随着我国基础设施建设的发展,建筑结构耐久性问题逐渐凸显,而钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性劣化的主要原因。混凝土结构中钢筋锈蚀引发结构出现分层、剥离、开裂等情况,既影响结构的生命周期,又造成巨大的经济损失,因此对基础设施中的钢筋混凝土结构进行检测并评估其健康度非常关键。然而,目前钢筋锈蚀检测多以电化学类方法为主,其受限于破损性、易受外界干扰、严酷环境适应性差以及检测效率较低,只能粗略估计钢筋锈蚀程度,难以实现早期锈蚀的检测。本文提出基于极化探地雷达的钢筋早期锈蚀无损检测新方法,通过测量锈蚀过程中钢筋的全极化反射信号并开展研究。首先,利用有限元方法模拟均匀锈蚀条件下的钢筋锈蚀形态和混凝土裂缝扩展规律,得到不同阶段的锈蚀损伤模型图。进而利用图像匹配技术,根据颜色属性赋予材料相应的介电常数及电导率值,建立不同锈蚀阶段的钢筋混凝土电磁仿真模型。通过时域有限差分法电磁仿真模拟得到不同锈蚀阶段HH、VV、VH等极化通道的电磁回波信号,研究锈蚀过程中钢筋电磁散射机理及其时变规律。其次,优化设计可用于锈蚀探测的雷达天线,完成极化探地雷达系统的搭建。雷达系统采用混合极化数据采集模式,即圆极化天线发射电磁信号,线极化天线接收电磁信号,避免全极化雷达信号采集时反复切换天线,提高数据采集效率。为获得真实的极化散射特征,采用格栅三面角作为校准件进行了室内极化校准试验,消除雷达极化通道不平衡与串扰。紧接着开展钢筋加速锈蚀监测试验。将混凝土试块半浸泡在氯化钠溶液中,通过外加电流的方式加速钢筋锈蚀,期间极化探地雷达定时采集钢筋雷达数据,获得不同锈蚀度的钢筋电磁散射信号。将不同极化通道雷达信号进行预处理后,对比分析钢筋锈蚀前后的雷达剖面图以及钢筋相对反射振幅值。采用逆时偏移成像算法对锈蚀钢筋进行定位成像,借助H-Alpha极化分解法从偏移后的多极化通道散射矩阵中提取不同时刻钢筋的极化散射特征。最后本文提出基于极化探地雷达相对振幅比的钢筋锈蚀度定性评估方法,通过极化分解提取早期钢筋锈蚀特征,建立早期锈蚀评定准则。将偏移成像与极化分解进行整合,实现锈蚀钢筋的彩色编码成像,有利于锈蚀区域的识别。研究成果为混凝土中钢筋早期锈蚀的原位快速检测手段与评估方法奠定基础,推进钢筋混凝土结构健康诊断技术的发展,确保我国重要基础设施的安全服役。