CN102051623B - 一种动态电流激励的钢筋结构保护方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动态电流激励的钢筋结构保护方法和装置，通过获取实验钢筋结构的阴极电位和电流，构建钢筋结构的动态极化曲线，进而确定钢筋结构的实验保护电流，并按照实际钢筋阵列的结构和截面积对实验保护电流进行调整，将调整后的电流作为外加电流提供给实际的钢筋阵列以作保护，通过实验钢筋结构获取到最佳保护电流，并按照实际钢筋阵列对其进行调整后提供给钢筋阵列以作保护，抑制钢筋结构的腐蚀，有效保护钢筋结构。

Description

一种动态电流激励的钢筋结构保护方法和装置

技术领域

本发明涉及钢筋结构保护技术领域，特别是涉及一种动态电流激励的钢筋结构保护方法和装置。 

背景技术

钢筋结构是指用配有钢筋增强的混凝土制成的结构，主要构件是用钢筋混凝土建造的。其包括薄壳结构、大模板现浇结构及使用滑模、升板等建造的钢筋混凝土结构的建筑物。钢筋结构是用钢筋和混凝土制成的。其中，钢筋承受拉力，混凝土承受压力，具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。因此在实际环境中的应用及其广泛。 

阴极保护是20世纪50年代开始用于防止海水或土壤中钢筋混凝土结构的腐蚀和破坏的。由于阴极保护法能直接抑制钢筋自身的电化学腐蚀过程，有效保护钢筋，被认为是最有效且最经济的方法之一，得到了越来越多的应用。其中外加的电流密度是影响阴极保护效果的主要因素，如果电流密度过小就会使钢筋结构物得不到保护，处于欠保护状态，若电流密度过大，就会出现析氢反应，破环钢筋结构物的涂层，不利于保护，处于过保护状态。而电流密度的大小又与金属的种类，金属的表面状态(有无保护膜，漆膜的完整程度等)、介质条件(组成、浓度、温度、流速)等有关，上述这些不确定因素给保护电流密度的确定带来了一定的难度。 

现有的一些方法是根据经验公式或实验的经验值，给钢筋结构外加电流，然而用这种方法确定的电流密度只能用在经验公式和试验条件下的环境才能发挥其最好的防腐效果，一旦环境发生变化，保护效果有可能减弱。 

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种动态电流激励的钢筋结构保护方法和装置，以解决 现有技术中存在的问题，抑制钢筋结构的腐蚀，有效保护钢筋结构。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动态电流激励的钢筋结构保护方法和装置，用以抑制钢筋结构的腐蚀，有效保护钢筋结构。 

