探地雷达检测混凝土含水率试验研究

朱盼盼 贾凡达 黄家瑞

（白城师范学院， 吉林 白城 137000）

探地雷达是一种高频电磁检测法，具有分辨率高、无损和高效等特点，在介质含水率检测中的应用越来越多。本文通过试验来对混凝土含水率变化与雷达波传播特性的关系进行分析，希冀能为探地雷达技术真正应用于混凝土含水率探测提供一定参考。

1 探地雷达检测混凝土含水率的原理与方法

1.1 探地雷达发展概述

20 世纪初期，探地雷达技术作为一种检测手段就引起了学界的关注和研究。Hulgmeye 在1904 年利用电磁信号来对地下金属目标体进行确定，在检测研究中首次引入了雷达技术。Letmbach 和lowz 在1910 年，通过专利的形式来对雷达技术测定技术进行了深入的阐明，并对雷达技术的定义进行了完善。随后，关于雷达技术的相关试验和应用研究逐渐开展，如利用脉冲雷达在矿井中试验、测量极地冰层厚度、研究月球表面结构、:探测冰川和冰山的厚度等。在信息科技的推动下，不少探地雷达系统先后问世并应用于商业领域，进一步促进了探地雷达的实际应用。20 世纪80 年代，美国利用线性调频脉冲雷达技术对有近百年历史的纽约地铁通道结构进行监测，发现雷达能够穿透6-8 层、厚约28-31 cm 的水浸饱和砖，并探出混凝土地板下的空洞和原隧道的钢铁护套，自此开始，雷达技术开始应用到工程建设领域。随着探地雷达技术的进一步成熟，其技术优势越来越明显，无损、高效、精确等特点，极大地满足了工程建设的需要。近年来，在混凝土含水率检测方面，探地雷达技术的应用范围不断拓展，尽管当前处于起步阶段，不过其前景是非常广阔的。

1.2 探地雷达检测混凝土含水率的原理与方法

作为一种探测地下目标体的地球物理探测方法，探地雷达检测技术应用了先进的连续透视扫描无损探伤技术，探测精度高于传统检测方法，通过连续扫描可获得更加精准的连续探测结果。探地雷达是一种快速、高效、经济、简便的无损检测高新技术，在结构病害无损检测中应用范围不断拓展。水是有极分子，同时还具有较高的介容率，能改变物质的电导率和整体介电常数，会影响雷达波的传播速度和能量损耗，因而，能对混凝土含水率变化情况进行比较准确的测定。探地雷达在检测过程中会得到两种图像，一种是雷达TDC (Time-Displacement)图，一种是雷达单道波形图。依据雷达波发射至反射波返回的时间差，发射天线和接收天线之间的距离，反射面距表面的深度，就能计算出雷达波在混凝土中的传播速度，再结合不同时刻混凝土试块的含水率，就可测定出混凝土的含水率。

2 探地雷达检测混凝土含水率试验

2.1 试验方案

1、原材料

先制备1 块0.6mX0.6mX0.06m 的混凝土板，再准备12 块0.1 mX 0.1 mX 0.06 m的小试块。将混凝土用铝箔封闭，只留出上表面。

2、试验工具

精度为0.5 g 的天平1 台，试验用干燥箱1 台，试验雷达采用瑞典MALA 公司第三代CU3 CProEx 主机，1.6 GHz 的屏蔽天线。

2.2 测定步骤

1、先将混凝土板和小试件进行浸泡，浸泡时间为15d。然后，再将其取出进行包裹，包裹时，除上表面外，混凝土板其它部位均用铝箔进行包裹。对小试件饱和状态质量M1和包铝箔后质量Ma1 进行测定，同时，还要测定探地雷达在混凝土中的传播波速V1。

2、将混凝土板和小试件放置到80℃干燥箱中，每隔5-8h 对小试件质量和雷达在混凝土板中传播波速进行测试。后续测量时间可根据实际情况进行调整。

3、完成测试后，要将小试件烘干，测定小试件干燥质量Mao。

4、分析数据。建立探地雷达波速和混凝土含水率的关系，根据计算探地雷达波速，进而得到混凝土含水率为

2.3 数据分析

依据前面测定的雷达波速V 和对应混凝土含水率W 拟合曲线，如下：

依据混凝土介电常数和对应混凝土含水率拟合曲线，如下：

图 1 雷达波速与混凝土含水率关系曲线

图 1 混凝土相对介电常数与混凝土含水率关系曲线

从上面图1、图2 可知，混凝土含水率与探地雷达波速之间存在线性关系，可用线性方程对混凝土相对介电常数与混凝土含水率关系进行描述。试验结果显示，在2.9%-5.0%的含水率范围内，探地雷达波速受混凝土含水率影响明显，含水率越高，探地雷达波速越小，说明混凝土相对介电常数也就越大。

3 结语

综上所述，本文利用试验，对探地雷达反射波波速与混凝土含水率之间的关系进行了研究。在试验过程中，结合文中建立的混凝土中传播的雷达波波速和混凝土含水率方程，得到了混凝土内部沿深度方向的含水率的一维分布特征。本试验研究结果显示，探地雷达波速和混凝土含水率之间具有良好的线性关系，混凝土含水率越高,探地雷达波速越小。在混凝土含水率检测中，可应用探地雷达来进行监测，以准确获得混凝土含水率变化情况。