专利名称：一种采用探地雷达检测混凝土结构含水率分布的方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土结构含水率无损检测技术，能检测混凝土结构含水率的分布。
背景技术：
混凝土含水率是混凝土材料性能的一个重要参数，而混凝土结构含水率分布是研究混凝土结构性能的依据之一，目前已有的技术不能实现混凝土结构含水率分布无损检 测。目前一般是采用预埋电阻型湿度传感器，测试内部某点的湿度。预埋测量法对仪 器长时间处于高湿环境下产生的漂移无法预测，并且测试为混凝土内部湿度，非含水率分布。

发明内容
本发明所要解决技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种采用探地雷达检测 混凝土结构含水率分布的方法，以解决检测混凝土结构含水率的分布问题。本发明的技术方案是一种采用探地雷达检测混凝土含水率分布的方法，其特点 在于将钢筋按阶梯状水平等距分布于混凝土中，探地雷达在混凝土表面从左至右或从右 至左经过，通过探地雷达发射雷达波经钢筋反射后被探地雷达接收所需要的时间，计算出 雷达波速，依据雷达波速与混凝土含水率的关系通过计算分析，得到混凝土结构含水率分 布；所述计算出雷达波速，依据雷达波速与混凝土含水率的关系通过计算分析，得到混凝土 结构含水率分布的过程为a.计算出雷达波在每层混凝土中传播速度，即雷达波速雷达波在第1层混凝土中传播速度
2dV1 =—其中d为每层混凝土厚度，、为雷达波从发射经第1根钢筋反射后被接收所需要 的时间，所述钢筋编号从上至下，从1开始依次编号；雷达波在第i层混凝土中传播速度
2d . ..V,=- ’ = 2,3,4”·.式中ti为雷达波从发射经第i根钢筋反射后被接收所需要的时间；b.计算每层混凝土含水率混凝土含水率与雷达在混凝土中传播波速的关系通过试验获得，根据雷达波在每 层混凝土中的传播速度得到每层混凝土的含水率。所述钢筋直径为20-30mm，钢筋水平间距不小于200mm，钢筋距离混凝土边水平距 离不小于200mm。本发明中的钢筋直径太小，在混凝土中容易变形，影响测试和分析，同时对探地雷达分辨率要求也会相应提高；钢筋直径太大，会影响混凝土内部湿度扩散；钢筋直径20-30mm为经验值。钢筋距离混凝土边水平距离不小于200mm，主要考虑边界效应对 测试结果的影响，以及雷达仪器尺寸。本发明经过大量反复试验发现，钢筋水平间距200mm 时，可有效减小钢筋之间的干扰，理论上钢筋水平间距越大钢筋之间的干扰越小，因此钢筋 水平间距不小于200mm。本发明的原理探地雷达波速与混凝土相对介电常数存在关系，而水相对介电常 数远大于其他掺量的相对介电常数。因此可以根据雷达波速的变化得到混凝土含水率的变 化。本发明的有益效果是目前一般是采用预埋电阻型湿度传感器，测试内部某点的 湿度。预埋测量法对仪器长时间处于高湿环境下产生的漂移无法预测，并且测试为混凝土 内部湿度，非含水率分布。而本发明混凝土内部不同深度阶梯式预埋钢筋，利用探地雷达测 试雷达波经过钢筋反射后的波速，来判别混凝土结构含水率的分布，具有更为快速、无损、 精确地测试混凝土结构含水率的分布的功能。


图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式本发明只需要在混凝土表面进行测试就可以得到混凝土结构含水率的分布，对结 构没有损害；如图1所示结构只需要几分钟就能够完成测试，时间短。如图1所示，本发明方法的实现过程为将多个钢筋2按阶梯状水平等距分布于混 凝土 3中，钢筋2直径20 30mm，钢筋2水平间距不小于200mm，钢筋2距离混凝土边水平 距离不小于200mm。探地雷达1在混凝土 3表面从左至右或从右至左经过，通过探地雷达1 发射雷达波经钢筋2反射后被探地雷达1接收所需要的时间，计算出雷达波速，依据雷达波 速与混凝土含水率的关系通过计算分析，得到混凝土结构含水率分布。计算方法(1)得到雷达波在每层混凝土中传播速度雷达波在第1层混凝土中传播速度<formula>formula see original document page 4</formula>
式中d为每层混凝土厚度；、为雷达波从发射经第1根钢筋(钢筋编号从上到 下，从1开始依次编号)反射后被接收所需要的时间。雷达波在第i层混凝土中传播速度<formula>formula see original document page 4</formula>