为了解决上述问题，本发明公开了一种动态电流激励的钢筋结构保护方法，所述方法包括： 

获取实验钢筋结构的阴极电位和电流； 

根据所获取的电位和电流，构建钢筋结构的动态极化曲线； 

依据动态极化曲线，确定钢筋结构的实验保护电流； 

按照实际钢筋阵列的结构和截面积对实验保护电流进行调整； 

将调整后的电流作为外加电流提供给实际的钢筋阵列以作保护； 

所述获取实验钢筋结构的阴极电位和电流具体包括以下子步骤： 

采集实验钢筋结构相对于参比电极的电位； 

采集参比电极自身的电位； 

将所采集的实验钢筋结构相对于参比电极的电位与采集参比电极自身的电位做差，获取实验钢筋结构的阴极电位； 

采集实验钢筋结构的阴极电流，所获取的实验钢筋结构的阴极电流，是在实验钢筋结构上施加预设电压值的情况下所采集的。 

优选的，所述钢筋的实验保护电流为极化率最大处所对应的电流；所述极化率为极化曲线的斜率。 

优选的，所述实际钢筋阵列的结构为平行分布、串行分布、串并混合分布或环形分布。 

本发明还公布了一种动态电流激励的钢筋结构保护装置，所述装置包括： 

获取单元，用于获取实验钢筋结构的阴极电位和电流； 

构建单元，用于根据所获取的电位和电流，构建钢筋结构的动态极化曲 线； 

确定单元，用于依据动态极化曲线，确定钢筋结构的实验保护电流； 

调整单元，用于按照实际钢筋阵列的结构和截面积对实验保护电流进行调整； 

保护单元，用于将调整后的电流作为外加电流提供给实际的钢筋阵列以作保护； 

所述获取单元具体包括以下子单元： 

第一采集子单元，用于采集实验钢筋结构相对于参比电极的电位； 

第二采集子单元，用于采集参比电极自身的电位； 

处理子单元，用于将所采集的实验钢筋结构相对于参比电极的电位与采集参比电极自身的电位做差，获取实验钢筋结构的阴极电位； 

第二采集子单元，用于采集实验钢筋结构的阴极电流，所获取的实验钢筋结构的阴极电流，是在实验钢筋结构上施加预设电压值的情况下所采集的。 

优选的，所述确定单元所确定的钢筋的实验保护电流为极化率最大处所对应的电流；所述极化率为极化曲线的斜率。 

优选的，所述实际钢筋阵列的结构为平行分布、串行分布、串并混合分布或环形分布。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

本发明通过获取实验钢筋结构的阴极电位和电流，构建钢筋结构的动态极化曲线，进而确定钢筋结构的实验保护电流，并按照实际钢筋阵列的结构和截面积对实验保护电流进行调整，将调整后的电流作为外加电流提供给实际的钢筋阵列以作保护，通过实验钢筋结构获取到最佳保护电流，并按照实际钢筋阵列对其进行调整后提供给钢筋阵列以作保护，抑制钢筋结构的腐蚀，有效保护钢筋结构。 

附图说明

图1是本发明实施例一所述的一种动态电流激励的钢筋结构保护方法的流程图； 

图2是本发明实施例一所述的一种具体实现中所包括的设施的示意图； 

图3是本发明实施例二所述的一种动态电流激励的钢筋结构保护装置的结构图。 

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

在水工混凝土中钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要问题，也是水工建筑物安全鉴定过程中经常遇到的问题。多年来，许多水力工程由于耐久性不良引起的工程损坏事例不断发生，由此带来的工程损失和处理费用也迅速增加，相应的经济损失已不可忽视。在水工建筑物安全鉴定过程中，常遇到大坝、水闸、渡槽、桥梁等钢筋混凝土结构因钢筋锈蚀引起的混凝土膨胀开裂，混凝土保护层脱落的现象很多，使得结构承载力下降，有些危及安全，必须引起高度重视。 

钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构性能的影响主要体现在三方面。其一，钢筋锈蚀直接使钢筋截面减小，从而使钢筋的承载力下降，极限延伸率减少；其二，钢筋锈蚀产生的体积比锈蚀前的体积大得多(一般可达2～3倍)，体积膨胀压力使钢筋外围混凝土产生拉应力，发生顺筋开裂，使结构耐久性降低；其三，钢筋锈蚀使钢筋与混凝土之间的粘结力下降。因此，钢筋锈蚀对结构的承载力和适用性都造成了严重影响，由此带来的维修与加固费用也是相当昂贵的。为此，本发明提供一种动态电流激励的钢筋结构保护方法和装置，用于抑制钢筋结构的腐蚀，有效保护钢筋结构。 

实施例一： 

参照图1，示出了本发明的一种动态电流激励的钢筋结构保护方法的流程图，所述方法具体包括： 

步骤S101，获取实验钢筋结构的阴极电位和电流； 

钢筋结构在实际环境的应用非常之广泛，如海洋环境或海港码头等等环境中，为了避免或减弱实际应用环境中钢筋结构腐蚀的发生，通常会对其采用阴极保护技术，其具体实现原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加保护电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。 

