鋼筋混凝土梁腐蝕損傷超聲檢測(cè)試驗(yàn)研究

■丘宇鵬 ■惠東縣建筑工程質(zhì)量檢測(cè)站，廣東 惠東 516300

因?yàn)槌晸p傷檢測(cè)理論的發(fā)展和完善，它已經(jīng)被應(yīng)用到很多工業(yè)無損檢測(cè)領(lǐng)域中，并且取得了顯著的成效。而國(guó)內(nèi)雖然針對(duì)鋼筋混凝土梁腐蝕損傷機(jī)理及腐蝕混凝土的性能劣化問題進(jìn)行了很多有意義的研究，但到目前為止，將超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于混凝土構(gòu)件中鋼筋銹蝕水平的評(píng)估方面的研究還比較少。鑒于此，本文結(jié)合試驗(yàn)，對(duì)將超聲損傷檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕評(píng)估問題進(jìn)行了初步研究，以期對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究工作能夠有所借鑒。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 鋼筋原始重量的稱量

選取30根直徑為10mm，長(zhǎng)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(jìn)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(jié)果要精確到0.01g，并對(duì)稱量數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄。

1.2 試件設(shè)計(jì)

要進(jìn)行試驗(yàn)則必須就要有試件，本文用上步選取的鋼筋進(jìn)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(zhǎng)500mm，寬120mm，高150mm的結(jié)構(gòu)尺寸要求，并且取鋼筋保護(hù)層為25mm。試驗(yàn)試件的具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)試件的具體結(jié)構(gòu)尺寸(單位:mm)

混凝土用料采用自來水、普通硅酸鹽早強(qiáng)型水泥(42.5R)、細(xì)度模數(shù)為2.6的優(yōu)質(zhì)河砂以及粒徑為5～20mm的天然石子粗骨料，連續(xù)顆粒級(jí)配。在確定混凝土的用料后，就要對(duì)其配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)。混泥土的配合比是影響其質(zhì)量的眾多因素中最基本也是最重要的一個(gè)因素，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)和攪拌控制無論從其重要性上還是從其技術(shù)難度上而言，都是確保混凝土最終質(zhì)量的關(guān)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(qiáng)制機(jī)械攪拌，待攪拌均勻后再進(jìn)行注模成型和震搗。待澆筑3天后即可拆模，最后在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天后備用。

1.3 試件的超聲檢測(cè)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(jìn)行腐蝕前的超聲波測(cè)試，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)記錄。將完成超聲波測(cè)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(jìn)行腐蝕處理，試件編號(hào)如表1所示。然后，將達(dá)到浸泡時(shí)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(nèi)進(jìn)行烘干，本文取烘干時(shí)間為一天一夜。最后，將烘干后的試件放置于試驗(yàn)室內(nèi)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(huì)發(fā)生銹蝕，而這會(huì)嚴(yán)重破壞鋼筋與混凝土間的結(jié)合性能，并造成鋼筋混凝土內(nèi)部細(xì)觀層次的微缺陷擴(kuò)大發(fā)展。本文用公式(1)定義的參數(shù)D來表示鋼筋混凝土的綜合損傷。應(yīng)用超聲波波速法對(duì)參數(shù)D進(jìn)行定義，其值可根據(jù)超聲波的波速進(jìn)行計(jì)算得到。

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

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 裂縫檢測(cè)

用高精度的裂縫讀數(shù)儀對(duì)已經(jīng)過腐蝕處理的兩種小梁試件進(jìn)行表面裂縫寬度檢測(cè)，并記錄大裂縫寬度值 Mcw(Maximum crack width，Mcw)。檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)試件的各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.2 超聲波測(cè)試與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對(duì)完成裂縫檢測(cè)的全部小梁試件進(jìn)行超聲波檢測(cè)。本文采用對(duì)測(cè)法，在每個(gè)試件沿寬度方向(120mm方向)的上下兩個(gè)表面上隨機(jī)布置16個(gè)檢測(cè)點(diǎn)以完成超聲波測(cè)試。

對(duì)經(jīng)過NaCl溶液腐蝕的小梁試件來說，在某一具體時(shí)刻，其超聲波速的檢測(cè)值可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到。本文取16個(gè)檢測(cè)點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)中刪除四個(gè)最大和四個(gè)最小數(shù)據(jù)后的其余數(shù)據(jù)按公式(2)計(jì)算得到超聲波波速的平均值。

其中，vm(t)為經(jīng)過腐蝕時(shí)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(gè)測(cè)點(diǎn)中的第 i個(gè)測(cè)點(diǎn)的超聲波波速值。當(dāng)t取0時(shí)，即表示試件還未經(jīng)過腐蝕處理，此時(shí)vm(t)=vm;而當(dāng)t取需要滿足的腐蝕時(shí)間時(shí)，vm(t)=vms。

3.3 鋼筋銹蝕率及損傷變量的計(jì)算

對(duì)完成超聲波檢測(cè)的所有試件進(jìn)行破碎處理，取出其內(nèi)部的鋼筋并記錄其銹蝕狀態(tài)，然后把銹蝕部分清除掉，再用高精度的電子水平進(jìn)行稱重。因?yàn)槊扛摻疃加涗浻性挤Q重?cái)?shù)據(jù)，所以可根據(jù)公式(3)計(jì)算其重量損失率。

其中，ω(t)為經(jīng)過腐蝕時(shí)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(jīng)過腐蝕時(shí)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(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)試件破碎后的觀察，鋼筋銹蝕基本上表現(xiàn)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(guān)。此外，試驗(yàn)結(jié)果還表明，鋼筋混凝土梁的腐蝕情況是一個(gè)漸進(jìn)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(jié)束語

總而言之，隨著超聲波損傷檢測(cè)理論和技術(shù)的逐步完善，將其應(yīng)用到鋼筋混凝土梁的腐蝕評(píng)估上有非常大的潛力，不過要提高評(píng)估檢測(cè)的準(zhǔn)確性，還需要相關(guān)技術(shù)人員作更進(jìn)一步的研究和努力。