青岛理工大学土木工程学院 山东 青岛 266033
摘要：混凝土含水率对混凝土材料和结构性能有很大影响，但其无损检测技术不能满足实际需要。雷达电磁波的传播速度主要由材料介电常数决定，而影响混凝土材料介电常数主要是其含水率。本文对探地雷达检测混凝土含水率技术进行研究，采用干燥法得到混凝土试块含水率，利用探地雷达测得雷达波在混凝土板中的波速，得到了探地雷达波速和混凝土含水率的关系，发现探地雷达波速和混凝土含水率具有良好的线性关系。
关键词：探地雷达；混凝土含水率；雷达波速；无损检测
混凝土含水率对其材料性能有很大影响，混凝土含水率将影响混凝土的吸水性及抗冻性[1]，同时，对混凝土材料的强度影响较大。研究表明，随着含水率的增大，粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的抗压强度和劈裂抗拉强度不断降低并逐渐趋于稳定[2]。闫东明的试验结果发现，对同一种混凝土在常温条件下，随着含水量的提高其强度有降低的趋势[3]。在实际中，混凝上含水率对结构性能影响也很大，特别是处于河水、地下水或海水浸泡中的桥墩、地下结构、水工建筑物等。此外，部分房屋建筑、桥梁等结构在洪水浸泡后其性能也会发生改变。混凝土含水量的减小会引起混凝土体积收缩，容易引起混凝土结构开裂，这种裂缝告叠加温度应力等有害因素就会向纵深发展，出现深层裂缝或贯穿裂缝，严重危害结构安全[4]。同时干缩开裂会严重影响结构的黏接、徐变、耐久性和抗渗性等。
目前混凝上含水率测试技术从测量原理上分有电容式、红外式、核子式、微波式以及探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR）等。电容式传感器是利用水的介电常数显著大于其他集料介电常数的原理制成的。一般自由水的介电常数为81，而普通材料的介电常数约为4，因此可以通过对传感器进行标定后，进行含水率测定。电容式传感器的缺点是集料种类和其中的杂物对测量结果影响较大。红外式传感器利用红外线技术进行含水率测定，其缺点是穿透力差，仅能对物料表面进行测定[5]。核子仪测量的是地表到地表以下10cm材料的平均含水率。微波式传感器利用在微波频段水的介电常数远远大于一般材料的特性进行含水率测定。在高频电场中，电介质存在弛豫损耗，混凝土中的水分成为决定混凝土中的介电常数的重要部分，混凝土的湿度变化，可以明显改变混凝土的介电特性，通过测量功率衰减、相位变化和谐振频率等相关介电常数的物理量，就能测量混凝土的含水率。探地雷达是一种高频电磁检测法，探地雷达技术具有分辨率高、无损和高效等特点，应用探地雷达检测介质含水率成为近年来探地雷达技术新的研究方向。然而，混凝土含水率的变化与雷达波的传播特性之间的关系需要通过开展理论和实验研究建立起两者之间的定量关系，才能使探地雷达技术真正应用于探测混凝土含水率这一领域
1 利用GPR测定混凝土的含水率
1.1 GPR测定混凝土含水率的原理
GPR是一种广泛应用于探测地下目标体的地球物理探测方法，应用领域涉及到地质勘察、基础工程质量检测、灾害地质调查与考古调查、结构工程无损检测等。由于GPR检测技术采用了先进的连续透视扫描无损探伤技术，探测精度比传统检测方法高，且又是连续扫描，可获得探测的连续结果。GPR能较好地对混凝上结构的实际情况进行检测，是一种快速、高效、经济、简便的无损检测高新技术，近年来已被应用到结构病害无损检测中[6]。
由于水具有较高的介容率，又是有极分子，不仅会改变物质的电导率，更会改变物质整体介电常数。因此，物质的含水状况对雷达波的传播速度和能量损耗都会产生很大影响。水的介电常数为81，混凝土介电常数一般为4～20，雷达波在混凝土中的传播速度对混凝上含水率的变化十分敏感。因此可以应用GPR技术探测混凝土含水率的变化情况。
1.2 GPR测定混凝土含水率的方法
从图l和图2中可以看出，探地雷达波速和混凝土含水率呈线性关系，混凝上相对介电常数与混凝土含水率的关系也可以用线性方程描述。
试验测得混凝土含水率范围为2.9％～5.0％，在此范围内混凝土含水率越高，探地雷达波速越小，混凝土相对介电常数越大。
4 结论
（1）混凝土含水率对混凝土介电常数影响显著，可以通过混凝土相对介电常数的变化来得到混凝土含水率的变化。
（2）混凝土含水率越高，探地雷达波速越小。探地雷达波速和混凝土含水率具有良好的线性关系。
参考文献
[1]毛继泽，齐辉，鲇田耕一.轻骨料含水率对混凝土吸水性及抗冻性的影响[J].建筑材料学报，2009，12(4)：473—477.
[2]桂苗苗.含水率对粉煤灰蒸压加气混凝土砌块力学性能的影响[J].粉煤灰综合利用，2008(6)：26—28.
[3]闫东明.混凝土动态力学性能试验与理论研究[D].大连：大连理工大学，2006.
[4]马跃先，陈晓光.水工混凝土的湿度场及干缩应力研究[J].水力发电学报，2008，27(3)：38—42.
[5]张久荣.木材含水率测试技术水平及其前景[J].世界林业研究，1993，6(1)：46—53.
[6]周道传.地质雷达检测砼结构性能的试验研究及应用[D].郑州：郑州大学，2006.
作者信息
袁磊（1991- ），男，山东青岛人，青岛理工大学土木工程在读研究生。
论文作者:袁磊,邱伟,曲成平,钟国麟
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/11/7
标签：混凝土论文; 含水率论文; 常数论文; 波速论文; 结构论文; 材料论文; 关系论文; 《防护工程》2017年第14期论文;