在预施加保护电流的实际环境中，选取一部分钢筋结构作为实验钢筋结构，在对实验钢筋结构上施加预获取范围内的电压值的情况下，获取实验钢筋结构的阴极电位和电流。其中，所述预获取范围内的电压值，通常情况是通过预先进行实验尝试获取到的。并且，所述实验钢筋结构上施加的电压值是不断变化的，因此，所获取到的实验钢筋结构的阴极电位和电流也是不断变化的。 

优选的，所述步骤S101具体包括以下子步骤： 

步骤S1，采集实验钢筋结构相对于参比电极的电位； 

在实验钢筋结构上施加预获取范围内的电压值后，采集实验钢筋结构相对于参比电极的电位，为具体说明，这里假设某一时刻所采集的电位为100伏。 

步骤S2，采集参比电极自身的电位； 

同样的，采集参比电极自身的电位，假设对应上述时刻所采集的电位为50伏。 

步骤S3，将所采集的实验钢筋结构相对于参比电极的电位与采集参比电极自身的电位做差，获取实验钢筋结构的阴极电位； 

将步骤S1与步骤S2中所采集的电压做差，获取实验钢筋结构的阴极电位，借助前面的事例，对应时刻所获取到的实验钢筋结构的阴极电位为50伏。 

步骤S4，采集实验钢筋结构的阴极电流。 

优选的，所获取的实验钢筋结构的阴极电流，是在实验钢筋结构上施加预设电压值的情况下所采集的。 

实验钢筋结构可等效于某一数值的电阻，在对实验钢筋结构上施加预获取(可理解为预设)范围内的电压值的情况下，采集实验钢筋结构的阴极电流。 

需要说明的是，基于各个时间点所进行的处理工作基本相同，因此，上述描述中仅以某一时刻点作为事例进行介绍，其他时间点可以此类推。 

步骤S102，根据所获取的电位和电流，构建钢筋结构的动态极化曲线； 

用步骤S101中所获取的电位和电流构建钢筋结构的动态极化曲线，具体构建中，横坐标为所获取到电流，纵坐标为所获取的电位。 

步骤S103，依据动态极化曲线，确定钢筋结构的实验保护电流； 

优选的，所述钢筋的实验保护电流为极化率最大处所对应的电流；所述极化率为极化曲线的斜率。 

在实际的应用操作中，所获取的到的动态极化曲线其斜率即为电极的极化率，从理论的角度分析电极的极化率越大，电极反应过程中的阻力就越大，反之电极的极化率越小，电极反应过程中的阻力就越小，因而反应就越容易进行；由阴极极化曲线可以看出，曲线的极化率先增大后减小，所以极化率最大的那一点，就是电极反应过程中最难最慢的那一点，也就是钢筋结构达到较好保护效果的一点，即可认为阴极极化曲线的拐点处就是钢筋结构受保护的电位范围内的一个合适的点，由数学计算可以获得该点所对应的电位和电流，该点的电流即为钢筋结构的实验保护电流。 

因此，我们可以得出所述钢筋的实验保护电流为极化率最大处所对应的电流。本实施例所述的方法，通过实时的采集各个时间点实验钢筋结构相对于参比电极的电位、参比电极自身的电位和实验钢筋结构的阴极电流，实时的确定各个时间点的实验保护电流，有效保证了实验保护电流的实时性和动态调节性。 

对本实施例中所述的方法在实际环境中的应用中的实现作简要的介绍，通常由MCU处理器设定的预获取范围内的数字电压通过D/A转换器转换后输入到恒流源上，不同的电压值会产生不同的电流值，由恒流源向阴极保护实验钢筋结构提供电流，通过数据采集获取实验钢筋结构的阴极电位和电 流，将获取到电位和电流传递给嵌入式系统的D/A转换器，由MCU处理器将其的数字信号由数字通讯接口通过有线或无线通讯设备传送到计算机，由上位机软件将接收到的数据绘制成极化曲线，并由曲线计算出拐点出的电流和电位，也即实验保护电流。具体实现中需要的设施包括恒流源、测试组电源、数据采集模块和嵌入式系统A，其中嵌入式系统A包括A/D转换器、D/A转换器、数据通讯接口和MCU处理器，这些模块通过数据传输和电信连通构成整体，来实现钢筋结构的实验保护电流的确定。在具体的实现中，实验钢筋结构相对于参比电极的电位、参比电极自身的电位和实验钢筋结构的阴极电流的采集由数据采集模块完成，这些数据由数据采集模块采集后，经A/D转换器转换成数字信号后，进行传输和通讯，实现中可以采用有线或无线通信模块来完成。 

