CN101256135A - 分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器 - Google Patents

Abstract

一种建筑工程技术领域的分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，包括：钢筋棒、惰性金属管、基座、定位棒和阳极导线、阴极导线，钢筋棒一端通过旋紧螺丝和阳极导线连接，惰性金属管通过旋紧螺丝与阴极导线连接，惰性金属管套在钢筋棒外侧，两者之间的缝隙由环氧树脂填充，惰性金属管和钢筋棒共同构成电极棒，基座中央有一个孔洞，电极棒从基座中的孔洞穿过，基座两侧分别设有孔洞，定位棒横穿基座两侧的孔洞。本发明可以在不损伤混凝土表面的前提下，通过对埋入混凝土内部不同深度的传感器的检测，准确确定引起钢筋腐蚀的氯离子临界浓度锋面深度，从而进一步得到结构主钢筋开始腐蚀的时间。

Description

分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器

技术领域

本发明涉及一种建筑工程技术领域的传感器，具体是一种分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器。

背景技术

钢筋混凝土中的钢筋腐蚀是影响结构耐久性的主要影响因素之一。造成混凝土中钢筋腐蚀的诱因主要为混凝土保护层的碳化以及氯离子的入侵。与混凝土保护层碳化引起的钢筋腐蚀相比，氯离子入侵引起的钢筋腐蚀速度更快(大约是碳化引起的钢筋腐蚀速度的10倍)、造成的损失更大。

目前工程中对混凝土搅拌物或添加剂中的氯离子浓度控制普遍较严，因此，混凝土中的氯离子腐蚀大多是由于氯离子从外界入侵，并在钢筋表面积累，达到一定的浓度后造成的。能引起钢筋开始腐蚀的氯离子最低浓度称为临界浓度。由于氯离子入侵造成的钢筋腐蚀速度快，而且腐蚀一旦发生，很难采取有效措施予以根除。因此，实际工程中应该采取的对策是：采用一套有效的监测手段，在钢筋腐蚀尚未开始之前，及早发现可能引起钢筋腐蚀的隐患，并采取相应的措施进行有针对性的防范。与发现钢筋腐蚀后再处理的方法相比，此对策经济消耗小，防腐效果更佳，将起到事半功倍的效果。

经对现有技术的文献检索发现，为达到以上目的，中国专利号为ZL 03 115903.6的专利，提供了一种钢筋混凝土构件中针对钢筋腐蚀的传感器及检测方法，其特征包括：选取与工程所用钢筋材质相同的钢筋棒和与钢筋棒相同直径、相同长度的不锈钢棒，按照从长到短的顺序，将钢筋棒和不锈钢棒成阶梯状并排插在传感器基座的固定槽内，并由导线连出，制成传感器。该传感器缺点：阴阳极之间距离较大，使得在电流回路中混凝土电阻较大，对监测结果产生负面影响；阴阳极面积相同，由于一般的腐蚀都具有大阴极小阳极的特点，相同的阴阳极面积不符合实际情况；传感器中的钢筋腐蚀后，由于腐蚀产物比腐蚀的钢材占据更大的体积，膨胀作用对混凝土保护层有破坏作用，增加测试部位混凝土的渗透性，对监测结果产生较大的影响；无固定装置，在浇注混凝土时传感器定位困难；体积较大，不易在钢筋网中插空定位；钢筋和不锈钢棒的侧面需要密封处理，工序复杂且容易在施工时遭到损坏，影响监测结果。

