朱盼盼 賈凡達(dá) 黃家瑞

（白城師范學(xué)院， 吉林 白城 137000）

探地雷達(dá)是一種高頻電磁檢測(cè)法，具有分辨率高、無損和高效等特點(diǎn)，在介質(zhì)含水率檢測(cè)中的應(yīng)用越來越多。本文通過試驗(yàn)來對(duì)混凝土含水率變化與雷達(dá)波傳播特性的關(guān)系進(jìn)行分析，希冀能為探地雷達(dá)技術(shù)真正應(yīng)用于混凝土含水率探測(cè)提供一定參考。

1 探地雷達(dá)檢測(cè)混凝土含水率的原理與方法

1.1 探地雷達(dá)發(fā)展概述

20 世紀(jì)初期，探地雷達(dá)技術(shù)作為一種檢測(cè)手段就引起了學(xué)界的關(guān)注和研究。Hulgmeye 在1904 年利用電磁信號(hào)來對(duì)地下金屬目標(biāo)體進(jìn)行確定，在檢測(cè)研究中首次引入了雷達(dá)技術(shù)。Letmbach 和lowz 在1910 年，通過專利的形式來對(duì)雷達(dá)技術(shù)測(cè)定技術(shù)進(jìn)行了深入的闡明，并對(duì)雷達(dá)技術(shù)的定義進(jìn)行了完善。隨后，關(guān)于雷達(dá)技術(shù)的相關(guān)試驗(yàn)和應(yīng)用研究逐漸開展，如利用脈沖雷達(dá)在礦井中試驗(yàn)、測(cè)量極地冰層厚度、研究月球表面結(jié)構(gòu)、:探測(cè)冰川和冰山的厚度等。在信息科技的推動(dòng)下，不少探地雷達(dá)系統(tǒng)先后問世并應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域，進(jìn)一步促進(jìn)了探地雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用。20 世紀(jì)80 年代，美國(guó)利用線性調(diào)頻脈沖雷達(dá)技術(shù)對(duì)有近百年歷史的紐約地鐵通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)能夠穿透6-8 層、厚約28-31 cm 的水浸飽和磚，并探出混凝土地板下的空洞和原隧道的鋼鐵護(hù)套，自此開始，雷達(dá)技術(shù)開始應(yīng)用到工程建設(shè)領(lǐng)域。隨著探地雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)一步成熟，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)越來越明顯，無損、高效、精確等特點(diǎn)，極大地滿足了工程建設(shè)的需要。近年來，在混凝土含水率檢測(cè)方面，探地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷拓展，盡管當(dāng)前處于起步階段，不過其前景是非常廣闊的。

1.2 探地雷達(dá)檢測(cè)混凝土含水率的原理與方法

作為一種探測(cè)地下目標(biāo)體的地球物理探測(cè)方法，探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用了先進(jìn)的連續(xù)透視掃描無損探傷技術(shù)，探測(cè)精度高于傳統(tǒng)檢測(cè)方法，通過連續(xù)掃描可獲得更加精準(zhǔn)的連續(xù)探測(cè)結(jié)果。探地雷達(dá)是一種快速、高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的無損檢測(cè)高新技術(shù)，在結(jié)構(gòu)病害無損檢測(cè)中應(yīng)用范圍不斷拓展。水是有極分子，同時(shí)還具有較高的介容率，能改變物質(zhì)的電導(dǎo)率和整體介電常數(shù)，會(huì)影響雷達(dá)波的傳播速度和能量損耗，因而，能對(duì)混凝土含水率變化情況進(jìn)行比較準(zhǔn)確的測(cè)定。探地雷達(dá)在檢測(cè)過程中會(huì)得到兩種圖像，一種是雷達(dá)TDC (Time-Displacement)圖，一種是雷達(dá)單道波形圖。依據(jù)雷達(dá)波發(fā)射至反射波返回的時(shí)間差，發(fā)射天線和接收天線之間的距離，反射面距表面的深度，就能計(jì)算出雷達(dá)波在混凝土中的傳播速度，再結(jié)合不同時(shí)刻混凝土試塊的含水率，就可測(cè)定出混凝土的含水率。

2 探地雷達(dá)檢測(cè)混凝土含水率試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

1、原材料

先制備1 塊0.6mX0.6mX0.06m 的混凝土板，再準(zhǔn)備12 塊0.1 mX 0.1 mX 0.06 m的小試塊。將混凝土用鋁箔封閉，只留出上表面。

2、試驗(yàn)工具

精度為0.5 g 的天平1 臺(tái)，試驗(yàn)用干燥箱1 臺(tái)，試驗(yàn)雷達(dá)采用瑞典MALA 公司第三代CU3 CProEx 主機(jī)，1.6 GHz 的屏蔽天線。

2.2 測(cè)定步驟

1、先將混凝土板和小試件進(jìn)行浸泡，浸泡時(shí)間為15d。然后，再將其取出進(jìn)行包裹，包裹時(shí)，除上表面外，混凝土板其它部位均用鋁箔進(jìn)行包裹。對(duì)小試件飽和狀態(tài)質(zhì)量M1和包鋁箔后質(zhì)量Ma1 進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)，還要測(cè)定探地雷達(dá)在混凝土中的傳播波速V1。

2、將混凝土板和小試件放置到80℃干燥箱中，每隔5-8h 對(duì)小試件質(zhì)量和雷達(dá)在混凝土板中傳播波速進(jìn)行測(cè)試。后續(xù)測(cè)量時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

3、完成測(cè)試后，要將小試件烘干，測(cè)定小試件干燥質(zhì)量Mao。

4、分析數(shù)據(jù)。建立探地雷達(dá)波速和混凝土含水率的關(guān)系，根據(jù)計(jì)算探地雷達(dá)波速，進(jìn)而得到混凝土含水率為

2.3 數(shù)據(jù)分析

依據(jù)前面測(cè)定的雷達(dá)波速V 和對(duì)應(yīng)混凝土含水率W 擬合曲線，如下：

依據(jù)混凝土介電常數(shù)和對(duì)應(yīng)混凝土含水率擬合曲線，如下：

圖 1 雷達(dá)波速與混凝土含水率關(guān)系曲線

圖 1 混凝土相對(duì)介電常數(shù)與混凝土含水率關(guān)系曲線

從上面圖1、圖2 可知，混凝土含水率與探地雷達(dá)波速之間存在線性關(guān)系，可用線性方程對(duì)混凝土相對(duì)介電常數(shù)與混凝土含水率關(guān)系進(jìn)行描述。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在2.9%-5.0%的含水率范圍內(nèi)，探地雷達(dá)波速受混凝土含水率影響明顯，含水率越高，探地雷達(dá)波速越小，說明混凝土相對(duì)介電常數(shù)也就越大。

3 結(jié)語

綜上所述，本文利用試驗(yàn)，對(duì)探地雷達(dá)反射波波速與混凝土含水率之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。在試驗(yàn)過程中，結(jié)合文中建立的混凝土中傳播的雷達(dá)波波速和混凝土含水率方程，得到了混凝土內(nèi)部沿深度方向的含水率的一維分布特征。本試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，探地雷達(dá)波速和混凝土含水率之間具有良好的線性關(guān)系，混凝土含水率越高,探地雷達(dá)波速越小。在混凝土含水率檢測(cè)中，可應(yīng)用探地雷達(dá)來進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以準(zhǔn)確獲得混凝土含水率變化情況。