近年來，實驗科學(xué)對非破壞性測試青睞有加。介電常數(shù)作為基本材料特性，常被作為微波近場無損檢測技術(shù)的測量對象用以表征測試材料的性能。本文旨在研究早齡期混凝土材料介電常數(shù)的實部和虛部與試驗測試頻率的關(guān)系，為非破壞性測試的進(jìn)一步發(fā)展提供理論研究思路與技術(shù)支撐。

一、概述

      應(yīng)用微波近場無損檢測技術(shù)的先決條件是不同混凝土材料間介電性能的差異。譬如密實度、空隙含量、含水量等材料參數(shù)均可通過材料介電常數(shù)的測量來反映"。此外，理想的多相復(fù)合介質(zhì)介電常數(shù)模型是應(yīng)用微波近場無損檢測技術(shù)進(jìn)行非破壞性測試的理論關(guān)鍵。介電常數(shù)作為微波近場無損檢測技術(shù)所反映的材料基本和重要性質(zhì)可以表示為式(1): 

       其中,ε',是復(fù)介電常數(shù)的實部，稱為相對介電常數(shù)，它反映了介質(zhì)對電磁波的存儲效應(yīng); ε",是復(fù)介電常數(shù)的虛部，稱為介質(zhì)損耗因數(shù)，其反映了介質(zhì)中電磁波的損耗

       針對以上研究現(xiàn)狀，本文著重研究了早齡期混凝土材料介電常數(shù)的實部和虛部與測量頻率之間的關(guān)系，且研究成果將為微波近場無損檢測技術(shù)的實際應(yīng)用提供理論研究思路和技術(shù)層面的支撐。

二、試件的測量設(shè)計與準(zhǔn)備

（一）測量設(shè)計

      為便于研究早齡期混凝土材料的介電常數(shù)與測量頻率的關(guān)系，試驗將制備構(gòu)件尺寸為150mm x 150mm x 150mm的標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊。混凝土試塊配合比取水:水泥:砂子:石子=0. 5: 1: 1. 79: 3.63,水泥標(biāo)號為P.042. 5。將試塊置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件(溫度20°C+2°C、相對濕度95% RH以上)分別養(yǎng)護(hù)7天、14天、28天。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后將不同齡期混凝土試塊將分別使用Keysight E5080A網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行不同頻率下的介電常數(shù)測量，在完成對測量數(shù)據(jù)的擬合工作之后，將得到早齡期混凝土材料介電常數(shù)與測量頻率的關(guān)系。

（二）試件的準(zhǔn)備

        試驗過程中，混凝土試塊在經(jīng)機械攪拌形成，振動臺振動均勻之后，置于標(biāo)準(zhǔn)條件下在固化箱中進(jìn)行混凝土試塊的養(yǎng)護(hù)，24h后脫模,脫模后在養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)7天、14 天、28天。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，取測量頻率范圍為500MHz~5GHz，分別測量混凝土試塊4個側(cè)面的介電常數(shù)值，并計算平均值作為該試塊介電常數(shù)代表值。

（三）介電常數(shù)的測定方法

         本試驗通過Keysight E5080A網(wǎng)絡(luò)分析儀采用同軸探頭法進(jìn)行介電常數(shù)的測量工作，如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)分析儀與3mm同軸傳輸電纜線相連，傳輸線末端接有同軸高溫探頭，并使用夾具固定同軸探頭，通過移動混凝土試塊實現(xiàn)探頭對不同測點的測量。在使用E5080A網(wǎng)絡(luò)分析儀測量介電常數(shù)前，需先進(jìn)行空氣、短路件及25°C純水的校準(zhǔn)工作。在完成系統(tǒng)誤差的校準(zhǔn)工作后，使用反射系數(shù)計算被測材料的介電常數(shù)。

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