探地雷達檢測混凝土含水率試驗研究

朱盼盼 賈凡達 黃家瑞

（白城師范學院， 吉林 白城 137000）

探地雷達是一種高頻電磁檢測法，具有分辨率高、無損和高效等特點，在介質含水率檢測中的應用越來越多。本文通過試驗來對混凝土含水率變化與雷達波傳播特性的關系進行分析，希冀能為探地雷達技術真正應用于混凝土含水率探測提供一定參考。

1 探地雷達檢測混凝土含水率的原理與方法

1.1 探地雷達發展概述

20 世紀初期，探地雷達技術作為一種檢測手段就引起了學界的關注和研究。Hulgmeye 在1904 年利用電磁信號來對地下金屬目標體進行確定，在檢測研究中首次引入了雷達技術。Letmbach 和lowz 在1910 年，通過專利的形式來對雷達技術測定技術進行了深入的闡明，并對雷達技術的定義進行了完善。隨后，關于雷達技術的相關試驗和應用研究逐漸開展，如利用脈沖雷達在礦井中試驗、測量極地冰層厚度、研究月球表面結構、:探測冰川和冰山的厚度等。在信息科技的推動下，不少探地雷達系統先后問世并應用于商業領域，進一步促進了探地雷達的實際應用。20 世紀80 年代，美國利用線性調頻脈沖雷達技術對有近百年歷史的紐約地鐵通道結構進行監測，發現雷達能夠穿透6-8 層、厚約28-31 cm 的水浸飽和磚，并探出混凝土地板下的空洞和原隧道的鋼鐵護套，自此開始，雷達技術開始應用到工程建設領域。隨著探地雷達技術的進一步成熟，其技術優勢越來越明顯，無損、高效、精確等特點，極大地滿足了工程建設的需要。近年來，在混凝土含水率檢測方面，探地雷達技術的應用范圍不斷拓展，盡管當前處于起步階段，不過其前景是非常廣闊的。

1.2 探地雷達檢測混凝土含水率的原理與方法

作為一種探測地下目標體的地球物理探測方法，探地雷達檢測技術應用了先進的連續透視掃描無損探傷技術，探測精度高于傳統檢測方法，通過連續掃描可獲得更加精準的連續探測結果。探地雷達是一種快速、高效、經濟、簡便的無損檢測高新技術，在結構病害無損檢測中應用范圍不斷拓展。水是有極分子，同時還具有較高的介容率，能改變物質的電導率和整體介電常數，會影響雷達波的傳播速度和能量損耗，因而，能對混凝土含水率變化情況進行比較準確的測定。探地雷達在檢測過程中會得到兩種圖像，一種是雷達TDC (Time-Displacement)圖，一種是雷達單道波形圖。依據雷達波發射至反射波返回的時間差，發射天線和接收天線之間的距離，反射面距表面的深度，就能計算出雷達波在混凝土中的傳播速度，再結合不同時刻混凝土試塊的含水率，就可測定出混凝土的含水率。

2 探地雷達檢測混凝土含水率試驗

2.1 試驗方案

1、原材料

先制備1 塊0.6mX0.6mX0.06m 的混凝土板，再準備12 塊0.1 mX 0.1 mX 0.06 m的小試塊。將混凝土用鋁箔封閉，只留出上表面。

2、試驗工具

精度為0.5 g 的天平1 臺，試驗用干燥箱1 臺，試驗雷達采用瑞典MALA 公司第三代CU3 CProEx 主機，1.6 GHz 的屏蔽天線。

2.2 測定步驟

1、先將混凝土板和小試件進行浸泡，浸泡時間為15d。然后，再將其取出進行包裹，包裹時，除上表面外，混凝土板其它部位均用鋁箔進行包裹。對小試件飽和狀態質量M1和包鋁箔后質量Ma1 進行測定，同時，還要測定探地雷達在混凝土中的傳播波速V1。

2、將混凝土板和小試件放置到80℃干燥箱中，每隔5-8h 對小試件質量和雷達在混凝土板中傳播波速進行測試。后續測量時間可根據實際情況進行調整。

3、完成測試后，要將小試件烘干，測定小試件干燥質量Mao。

4、分析數據。建立探地雷達波速和混凝土含水率的關系，根據計算探地雷達波速，進而得到混凝土含水率為

2.3 數據分析

依據前面測定的雷達波速V 和對應混凝土含水率W 擬合曲線，如下：

依據混凝土介電常數和對應混凝土含水率擬合曲線，如下：

圖 1 雷達波速與混凝土含水率關系曲線

圖 1 混凝土相對介電常數與混凝土含水率關系曲線

從上面圖1、圖2 可知，混凝土含水率與探地雷達波速之間存在線性關系，可用線性方程對混凝土相對介電常數與混凝土含水率關系進行描述。試驗結果顯示，在2.9%-5.0%的含水率范圍內，探地雷達波速受混凝土含水率影響明顯，含水率越高，探地雷達波速越小，說明混凝土相對介電常數也就越大。

3 結語

綜上所述，本文利用試驗，對探地雷達反射波波速與混凝土含水率之間的關系進行了研究。在試驗過程中，結合文中建立的混凝土中傳播的雷達波波速和混凝土含水率方程，得到了混凝土內部沿深度方向的含水率的一維分布特征。本試驗研究結果顯示，探地雷達波速和混凝土含水率之間具有良好的線性關系，混凝土含水率越高,探地雷達波速越小。在混凝土含水率檢測中，可應用探地雷達來進行監測，以準確獲得混凝土含水率變化情況。