呂 鐸, 徐嘉豪, 胡宏偉, 易善昌, 王 磊

(1. 長沙理工大學(xué) 汽車與機(jī)械工程學(xué)院,長沙 410114; 2. 長沙理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,長沙 410114)

在建筑、橋梁等工程基礎(chǔ)設(shè)施中,鋼筋混凝土(reinforced concrete, RC)是應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料[1]。鋼筋腐蝕是RC結(jié)構(gòu)承載能力喪失、結(jié)構(gòu)性能劣化最主要的原因之一[2-5]。正常條件下,RC結(jié)構(gòu)內(nèi)部的堿性環(huán)境為內(nèi)部鋼筋表面提供一層致密的鈍化膜,以保護(hù)其免受腐蝕,而當(dāng)外界氯化物等滲入結(jié)構(gòu)內(nèi)部時(shí)會引起pH值下降,從而導(dǎo)致鈍化膜被破壞[6]。在空氣和水的作用下,鋼筋受到氯離子侵蝕[7]發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),腐蝕產(chǎn)物的體積為原體積的2倍～6倍。因而,腐蝕產(chǎn)物的積累膨脹在鋼筋周圍產(chǎn)生應(yīng)力致使混凝土結(jié)構(gòu)開裂[8-10],大大降低RC結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命。因此,如何在腐蝕開裂的初期盡早檢測出腐蝕情況,對于確保RC結(jié)構(gòu)應(yīng)用的安全可靠具有重要意義。

近年來,超聲檢測技術(shù)憑借其無損、可操作性強(qiáng)、穿透能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)[11],被廣泛應(yīng)用于RC結(jié)構(gòu)腐蝕檢測領(lǐng)域。Antonaci等[12]通過比例減法進(jìn)行線性和非線性超聲測量,表明在換能器對側(cè)布置情況下非線性彈性特性對腐蝕裂紋變化非常敏感,但是在同側(cè)布置情況下對裂紋不敏感,該方法在混凝土檢測實(shí)際應(yīng)用中換能器布置方式受限。Jiang等[13]將壓電陶瓷換能器嵌入預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),通過超聲波監(jiān)測腐蝕過程,并基于小波包的能量指數(shù)反映出不同腐蝕階段,但是通常較大裂紋或者較多裂紋的疊加產(chǎn)生才能反映出能量變化,細(xì)微裂紋的產(chǎn)生可能不足以引起可見的能量波動(dòng),因而該方法對于識別腐蝕的初始開裂階段敏感性不高。Xu等[14]通過對鋼筋腐蝕前后的RC試件進(jìn)行超聲波測速,將超聲速度、混凝土強(qiáng)度等作為輸入?yún)?shù)進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練,進(jìn)行腐蝕損傷預(yù)測。但由于超聲波在混凝土結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)的多重散射,混凝土中粗骨料等散射體會使超聲脈沖的傳播路徑發(fā)生改變,從而導(dǎo)致超聲傳播速度存在偏差,影響模型預(yù)測的準(zhǔn)確性。

“尾波干涉”的概念最早由Snieder等[15]提出,通過將散射介質(zhì)用作干涉儀,利用尾波干涉法(coda wave interference,CWI)分析擾動(dòng)前后的波形變化,反映出尾波干涉對介質(zhì)變化極高的敏感性。隨后,Larose等[16]通過擴(kuò)散尾波監(jiān)測了混凝土弱應(yīng)力變化,在對混凝土試件進(jìn)行單軸加載試驗(yàn)中,對于較弱的荷載應(yīng)力變化(50 kPa),其相對速度變化的分辨率可達(dá)0.002%。Schurr等[17]結(jié)合CWI與聲彈性測量表征混凝土中的熱損傷和動(dòng)態(tài)循環(huán)加載損傷,觀察到相對速度變化隨損傷程度的增大而顯著增加,證明了CWI可以用于表征水泥基材料損傷。Niederleithinger等[18]在對大型混凝土梁的載荷測試中發(fā)現(xiàn),在梁接近失效破裂而發(fā)生劇烈變化時(shí),CWI可能由于前后波形相差過大而不再適用,將尾波干涉法修改為采用逐步計(jì)算的逐步尾波干涉法,進(jìn)一步增加了CWI的應(yīng)用范圍。Hu等[19]在利用尾波對混凝土單軸載荷應(yīng)力監(jiān)測中,對逐步尾波干涉的伸縮因子累加方法進(jìn)行了重新推導(dǎo),以精確計(jì)算相對速度變化Δv/v,提高了逐步尾波干涉理論的準(zhǔn)確性。Zhan等[20]在對鋼筋混凝土梁的靜載荷測試中,基于CWI對橋梁裂縫進(jìn)行了Locadiff無損成像,成像結(jié)果與結(jié)構(gòu)力學(xué)預(yù)測的貫穿裂紋的表面結(jié)果展現(xiàn)出良好的一致性。

