CN102721642A

CN102721642A - 一种应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置

Info

Publication number: CN102721642A
Application number: CN2012102430166A
Authority: CN
Inventors: 卫军; 刘栋; 樊玲; 董荣珍; 陈文标
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明公开了一种应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置，该传感器装置由三个传感器构成，其中一个为能用于混凝土内部的参比电极传感器，第二个为能反应混凝土内部钢筋腐蚀状况的钢筋腐蚀监测电极传感器，最后一个为能用于混凝土内部的辅助电极传感器。参比电极传感器是以二氧化锰为主要材料的层状电极，钢筋腐蚀监测电极传感器是以埋置于混凝土内部的钢筋为主要材料的钢筋电极，辅助电极传感器为一种用铂丝制成的微型针状铂电极传感器。通过测试电极传感器之间的电信号来反应混凝土内钢筋的腐蚀状况，从而达到监测混凝土内部钢筋腐蚀状况的目的。

Description

一种应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置

技术领域

本发明涉及一种应用于混凝土内部的传感器装置，具体涉及一种埋置于混凝土内部监测混凝土内部钢筋腐蚀状况的传感器装置，特别是涉及一种应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置。

背景技术

混凝土内钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构耐久性不足的重要原因之一。因此，采用一种有效的监测手段，实时监测混凝土内部钢筋的腐蚀状况，达到实时了解服役钢筋的工作状态并采取相应的防范和补强措施的目的是十分必要的。

目前，市场上有几种监测钢筋腐蚀状况的传感器，其基本原理有依据混凝土电阻率来推测钢筋腐蚀情况的，也有依据钢筋腐蚀电位来判断钢筋腐蚀情况的。第一种方法不用连接钢筋来形成回路，操作简单，但判断依据比较粗糙，不能定量的来判断钢筋腐蚀的真实程度；另一种方法虽操作稍复杂，却能判断钢筋腐蚀的基本阶段，但依然不能定量的来判断钢筋的锈蚀率。

因此，研制一种新型的应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置已为急需。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单，能定量来判断钢筋腐蚀的真实程度的应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置，由三个传感器经第一环氧树脂和第二环氧树脂胶结而成，其中一个传感器是能用于混凝土构件中的参比电极传感器，所述的参比电极传感器是层状二氧化锰电极，所述的层状二氧化锰电极设置在PVC管内，所述的PVC管内从下往上依次灌装了水泥胶体、氢氧化钙混合胶体层、二氧化锰胶体层、石墨层和环氧树脂层，与外部电连接的第一铜导线从所述的PVC管上部穿过所述的环氧树脂层插入至所述的石墨层中；另一个传感器为钢筋腐蚀监测电极传感器，所述的钢筋腐蚀监测电极传感器为一钢筋电极，所述的钢筋电极的结构是：截取一段与埋置于混凝土内部的钢筋同型号的钢筋，所述的钢筋的顶面与第二铜导线连接且侧面和顶面包裹有第三环氧树脂、所述的钢筋的底面裸露于所述的第三环氧树脂外；最后一个传感器为辅助传感器，所述的辅助传感器的结构是：铂丝与第三铜导线焊接、其焊接位置包裹有第四环氧树脂且所述的铂丝露出于所述的第四环氧树脂外。

所述的水泥胶体层是由水泥与蒸馏水按质量比范围为2.5～1.7:1比例混合的胶体充填在所述的PVC管1的底部制成。

所述的氢氧化钙混合胶体层是由氢氧化钙和蒸馏水按质量比范围为0.5～1:1混合后，在所述的水泥胶体层上填充一定质量的混合胶体硬化后形成。

所述的二氧化锰混合胶体层是由二氧化锰、氢氧化钙和蒸馏水按二氧化锰、氢氧化钙和水的质量比范围为：100:1:15～100:5:20混合后，在所述的氢氧化钙混合胶体层上硬化后形成。

所述的石墨层是由高纯度的石墨散体压实后形成。

所述的钢筋的长度为1cm。

所述的铂丝的直径为0.5mm、长度1cm。

采用上述技术方案的应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置，水泥胶体层是该参比电极传感器的首层，用来传导电极反应的离子，导通电极；水泥胶体层上面是氢氧化钙混合胶体层，该层是由氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠和蒸馏水按一定质量比混合后，在水泥胶体层上填充一定质量的混合胶体硬化后形成，该层的主要目的是导通电极，并使电极反应离子通过首层较好的过渡到电极反应主要区；氢氧化钙混合胶体层上面为二氧化锰混合胶体层，该层是由氢氧化钙和蒸馏水按一定质量混合后，在氢氧化钙混合胶体层上填充一定质量的混合胶体硬化后形成，该层为电极反应的发生区，是该传感器电极的主要部分。二氧化锰混合胶体层上面为石墨层，该层是由高纯度的石墨散体压实后形成，主要目的是通过在该层插入导线来导通电极，防止导线直接插入二氧化锰胶体层引起腐蚀，影响传感器的长期性；石墨层上面为环氧树脂层，主要目的是用来封装电极。

钢筋腐蚀监测电极传感器使用与埋置于混凝土内部同型号的钢筋经过切割、打磨，然后与铜导线焊接后形成焊点，包裹环氧树脂研制而成。这样制成的钢筋腐蚀监测电极传感器不仅具有与埋置于混凝土内部使用的钢筋相同的化学性能，且能通过与使用钢筋同时埋置达到同步监测混凝土内部使用钢筋腐蚀性能的目的。