式中ti为雷达波从发射经第i根钢筋反射后被接收所需要的时间。(2)计算每层混凝土含水率混凝土含水率与雷达在混凝土中传播波速的关系可以通过试验获得，根据雷达波 在每层混凝土中的传播速度可以得到每层混凝土的含水率。
试验雷达采用瑞典MALA公司第三代⑶3 (ProEx)主机，1. 6GHz的屏蔽天线。探地雷达1发射雷达波经不同深度钢筋2反射后被探地雷达1接收所需要的时 间依次为、=1. 00ns, t2 = 2. 03ns, t3 = 3. 07ns, t4 = 4. 12ns, t5 = 5. 19ns, d = 0.04m。计算得到=V1 = 8. 000X 107m/s, v2 = 7. 767X 107m/s，v3 = 7. 692X 107m/s，v4 = 7.619X107m/s, v5 = 7. 477X 107m/s。然后根据雷达波速与混凝土含水率关系曲线v = (-2. 1541w+0. 8805) X IO8,式中v为雷达在混凝土中传播波速，w为混凝土含水率，就可以 得到每层混凝土含水率依次为3. 7 %，4. 8 %，5. 2 %，5. 5 %，6. 2 %。
权利要求
一种采用探地雷达检测混凝土含水率分布的方法，其特征在于将钢筋(2)按阶梯状水平等距分布于混凝土(3)中，探地雷达(1)在混凝土(3)表面从左至右或从右至左经过，通过探地雷达(1)发射雷达波经钢筋(2)反射后被探地雷达(1)接收所需要的时间，计算出雷达波速，依据雷达波速与混凝土含水率的关系通过计算分析，得到混凝土结构含水率分布；所述计算出雷达波速，依据雷达波速与混凝土含水率的关系通过计算分析，得到混凝土结构含水率分布的过程为a.计算出雷达波在每层混凝土中传播速度，即雷达波速，雷达波在第1层混凝土中传播速度 <mrow><msub> <mi>v</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>d</mi> </mrow> <msub><mi>t</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac> </mrow>其中d为每层混凝土厚度，t1为雷达波从发射经第1根钢筋反射后被接收所需要的时间，所述钢筋编号从上至下，从1开始依次编号；雷达波在第i层混凝土中传播速度 <mrow><msub> <mi>v</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>d</mi> </mrow> <mrow><msub> <mi>t</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>t</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub> </mrow></mfrac><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>2,3,4</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo> </mrow>式中ti为雷达波从发射经第i根钢筋反射后被接收所需要的时间；b.计算每层混凝土含水率混凝土含水率与雷达在混凝土中传播波速的关系通过试验获得，根据雷达波在每层混凝土中的传播速度得到每层混凝土的含水率。
2.根据权利要求1所述的采用探地雷达检测混凝土含水率分布的装置，其特征在于 所述钢筋(2)直径20-30mm，钢筋(2)水平间距不小于200mm，钢筋(2)距离混凝土边水平 距离不小于200mm。
全文摘要
一种采用探地雷达检测混凝土含水率分布的方法，将钢筋(2)按阶梯状水平等距分布于混凝土(3)中，探地雷达(1)在混凝土(3)表面从左至右或从右至左经过，通过探地雷达(1)发射雷达波经钢筋(2)反射后被探地雷达(1)接收所需要的时间，计算出雷达波速，依据雷达波速与混凝土含水率的关系通过计算分析，得到混凝土结构含水率分布。本发明具有更为快速、无损、精确地测试混凝土结构含水率的分布的功能。
文档编号G01N22/04GK101832952SQ20101018170
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者周耀, 杨健, 王元丰, 韩冰 申请人:北京航空航天大学