步骤S104，按照实际钢筋阵列的结构和截面积对实验保护电流进行调整； 

由于所选取的实验钢筋结构与实际的钢筋结构存在差异，因此，将所确定的实验保护电流，按照实际要保护的钢筋阵列的结构以及截面积进行调整，以起到有效的防护作用。 

优选的，所述实际钢筋阵列的结构为平行分布、串行分布、串并混合分布或环形分布。 

为了满足实际应用的不同需求会设计不同的钢筋结构，具体的如实际中刚进阵列的结构为平行分布、串行分布、串并混合分布或环形分布等等。下面以多种 

例如，在实际的海水环境中，若钢筋阵列的分布是平行式的，每一根钛条所要承担的保护的钢筋数量为N，每根钢筋的截面积S2，所确定的实验保护电流值为I，而实验钢筋结构的截面积为S1，则调整后的电流为：(I/S1)*S2*N。 

步骤S105，将调整后的电流作为外加电流提供给实际的钢筋阵列以作保护。 

通过调整得到当前钢筋阵列的最佳保护电流，将该电流作为外加电流提 供给实际的钢筋阵列以减缓或避免其腐蚀。 

与前面所介绍应用中的实现相接，对本实施例中所述的方法作简要的介绍，实现中需要的设施包括功率恒流源、保护组电源、数据采集模块和嵌入式系统B，其中嵌入式系统B包括A/D转换器、D/A转换器、数据通讯接口和MCU处理器，这些模块通过数据传输和电信连通构成整体，实现对实际钢筋阵列的保护。计算机将实验保护电流调整后通过无线通讯模块和数据通讯接口传送到MCU处理器，MCU处理器将接收到的电流转变成所需要施加的电压后，经D/A转换器得到的模拟电压输入到功率恒流源，由功率恒流源向钢筋阵列提供电流，达到保护的目的。 

进一步具体的，本实施例中所述的方法的一种具体实现中所包括的设施可参照图2，具体包括恒流源1、参比电极采样通道2、钢筋电位采样通道3、DAC电压驱动4、测试组电源5、A/D转换器6、D/A转换器7、MCU处理器8、数据通讯接口9、无线通讯模块10、计算机11、数据通讯接口12、MCU处理器13、D/A转换器14、A/D转换器15、保护组电源16、DAC电压驱动17、钢筋构件电位采样通道18、参比电极电位采样通道19、功率恒流源20等。 

MCU处理器8将设定的数字电压通过D/A转换器7，得到的模拟电压信号，输入到恒流源1，恒流源1为实验钢筋阵列提供电流，钢筋电位采集通道3和参比电极电位采集通道2分别采集钢筋电位和参比电极电位；采集到模拟电位由A/D转换器6转换后的数字信号，采用RS232通讯标准的数据通讯接口9和无线通信模块10将转换后的数字信号传输到计算机11上，接收到的数字信号可由上位机软件获得极化曲线。由极化曲线计算出拐点处的电流值，并将其通过无线通讯模块10和数据通讯模块12，传输给嵌入式的MCU处理器13，MCU处理器13将该电流转变成所需要施加的电压后，通过D/A转换器14后，将模拟电压输入到功率恒流源20，然后向实际保护组的钢筋阵列提供保护电流。 