为避免以上缺点，中国专利申请号为200610117060的专利对上述专利进行了改进。然而，在工程应用中发现，上述传感器尚存在以下不足：(1)安装定位困难：需要在施工现场安装，在浇注混凝土之前固定在钢筋骨架上，而施工现场情况往往错综复杂，钢筋要么很密，要么过于稀疏。(2)传感器中的阳极工作面距离混凝土表面的距离是安装定位的关键。这两种传感器的构造措施无法达到方便调节和控制的目的。(3)电极之间的排列方式固定、单一，不能根据现场情况和检测需要灵活组合排列。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，使其继承现有技术的优点，改进不足，从结构和构造方面进行改进，达到方便施工安装、灵活调节、准确定位和灵活布置的目的。本发明可以在不损伤混凝土表面的前提下，通过对埋入混凝土内部不同深度的传感器的检测，准确确定引起钢筋腐蚀的氯离子临界浓度锋面深度，从而进一步得到结构主钢筋开始腐蚀的时间。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：钢筋棒、惰性金属管、基座、定位棒和阳极导线、阴极导线，钢筋棒一端通过旋紧螺丝和阳极导线连接，惰性金属管通过旋紧螺丝与阴极导线连接，惰性金属管内径比钢筋棒外径略大，惰性金属管套在钢筋棒外侧，两者之间的缝隙由环氧树脂填充，惰性金属管和钢筋棒共同构成电极棒。基座中央有一个孔洞，孔径比惰性金属管外径大0.1～0.5mm，电极棒从基座中的孔洞穿过，基座两侧分别设有孔洞，定位棒横穿基座两侧的孔洞。

所述钢筋棒比惰性金属管的长度略短(至少短5至10mm)。钢筋棒一端表面加工光平(作为工作面)，该表面与惰性金属管的一端平齐；钢筋棒的另一端中央开螺丝孔，可通过旋紧螺丝的方式和导线连接。惰性金属管套在钢筋棒外侧，两者之间的缝隙由环氧树脂填充，定位后严格避免钢筋和惰性金属之间的直接接触(短路)。

基座的材料为工程塑料，电极棒与基座之间的相对位置可以灵活调节，并通过位于基座侧壁的螺丝旋紧固定。该螺丝同时起到导线与惰性金属管之间的连接作用。

在基座的两侧横穿两根定位棒，定位棒与基座之间的相对位置同样可通过基座在定位棒上的滑动灵活调节。调节到所需位置后，通过位于基座侧壁的螺丝旋紧固定。

本发明还可以增加牺牲阳极，牺牲阳极可通过帮扎固定在基座的侧壁处，牺牲阳极的材料可选择为活性比钢材强的活性金属，活性金属外包裹pH值约为7的改性砂浆以保证活性金属的活性。牺牲阳极通过导线连接到插座。当检测发现电极棒的阳极发生腐蚀时，为防止阳极腐蚀对混凝土保护层的破坏，可通过短路牺牲阳极和电极棒阳极，使电极棒阳极的腐蚀得到抑制。

传感器中用到的钢筋棒最好采用现场取样钢筋，经车床加工而成。也可以采用与结构主钢筋同材质的钢筋。

本发明传感器使用时，定位棒可通过帮扎、焊接等方式固定在结构钢筋上。在整个安装固定过程中，应保证电极棒与结构钢筋之间不能短路；钢筋棒的暴露表面与混凝土表面基本平行。

在每个测区布置一组传感器(4至8个)，安装时各传感器之间的相互位置可灵活布置，各传感器阳极工作面之间以及阳极工作面与混凝土表面之间的距离(即“面差”)可灵活调节。

与背景技术相比，本发明在以下方面具有明显的优点：

1.与以往的各电极棒整体组合的构造方式不同，本发明中的传感器为单电极构造，可根据现场情况灵活安排不同传感器之间的相对位置。

2.各传感器“面差”可灵活设定，并在施工时灵活调节。可平分混凝土保护层厚度布置；也可根据需要采用等差数列划分布置；为提高监测精度，还可以在同一测区内布置两个或多个“面差”相同的传感器。

3.有效减小了传感器的体积，可忽略由于传感器的安放对混凝土强度的影响；同时由于传感器之间的距离可以较大，使得各电极棒之间的相互干扰(空间上对混凝土浇注质量的干扰，以及钢筋工作面腐蚀后对混凝土中杂散电流的干扰等)得到有效抑制。

本发明检测传感器结构简单，加工方便，采用的钢筋就地取材，或选取与工程所用钢筋材质相同的钢筋，测试环境与实际构件环境相同，钢筋棒与惰性金属管之间的宏电池腐蚀测量简单且直观、准确，很容易判断钢筋的腐蚀状态，可以在不损伤混凝土表面的前提下，准确方便地确定腐蚀介质入侵锋面距离构件钢筋的距离。