近幾年,憑借CWI對介質(zhì)損傷變化的高度敏感性,該方法在諸多領(lǐng)域得到了應(yīng)用和發(fā)展。Chen等[21-22]將CWI方法用于螺栓預(yù)緊力的早期松動(dòng)監(jiān)測,檢測分辨率高達(dá)0.326%,基于該方法的預(yù)緊力檢測靈敏度比基于能量的小波包分解方法高出約6倍,表明CWI在監(jiān)測螺栓松動(dòng)方面的敏感性。Farin等[23]將CWI用于由鹽水腐蝕導(dǎo)致的鋼結(jié)構(gòu)的厚度損失測量,量化尾波隨時(shí)間拉伸的參數(shù)和腐蝕表面之間顯示出良好的相關(guān)性。以上研究顯示出CWI在材料微小損傷監(jiān)測方面存在的潛力與研究價(jià)值。CWI方法對于監(jiān)測RC結(jié)構(gòu)腐蝕引起的如裂縫等更為復(fù)雜的損傷問題,特別是早期損傷檢測的可行性,目前還有待研究。

針對上述超聲腐蝕檢測存在的腐蝕裂縫識別敏感性不高、聲速偏差等問題,本文提出一種基于逐步尾波干涉的RC結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測方法,此方法能夠避免聲速偏差問題,同時(shí)對微小損傷具有非常高的敏感性。本文工作如下:首先結(jié)合超聲尾波在混凝土中傳播散射現(xiàn)象,引入超聲尾波法原理;其次,搭建快速腐蝕試驗(yàn)系統(tǒng)對RC試件進(jìn)行超聲監(jiān)測,對不同腐蝕率下的尾波監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,同時(shí)考慮不同換能器布置方式對尾波監(jiān)測的影響,探究超聲尾波法用于監(jiān)測RC結(jié)構(gòu)腐蝕開裂的可行性與敏感性。

1 超聲尾波法原理

混凝土是一種非均質(zhì)強(qiáng)散射材料[24],如圖1所示為超聲波在混凝土中傳播示意圖,超聲波通過換能器激發(fā)后,在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部以彈性波的形式與骨料、砂子等聚集體之間發(fā)生多次相互作用,形成傳播距離更遠(yuǎn)的多重散射波,在波形圖上表現(xiàn)為包含結(jié)構(gòu)細(xì)微變化信息的“尾波”。

圖1 混凝土中超聲傳播示意圖Fig.1 Schematic diagram of ultrasonic propagation in concrete

如圖2(a)所示為前后兩次采集的信號對比圖,前一次采集的信號為參考信號,后一次采集的信號為擾動(dòng)信號。如圖2(b)所示,在信號的早期主要為直達(dá)波部分,擾動(dòng)信號與參考信號相比基本沒有發(fā)生變化,不能反映出腐蝕情況;如圖2(c)所示為信號的后期尾波部分,擾動(dòng)信號明顯相對參考信號發(fā)生了相位偏移,這說明擾動(dòng)后的超聲速度發(fā)生變化,也反映出尾波對細(xì)微變化的高度敏感性。

圖2 參考信號與擾動(dòng)信號波形對比Fig.2 Comparison of waveform between reference signal and disturbance signal

