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基于探地雷达的混凝土无损检测方法研究

作　者: 肖小汀
导　师: 谢泽明
学　校: 华南理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 混凝土 无损检测 探地雷达 色散 介电常数
分类号: TU528.07
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


混凝土是一种主要由骨料（通常为砂，石）、水泥和水按一定比例配置，再经过一定时间硬化而成的复合型人工石材。无论是在我国还是欧美国家，混凝土在土木工程建设中的应用都是十分广泛的。它参与的建筑包括桥梁、公路、铁路、高楼、水坝、核电厂等。随着这些混凝土建筑的日益增多，工程的质量和使用寿命问题也成为各级政府和社会各界人士关注的焦点。因此，我们必须找到新的技术适用于评估这些混凝土结构，以实现它们的最大使用价值和寿命。在这样的背景下，一个基于耐久性指标和监测参数的通用评估方法是受到强烈推荐的。主要的耐久性指标有孔隙度、渗透率、含水量、氯离子含量等。事实上，水渗透到混凝土的孔隙有助于降解物和腐蚀剂（如氯化物）的转化。而研究发现，无线电频率范围的电磁（EM）波对于水分、孔隙率、氯化物等十分敏感。由此，基于电磁波传播的无损检测技术成为了监测混凝土相关情况的可行手段。本文的总体目标是利用基于探地雷达的无损检测，量化不同混凝土结构的物理属性，以获得混凝土含水量与其介电性能的关系函数。主要进行的工作如下：1.在文献中寻找一个适用于混凝土和电磁波的色散-吸收模型。在大多数色散介质，如饱和混凝土中，该模型能重现电磁波传播的影响。2.利用德拜（Debye）模型进行雷达波的建模，分析该模型参数对传播媒质色散性的表征。模拟实验中的数据采集过程，研究从雷达数据中提取有效色散曲线的方法，并通过模型的正演计算验证方法的准确性。3.应用均一化理论建立一个表征材料的特性参数、含水量和介电常数的关系的物理模型，以更好地理解水分对介电常数的影响。这个模型使将来由介电常数计算含水量成为可能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-14
  1.1 课题背景  11
  1.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 本文的研究任务和内容安排  13-14
    1.3.1 研究任务  13
    1.3.2 内容安排  13-14
第二章 混凝土材料的介绍及耐久性研究  14-31
  2.1 混凝土的组成成分  14-16
  2.2 早龄期混凝土  16-18
    2.2.1 水化  16-17
    2.2.2 养护  17
    2.2.3 离析和泌水  17-18
    2.2.4 早期开裂  18
  2.3 混凝土的老化  18-19
  2.4 混凝土耐久性  19-21
    2.4.1 孔隙率  19
    2.4.2 含水量和饱和度  19-20
    2.4.3 氯离子侵蚀  20-21
    2.4.4 水的渗透  21
  2.5 混凝土特性对电磁参数的影响  21-25
    2.5.1 水分条件  21-22
    2.5.2 氯离子含量  22
    2.5.3 温度  22-23
    2.5.4 骨料  23-24
    2.5.5 孔隙率  24
    2.5.6 水灰比和外加剂  24-25
  2.6 无损检测方法回顾  25-28
    2.6.1 超声波法  26
    2.6.2 回弹法  26
    2.6.3 超声回弹综合法  26-27
    2.6.4 红外线法  27
    2.6.5 探地雷达法  27
    2.6.6 无损检测方法比较  27-28
  2.7 实验用混凝土的制备  28-30
    2.7.1 基本体积，波长和骨料粒径  28-29
    2.7.2 边缘效应，分辨率和样品的最小尺寸  29
    2.7.3 样品的组成成分  29-30
  2.8 本章小结  30-31
第三章 混凝土色散-吸收模型研究  31-49
  3.1 电磁波传播的相关理论  31-35
    3.1.1 麦克斯韦方程组  31-32
    3.1.2 介电响应相关参数  32-34
    3.1.3 波动方程  34-35
  3.2 色散-吸收模型  35-37
  3.3 德拜模型的适用性验证  37-48
    3.3.1 德拜模型的反演  37-40
    3.3.2 探地雷达  40-45
    3.3.3 GPRMAX 2D  45-46
    3.3.4 实验和模型的时域波形对照  46-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章 混凝土色散特性的提取  49-63
  4.1 介质中的色散  49-50
    4.1.1 色散的定义  49-50
    4.1.2 关于色散的研究进程  50
  4.2 多偏移雷达信号中色散的提取  50-53
    4.2.1 有效信号的提取  51-52
    4.2.2 相速度谱的计算  52-53
  4.3 混凝土建模与探地雷达仿真  53-58
    4.3.1 配置一检测信号的色散曲线计算  54-55
    4.3.2 配置二检测信号的时域滤波  55-57
    4.3.3 仿真结果分析  57-58
  4.4 DA 的消隐  58-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章 实验结果对照  63-70
  5.1 测试方案设置  63-64
    5.1.1 探地雷达的参数  63
    5.1.2 电磁同轴圆柱细胞的参数  63-64
  5.2 探地雷达对于材料介电性能的表征  64-65
  5.3 检测结果分析  65-69
    5.3.1 混凝土 B2 的检测结果  65-67
    5.3.2 混凝土 B3 的检测结果  67-68
    5.3.3 混凝土 B4 的检测结果  68-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章 总结和展望  70-72
参考文献  72-79
攻读硕士学位期间取得的研究成果  79-80
致谢  80-81
附件  81

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑材料 > 非金属材料 > 混凝土及混凝土制品 > 一般性问题 > 产品缺陷与检验
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