，鋼筋混凝土梁的腐蝕情況是一個漸進的過程，并且這一過程的快慢明顯受到小梁中配筋間距的影響。

4 結束語

總而言之，隨著超聲波損傷檢測理論和技術的逐步完善，將其應用到鋼筋混凝土梁的腐蝕評估上有非常大的潛力，不過要提高評估檢測的準確性，還需要相關技術人員作更進一步的研究和努力。