CWI的原理是將前后兩次采集到的超聲信號進(jìn)行互相關(guān)分析,主要分為互相關(guān)法和拉伸法?；ハ嚓P(guān)法最早用于地球物理中測定速度變化,它假設(shè)在選定的時(shí)間窗口內(nèi)超聲波形的相位偏移是恒定的;后來Lobkis等[25]提出了一種更符合實(shí)際的方法,稱為拉伸法。雖然互相關(guān)法計(jì)算效率高,但拉伸法更精確,并且具有更好的噪聲魯棒性,能應(yīng)對更復(fù)雜的噪聲環(huán)境[26]。拉伸法認(rèn)為超聲速度變化會導(dǎo)致波形沿時(shí)間軸伸縮,并用不同的伸縮因子α來拉伸參考信號u0(t),在時(shí)間窗口[tA,tB]內(nèi)計(jì)算擾動(dòng)信號ui(t)與所有伸縮后的信號u0(t(1+α))之間的互相關(guān)系數(shù),如式(1)所示

(1)

使得互相關(guān)系數(shù)Kc(α)為最大值時(shí)的伸縮因子αmax即為相對速度變化Δv/v,如式(2)所示

(2)

去相關(guān)系數(shù)是在考慮了聲速相位偏移進(jìn)行CWI計(jì)算之后,其他因素引起的尾波變化的剩余失真。去相關(guān)系數(shù)Kd由式(3)計(jì)算[27]

Kd=1-Kc(αmax)

(3)

通常在進(jìn)行CWI分析時(shí),選擇初始信號作為參考信號與其他擾動(dòng)信號分別進(jìn)行互相關(guān),最大互相關(guān)系數(shù)Kc(αmax)代表了兩個(gè)信號之間的相似度。Kc(αmax)越小,說明兩信號之間的失真程度越大,當(dāng)失真過大時(shí),波形伸縮處理將變得不符合實(shí)際,CWI不再適用。為此,研究人員提出了逐步尾部干涉法[28-29],該方法將整個(gè)變化過程進(jìn)行拆分,每一步i中將前一個(gè)信號ui-1(t)作為參考信號與當(dāng)前信號ui(t)進(jìn)行計(jì)算求出每一步的伸縮因子αi,然后將每一步的伸縮因子進(jìn)行累加,得到整個(gè)過程的相對速度變化。逐步尾波干涉法計(jì)算的每一步都保證了信號之間較高的相關(guān)系數(shù),因此計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。本文在對鋼筋進(jìn)行快速腐蝕試驗(yàn)中,采用逐步尾波干涉法進(jìn)行分析,伸縮因子累加公式為

(4)

2 試驗(yàn)設(shè)置

2.1 試樣制作

本試驗(yàn)澆筑了抗壓強(qiáng)度為C30的鋼筋混凝土試樣,混凝土的橫截面尺寸為100 mm×100 mm,長度為570 mm,在混凝土內(nèi)部嵌入一根直徑為20 mm的螺紋鋼,混凝土保護(hù)層厚度為30 mm。試樣固化時(shí)間為28 d,混凝土配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比Tab.1 Concrete mix ratio

2.2 快速腐蝕方法

本文采用外加電流技術(shù)[30]開展RC腐蝕試驗(yàn),通過人工通電對構(gòu)件進(jìn)行快速腐蝕。在進(jìn)行快速腐蝕之前,提前3 d將構(gòu)件浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氯化鈉溶液中,從而使氯離子滲入混凝土內(nèi)部?？焖俑g試驗(yàn)裝置包括電流箱、導(dǎo)電電線、銅棒和鋼筋。在電流作用下,鋼筋作為陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)而腐蝕,陰極則通過銅棒接入溶液中發(fā)生還原反應(yīng)。在整個(gè)腐蝕過程中,電流箱電流被恒定在0.2 A?？焖俑g試驗(yàn)裝置示意圖如圖3所示。

圖3 快速腐蝕試驗(yàn)裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of accelerated corrosion experiment device

2.3 試驗(yàn)設(shè)置

RC腐蝕試驗(yàn)布置示意圖和現(xiàn)場圖如圖4(a)和圖4(b)所示,AFG2021任意函數(shù)發(fā)生器作為超聲信號的發(fā)射端,發(fā)射一個(gè)頻率為125 kHz的正弦脈沖信號,激勵(lì)幅值為100 mV,信號通過前置功率放大器進(jìn)行50 dB的增益放大,由DPR300脈沖函數(shù)發(fā)射/接收器進(jìn)行接收。采用M4i.4420-X8高速數(shù)據(jù)采集卡對信號進(jìn)行采集,采樣頻率為15.6 MHz,進(jìn)行50次重復(fù)數(shù)據(jù)采集求平均值,以減少噪聲干擾。