实施例二： 

参照图3，示出了本发明的一种动态电流激励的钢筋结构保护装置的结构图，所述保护装置具体包括： 

获取单元301，用于获取实验钢筋结构的阴极电位和电流； 

构建单元302，用于根据所获取的电位和电流，构建钢筋结构的动态极化曲线； 

确定单元303，用于依据动态极化曲线，确定钢筋结构的实验保护电流； 

调整单元304，用于按照实际钢筋阵列的结构和截面积对实验保护电流进行调整； 

保护单元305，用于将调整后的电流作为外加电流提供给实际的钢筋阵列以作保护。 

优选的，所述获取单元301具体包括以下子单元： 

第一采集子单元3011，用于采集实验钢筋结构相对于参比电极的电位； 

第二采集子单元3012，用于采集参比电极自身的电位； 

处理子单元3013，用于将所采集的实验钢筋结构相对于参比电极的电位与采集参比电极自身的电位做差，获取实验钢筋结构的阴极电位； 

第三采集子单元3014，用于采集实验钢筋结构的阴极电流。 

优选的，所述确定单元所确定的钢筋的实验保护电流为极化率最大处所对应的电流；所述极化率为极化曲线的斜率。 

优选的，所述实际钢筋阵列的结构为平行分布、串行分布、串并混合分布或环形分布。 

优选的，所获取的实验钢筋结构的阴极电流，是在实验钢筋结构上施加预设电压值的情况下所采集的。 

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。 

以上对本发明所提供的一种动态电流激励的钢筋结构保护方法和装置 进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (6)

1.一种动态电流激励的钢筋结构保护方法，其特征在于，所述方法包括：

获取实验钢筋结构的阴极电位和电流；

根据所获取的电位和电流，构建钢筋结构的动态极化曲线；

依据动态极化曲线，确定钢筋结构的实验保护电流；

按照实际钢筋阵列的结构和截面积对实验保护电流进行调整；

将调整后的电流作为外加电流提供给实际的钢筋阵列以作保护；

所述获取实验钢筋结构的阴极电位和电流具体包括以下子步骤：

采集实验钢筋结构相对于参比电极的电位；

采集参比电极自身的电位；

将所采集的实验钢筋结构相对于参比电极的电位与采集参比电极自身的电位做差，获取实验钢筋结构的阴极电位；

采集实验钢筋结构的阴极电流，所获取的实验钢筋结构的阴极电流，是在实验钢筋结构上施加预设电压值的情况下所采集的。

2.根据权利要求1所述的保护方法，其特征在于：

所述钢筋的实验保护电流为极化率最大处所对应的电流；所述极化率为极化曲线的斜率。

3.根据权利要求1所述的保护方法，其特征在于：

所述实际钢筋阵列的结构为平行分布、串行分布、串并混合分布或环形分布。

4.一种动态电流激励的钢筋结构保护装置，其特征在于，所述装置包括：

获取单元，用于获取实验钢筋结构的阴极电位和电流；

构建单元，用于根据所获取的电位和电流，构建钢筋结构的动态极化曲线；

确定单元，用于依据动态极化曲线，确定钢筋结构的实验保护电流；

调整单元，用于按照实际钢筋阵列的结构和截面积对实验保护电流进行调整；

保护单元，用于将调整后的电流作为外加电流提供给实际的钢筋阵列以作保护。

所述获取单元具体包括以下子单元：

第一采集子单元，用于采集实验钢筋结构相对于参比电极的电位；

第二采集子单元，用于采集参比电极自身的电位；

处理子单元，用于将所采集的实验钢筋结构相对于参比电极的电位与采集参比电极自身的电位做差，获取实验钢筋结构的阴极电位；

第二采集子单元，用于采集实验钢筋结构的阴极电流，所获取的实验钢筋结构的阴极电流，是在实验钢筋结构上施加预设电压值的情况下所采集的。

5.根据权利要求4所述的保护装置，其特征在于：

所述确定单元所确定的钢筋的实验保护电流为极化率最大处所对应的电流；所述极化率为极化曲线的斜率。

6.根据权利要求4所述的保护装置，其特征在于：

所述实际钢筋阵列的结构为平行分布、串行分布、串并混合分布或环形分布。

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