附图说明

图1为本发明的传感器轴侧图；

图中：1为钢筋棒(阳极)；2为惰性金属管(阴极)；3为工程塑料基座；4为旋紧螺丝；5为传感器定位棒；6为牺牲阳极。

图2为本发明中电极棒构造示意图；

图中：1为钢筋棒(阳极)；2为惰性金属管(阴极)；4为旋紧螺丝；7为灌缝环氧树脂；8为阳极导线。阳极导线8通过旋紧螺丝4与钢筋棒连接。

图3为本发明传感器排列形式示意图；

图中：图(a)单空单列式，图(b)单空双列式，图(c)双空双列式，图(d)悬挑单列式，图(e)悬挑双列式；其中：5为传感器定位棒；10为结构主钢筋；11为传感器。以上排列形式仅为排列示意，由于本发明的传感器采用分体可调的形式，排列方式可根据现场情况自由排列。

图4为本发明传感器排列剖面示意图；

图中：1为钢筋棒(阳极)；2为惰性金属管(阴极)；3为工程塑料基座；4为旋紧螺丝；5为传感器定位棒；8为阳极导线；9为阴极导线；10为结构主钢筋；12为混凝土。图中每个传感器之间的间距可根据现场情况自由调整。

图5为本发明的检测原理示意图；

图中：1为钢筋棒(阳极)；2为惰性金属管(阴极)；10为结构主钢筋；12为混凝土；13为接线盒；14为氯离子入侵(或碳化)危险锋面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、图2所示，本实施例的传感器，惰性金属管采用不锈钢管，包括：钢筋棒1、不锈钢管2、基座3、定位棒5、环氧树脂7和阳极导线8、阴极导线9。

选取与工程所用钢筋材质相同的钢筋，用车床加工成某一直径的钢筋棒1，钢筋棒1的长度约10cm，如混凝土保护层厚度较大，钢筋棒1的长度还可适当加长。同时制作比钢筋棒1长度长5至10mm的不锈钢管2，不锈钢管2的内径为钢筋棒1的直径加2mm。将不锈钢管2套在钢筋棒1外侧。在钢筋棒1的一端加工出螺丝孔，通过旋紧螺丝4与阳极导线8连接，如图2所示。钢筋棒1的另一端面为工作面，工作面与不锈钢管2的端面平齐。在钢筋棒1和不锈钢管2之间缝隙中填充环氧树脂7，保证钢筋棒1和不锈钢管2之间绝缘。至此，电极棒制作完毕。

基座3由工程塑料制成，在基座3的中央开有一个直径比不锈钢管2外径大0.5mm的圆孔，圆孔贯穿基座3。将制作完成的电极棒插入圆孔。根据阳极工作面到混凝土表面的距离调节好适当位置后，通过旋紧螺丝4固定。在旋紧螺丝4的同时，阴极导线9通过螺丝4与不锈钢管2连接。

基座3的两端设置两根定位棒5，定位棒5由直径为6mm的钢筋制成，定位棒5的长度根据相邻主钢筋间距及传感器单体的排列方式确定。定位棒5横穿基座3两侧的孔洞，与基座3之间的相对位置可根据现场情况和排列方式自由调节，调节到位后，通过旋紧螺丝4与基座3固定。

定位棒5可通过铁丝捆绑在主钢筋10上，也可以通过焊接的方式固定在主钢筋10上。

在上述结构的基础上还可以增加牺牲阳极6，牺牲阳极6通过帮扎固定在基座3的侧壁处。本实施例中，牺牲阳极6的材料可选择为锌块，锌块外包裹pH值为7左右的改性砂浆以保证锌块的活性。每块锌块都由导线连接到插座。当检测发现电极棒的阳极发生腐蚀时，为防止阳极腐蚀对混凝土保护层的破坏，可通过短路牺牲阳极6和电极棒阳极，使电极棒阳极的腐蚀得到抑制。