圖4 鋼筋混凝土快速腐蝕試驗(yàn)Fig.4 Accelerated corrosion experiment of reinforced concrete

為了降低惡劣環(huán)境對換能器的影響,鋼筋腐蝕監(jiān)測通常采用鉛鋯鈦氧化物(PbZrxTi1-xO3,PZT)等壓電陶瓷材料[31],并將PZT包裹在水泥/聚合物材料或大理石中,這種結(jié)構(gòu)被稱作“智能骨料(smart aggregate,SA)”。本文采用5個(gè)SA換能器分為垂直布置、對側(cè)布置和同側(cè)布置三種布置方式通過環(huán)氧樹脂粘貼在混凝土試件的側(cè)面和上表面,其中“SA1-SA2”、“SA1-SA4”、“SA3-SA5”構(gòu)成發(fā)射-接收對,分別對應(yīng)對側(cè)布置、垂直布置、和同側(cè)布置,以研究換能器布置方式對尾波檢測的影響。

根據(jù)法拉第定律可以將通電電流轉(zhuǎn)換為金屬損耗,公式為[32]

Δm=MIt/zF

(5)

式中:Δm為金屬質(zhì)量損失,g;M為金屬原子質(zhì)量,g;Fe取56;I為電流,A;t為通電時(shí)間,s;z為離子電荷,取2;F為法拉第常數(shù)(A/s),取96 500。

通過對鋼筋損失量的計(jì)算,預(yù)計(jì)14 h的腐蝕率為0.5%,試驗(yàn)過程中環(huán)境溫度控制在24 ℃。

試驗(yàn)分為三個(gè)階段進(jìn)行:①對完整混凝土試塊進(jìn)行一次超聲數(shù)據(jù)采集作為參考信號,隨后每2個(gè)小時(shí)采集一次超聲數(shù)據(jù),直到腐蝕率達(dá)到0.5%停止采集;②腐蝕率為1.0%時(shí)采集一次數(shù)據(jù)作為參考信號,隨后每2個(gè)小時(shí)采集一次超聲數(shù)據(jù),直達(dá)腐蝕率達(dá)到1.5%停止采集;③腐蝕率為2.0%時(shí)采集一次數(shù)據(jù)作為參考信號,隨后每2個(gè)小時(shí)采集一次超聲數(shù)據(jù),直達(dá)腐蝕率達(dá)到2.5%停止采集,試驗(yàn)結(jié)束。

3 結(jié)果分析與討論

在進(jìn)行尾波分析時(shí),時(shí)間窗口選取通常有兩種方式:截取相位偏移較明顯的信號段和將整個(gè)波形作為時(shí)間窗口。當(dāng)使用截取信號段作為時(shí)間窗口的方式時(shí),由于信號長度較短,因此計(jì)算效率更高。然而,截取信號段的位置和長度目前并沒有通用的標(biāo)準(zhǔn),因此信號段的選取可能會對計(jì)算結(jié)果形成偏差。而使用整個(gè)波形作為時(shí)間窗口雖然計(jì)算效率會降低,但是穩(wěn)定性更好。因此,本文為了保證對比分析時(shí)的穩(wěn)定可靠,選擇采用整個(gè)波形作為時(shí)間窗口進(jìn)行分析。

3.1 不同腐蝕率下尾波分析結(jié)果

為對比鋼筋在不同腐蝕率下進(jìn)行尾波監(jiān)測的效果,在腐蝕率分別處于0,1.0%,2.0%時(shí)對其進(jìn)行尾波監(jiān)測,每次均監(jiān)測鋼筋腐蝕率變化0.5%的過程,并分別以腐蝕率處于0,1.0%,2.0%時(shí)作為初始時(shí)刻進(jìn)行逐步CWI分析。如圖5所示為鋼筋腐蝕率分別在0～0.5%,1.0%～1.5%,2.0%～2.5%三個(gè)腐蝕階段的相對速度變化Δv/v隨時(shí)間變化的對比曲線,可以看到Δv/v在不同腐蝕階段下都呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)腐蝕率處于0～0.5%階段時(shí),Δv/v先稍微增加而后迅速下降,這可能是由于腐蝕初期鋼筋發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物膨脹擠壓混凝土,產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部細(xì)微空隙閉合,增強(qiáng)了聲速的傳播;而后隨著腐蝕膨脹,混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展,Δv/v迅速下降。腐蝕率達(dá)到0.5%時(shí)觀察到腐蝕箱內(nèi)部的混凝土側(cè)面外壁上出現(xiàn)裂紋,并伴隨有腐蝕產(chǎn)物流出,如圖6(a)所示。

圖5 不同腐蝕階段相對速度變化與時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.5 Relationship curve of relative velocity change and time in different corrosion stages

圖6 試驗(yàn)過程中腐蝕裂紋的萌生與擴(kuò)展Fig.6 Initiation and propagation of corrosion cracks during the experimen

當(dāng)腐蝕率處于1.0%～1.5%階段時(shí),通過以鋼筋腐蝕率1.0%時(shí)的接收信號為參考信號進(jìn)行CWI分析,可以看到Δv/v仍然在下降,但是相對于腐蝕率0～0.5%階段下降幅度有所減緩;腐蝕率達(dá)到2.0%時(shí),裂紋已擴(kuò)展至腐蝕箱外部,如圖6(b)所示。腐蝕率處于2.0%～2.5%階段時(shí),從圖中可以看到Δv/v下降程度較小,此時(shí)腐蝕產(chǎn)物通過較大裂紋口流出,裂紋擴(kuò)展已相當(dāng)緩慢,因此Δv/v略有下降逐漸保持相對穩(wěn)定,此時(shí)已處于腐蝕后期。

如圖7所示為腐蝕率分別處于0～0.5%,1.0%～1.5%,2.0%～2.5%三個(gè)不同腐蝕階段去相關(guān)系數(shù)Kd隨時(shí)間變化的曲線,可以看到Kd在不同腐蝕階段下都隨著腐蝕時(shí)間逐漸增加。腐蝕率處于0～0.5%階段時(shí)為裂紋快速擴(kuò)展時(shí)期,混凝土內(nèi)部舊裂紋的擴(kuò)展和新裂紋的出現(xiàn)導(dǎo)致前后兩次信號波形產(chǎn)生較大差異,Kd增加較快;腐蝕率處于1.0%～1.5%階段時(shí),裂紋擴(kuò)展速度變緩,前后兩次信號波形差異相較于0～0.5%階段有所減小,因此Kd增加程度相對0～0.5%腐蝕率時(shí)有所降低;腐蝕率處于2.0%～2.5%階段時(shí)為腐蝕的后期,裂紋只有少量擴(kuò)展,Kd略微增加且趨于穩(wěn)定。

圖7 不同腐蝕階段去相關(guān)系數(shù)與時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.7 Relationship curve of decorrelation coefficient and time in different corrosion stages

表2所示為鋼筋腐蝕率分別從0,1.0%,2.0%均經(jīng)過14 h之后達(dá)到0.5%,1.5%,2.5%這一過程的尾波特征值變化。從表2可見,腐蝕率處于0～0.5%時(shí)的相對速度變化Δv/v下降程度最大,去相關(guān)系數(shù)Kd增加程度最大,對應(yīng)于鋼筋腐蝕的裂紋快速擴(kuò)展時(shí)期;腐蝕率處于1.0%～1.5%時(shí)次之,此時(shí)裂紋擴(kuò)展速度變緩;腐蝕率處于2.0%～2.5%時(shí)Δv/v略微下降,Kd也略微增加并保持相對穩(wěn)定,對應(yīng)于腐蝕的后期,腐蝕位置裂紋已基本上不再擴(kuò)展。

表2 不同腐蝕階段尾波特征值變化Tab.2 Variation of coda indicators in different corrosion stages

3.2 換能器布置方式對尾波檢測的影響

如圖8所示為鋼筋混凝土試樣未腐蝕狀態(tài)采用換能器垂直布置、對側(cè)布置和同側(cè)布置三種不同方式的接收時(shí)域波形圖。圖8(a)中,采用換能器垂直布置方式較其他兩種方式相比,采集的信號幅值較大,因此在信號分析時(shí)受噪聲影響較小;圖8(c)中,采用換能器同側(cè)布置方式時(shí)在0.1～0.3 ms存在較明顯的表面波,采用這種方式時(shí)由于超聲波與鋼筋腐蝕引起的混凝土裂縫干涉作用區(qū)域較小,因此并不能完全反映出內(nèi)部介質(zhì)的變化。