本实施例采用的传感器的安装排列如图3、图4所示。

传感器在测区内可自由排列，图3列出了一些常用的排列方式，如图中的(a)单空单列式、(b)单空双列式、(c)双空双列式、(d)悬挑单列式、(e)悬挑双列式。

图4表示的是传感器排列的剖面示意图。各传感器“面差”可灵活设定，并在施工时灵活调节。可平分混凝土保护层厚度布置；也可根据需要采用等差数列划分布置；为提高监测精度，还可以在同一测区内布置两个或多个“面差”相同的传感器。在安装过程中，应保持钢筋棒1工作面与混凝土表面平行。在固定的过程中，应保证电极棒与构件钢筋之间不能短路。

图5为检测原理图。

将同一测区的导线编号收集在一起，集中连接在位于混凝土表面的接线盒13处。检测仪器为市场上购买的电位电流仪，测量时将电位电流仪的两个电极通过接线盒13分别连接到同一电极棒的钢筋棒1和不锈钢管2，测量内容为钢筋棒1和不锈钢管2之间的宏电池腐蚀电流和电位差。依据电偶腐蚀原理，当钢筋处于钝态时，钢筋棒1和不锈钢管2之间的电位差很小，与之对应的宏电流也很小。如出现这种情况，说明危险锋面14未达到被测钢筋棒1的被测端面深度。反之，如果过一段时间再次测量时发现宏电池腐蚀电流和电位差发生了突然增加，则说明此钢筋表面已受到危险锋面14的影响，危险锋面已经发展到此测试钢筋表面深度。

对传感器进行定期监测，可以发现随着时间的推移，受到危险锋面14影响的钢筋表面数量逐渐增多，深度逐渐加深。

可以用结构主钢筋10的保护层厚度减去危险锋面发展深度，得到危险锋面距离结构主钢筋10表面的距离，并判断危险锋面逼近构件钢筋的速度，进而制定合理的维修对策，在结构主钢筋10未开始腐蚀之前，及时采取阴极保护、电化学除氯等方法防止构件钢筋开始腐蚀。

本实施例通过在结构的不同部位(如桥梁柱的深水区、溅浪区、干燥区)分别布置以上检测器，而在每个区域同时布置多个点，对建筑物进行有效监护。

Claims (10)

1、一种分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，其特征在于，包括：钢筋棒、惰性金属管、基座、定位棒和阳极导线、阴极导线，钢筋棒一端通过旋紧螺丝和阳极导线连接，惰性金属管通过旋紧螺丝与阴极导线连接，惰性金属管套在钢筋棒外侧，两者之间的缝隙由环氧树脂填充，惰性金属管和钢筋棒共同构成电极棒，基座中央有一个孔洞，电极棒从基座中央的孔洞穿过，基座两侧分别设有孔洞，定位棒横穿基座两侧的孔洞。

2、根据权利要求1所述的分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，其特征是，所述钢筋棒一端表面光平，为工作面，该工作面与惰性金属管的一个端面平齐，钢筋棒的另一端中央开螺丝孔，通过旋紧螺丝和阳极导线连接。

3、根据权利要求1或2所述的分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，其特征是，所述惰性金属管，其内径比钢筋棒外径大。

4、根据权利要求1或2所述的分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，其特征是，所述钢筋棒比惰性金属管的长度至少短5mm。

5、根据权利要求1所述的分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，其特征是，所述电极棒与基座之间的相对位置可调节，并通过位于基座侧壁的螺丝旋紧固定。

6、根据权利要求1所述的分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，其特征是，所述定位棒与基座之间的相对位置通过基座在定位棒上的滑动灵活调节，并通过位于基座侧壁的螺丝旋紧固定。

7、根据权利要求1或5或6所述的分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，其特征是，所述基座中央的孔洞，是直径比惰性金属管外径大0.1～0.5mm的圆孔，圆孔贯穿基座。

8、根据权利要求1或6所述的分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，其特征是，所述定位棒通过铁丝捆绑在主钢筋上，或通过焊接的方式固定在主钢筋上。

9、根据权利要求1所述的分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，其特征是，所述基座的侧壁处固定有牺牲阳极。

10、根据权利要求9所述的分体可调式钢筋腐蚀长期监测传感器，其特征是，所述牺牲阳极的材料为活性比钢材强的活性金属，活性金属外包裹pH值为7的改性砂浆，牺牲阳极通过导线连接到插座。

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