圖8 不同布置方式的接收時(shí)域波形圖Fig.8 Received time domain waveform of different arrangement

如圖9所示為0～0.5%腐蝕率下,采用垂直布置、同側(cè)布置和對側(cè)布置三種不同換能器布置方式,相對速度變化Δv/v隨腐蝕時(shí)間的變化曲線。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,三種不同的布置方式均可以反映出腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生,但是對腐蝕檢測的敏感度不同。換能器采用垂直布置方式時(shí),Δv/v對腐蝕的敏感程度最大,這是由于采用這種布置方式壓制了直達(dá)波部分,同時(shí)含有更多的橫波成分,偏振方向與傳播方向存在較大夾角,因此散射的幾率更大,從而對鋼筋腐蝕產(chǎn)生的裂紋更敏感。采用同側(cè)布置方式時(shí)對腐蝕裂紋的敏感程度相比垂直布置小,這是因?yàn)閾Q能器布置在混凝土表面時(shí),超聲信號一部分傳播到混凝土內(nèi)部,經(jīng)過多次散射由接收換能器接收,另一部分以表面波的方式傳播,縮小了腐蝕區(qū)域的檢測范圍,因此對鋼筋腐蝕產(chǎn)生的缺陷敏感程度較低;采用對側(cè)布置方式時(shí),超聲信號主要以縱波的方式傳播,超聲在混凝土中散射程度最低,因此對鋼筋腐蝕產(chǎn)生的裂紋敏感程度最低。

圖9 不同布置方式下相對速度變化與時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.9 Relationship curve of relative velocity change and time under different layout methods

如圖10所示為0～0.5%腐蝕率下,采用垂直布置、同側(cè)布置和對側(cè)布置三種不同換能器布置方式,去相關(guān)系數(shù)Kd隨腐蝕時(shí)間的變化曲線。從試驗(yàn)結(jié)果可以看到,三種布置方式中Kd都隨腐蝕時(shí)間逐漸增加,采用垂直布置方式Kd的變化程度更大,對腐蝕檢測的敏感程度最大,同側(cè)布置其次,而對側(cè)布置最小。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,建議盡可能采用垂直方式布置換能器,這樣能更靈敏地檢測出腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

圖10 不同布置方式下去相關(guān)系數(shù)與時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.10 Relationship curve of decorrelation coefficient and time under different layout methods

4 結(jié) 論

(1)本文采用逐步尾波干涉法監(jiān)測了鋼筋混凝土腐蝕開裂的過程,表明超聲尾波法的兩個(gè)特征值相對速度變化Δv/v和去相關(guān)系數(shù)Kd用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測是可行的。

(2)在腐蝕率0～0.5%的變化過程中,由于鋼筋腐蝕的早期膨脹,相對速度變化Δv/v先隨腐蝕時(shí)間略有增加,而后隨著膨脹應(yīng)力增大導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展,Δv/v迅速下降;隨著鋼筋進(jìn)一步腐蝕,腐蝕率1.0%～1.5%的變化過程中Δv/v下降程度變緩;直到腐蝕的后期,腐蝕率2.0%～2.5%的變化過程中Δv/v逐漸趨于穩(wěn)定。

(3)去相關(guān)系數(shù)Kd隨腐蝕時(shí)間的增加而逐漸增大。在腐蝕率0～0.5%的變化過程中,由于鋼筋腐蝕裂紋產(chǎn)生和迅速擴(kuò)展,Kd變化程度最大;隨著鋼筋進(jìn)一步腐蝕,腐蝕率1.0%～1.5%的變化過程中Kd增加的程度變緩;在腐蝕的后期,腐蝕率2.0%～2.5%的變化過程中Kd略微增加且逐漸保持穩(wěn)定。

(4)換能器垂直、對側(cè)和同側(cè)布置三種布置方式均能用于檢測RC結(jié)構(gòu)腐蝕開裂。由于采用軸線垂直的換能器布置方式避免了直達(dá)波和表面波的干擾,散射程度最大,與同側(cè)布置和對側(cè)布置方式相比,相對速度變化Δv/v和去相關(guān)系數(shù)Kd對鋼筋腐蝕引起的裂紋敏感程度更高。