辅助传感器为直径0.5mm、长度1cm的铂丝与铜导线焊接，焊接形成焊点，再在焊点附近位置包裹环氧树脂研制而成。这样制成的针状铂丝电极传感器符合电化学三电极测试体系中辅助电极要求，能用来测试钢筋电极的腐蚀电流。

综上所述，本发明由能用于混凝土内部的参比电极传感器、能反应混凝土内部钢筋腐蚀状况的钢筋腐蚀监测电极传感器和能用于混凝土内部的辅助电极传感器组成，通过测试电极传感器之间的电信号来反应混凝土内钢筋的腐蚀状况，操作简单，能够获得腐蚀钢筋的腐蚀电流密度，从而达到监测混凝土内部钢筋腐蚀状况的目的。

附图说明

图1为钢筋腐蚀监测传感器装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明如图1所示，应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置由三个传感器经第一环氧树脂11和第二环氧树脂16胶结而成，其中一个传感器是能用于混凝土构件中的参比电极传感器，参比电极传感器是层状二氧化锰电极，层状二氧化锰电极设置在PVC管1内，PVC管1内从下往上依次灌装了水泥胶体2、氢氧化钙混合胶体层3、二氧化锰胶体层4、石墨层5和环氧树脂层6，与外部电连接的第一铜导线7从PVC管1上部穿过环氧树脂层6插入至石墨层5中；另一个传感器为钢筋腐蚀监测电极传感器，钢筋腐蚀监测电极传感器为一钢筋电极，钢筋电极的结构是：截取一段与埋置于混凝土内部的钢筋同型号的钢筋8，钢筋8的顶面与与外部电连接的第二铜导线18连接且侧面和顶面包裹有第三环氧树脂9、钢筋8的底面裸露于第三环氧树脂9外；最后一个传感器为辅助传感器，辅助传感器的结构是：铂丝13与与外部电连接的第三铜导线15焊接、其焊接位置包裹有第四环氧树脂17且铂丝13露出于第四环氧树脂17外，钢筋腐蚀监测电极传感器与辅助传感器由第一环氧树脂11胶结而成，参比电极传感器与钢筋腐蚀监测电极传感器经第二环氧树脂16胶结而成。

水泥胶体层2是由水泥与蒸馏水按质量比范围为2.5～1.7:1比例混合的胶体充填在PVC管1的底部制成。

氢氧化钙混合胶体层3是由氢氧化钙和蒸馏水按质量比范围为0.5～1:1混合后，在水泥胶体层2上填充一定质量的混合胶体硬化后形成。

二氧化锰混合胶体层4是由二氧化锰、氢氧化钙和蒸馏水按二氧化锰、氢氧化钙和水的质量比范围为：100:1:15～100:5:20混合后，在氢氧化钙混合胶体层3上填充一定质量的混合胶体硬化后形成。

石墨层5是由高纯度的石墨散体压实后形成。

环氧树脂层6主要目的是用来封装电极。

钢筋腐蚀监测电极传感器使用与埋置于混凝土内部钢筋同型号的长度为1cm的钢筋8经过切割和打磨，然后经过切割和打磨后的钢筋8与第二铜导线12焊接后形成焊点10，包裹第三环氧树脂9制成。

辅助传感器为截取直径0.5mm、长度1cm的铂丝13与第三铜导线15焊接，焊接形成焊点14，再在焊点14附近位置包裹第四环氧树脂17制成。

参见图1，该传感器体系的参比电极传感器制作过程为：

图1中PVC管1采用器械割取4cm长PVC管，用二次蒸馏水洗净、静置使其干燥。

图1中水泥胶体层2采用电子天平称取一定质量的水泥浆体(水泥和水的质量比范围为2.5～1.7:1)，用其充填PVC管1的底部层，室温养护一天，形成水泥胶体层2。

图1中氢氧化钙胶体层3为氢氧化钙和蒸馏水按一定质量比(氢氧化钙和水的质量比范围为0.5～1:1)。在水泥胶体层2制作一天后，用电子天平称取确定质量的氢氧化钙，氢氧化钾，氢氧化钠和二次蒸馏水的浆体充填PVC管1的水泥胶体层2以上0.5cm的空间，形成氢氧化钙胶体层3。

图1中二氧化锰混合胶体层4为二氧化锰、氢氧化钙和蒸馏水按二氧化锰、氢氧化钙和水的质量比范围为：100:1:15～100:5:20混合而成。在氢氧化钙，氢氧化钾、氢氧化钠和二次蒸馏水的氢氧化钙胶体层3制作好一天后，用电子天平称取确定质量的氢氧化钙、二氧化锰和蒸馏水的混合胶体充填PVC管1的氢氧化钙胶体层3以上0.5cm的空间，形成二氧化锰混合胶体层4。

图1中石墨层5为在二氧化锰混合胶体层4制作一天后，用电子天平称取确定质量，纯度为99.999%石墨充填PVC管1的二氧化锰混合胶体层4以上0.5cm的空间，形成石墨层5。

图1中环氧树脂层6为在石墨层5制作好之后，用环氧树脂封装PVC管1的顶部，形成环氧树脂层6。

第一铜导线7在石墨层5制作好之后，将准备好的第一铜导线7从参比传感器的石墨层5插入，然后用环氧树脂层6封装传感器。

该钢筋腐蚀监测电极传感器是截取与埋置于混凝土构件内部相同型号的钢筋的一段，其具体制作过程为：

图1中钢筋电极为直径4mm、长度为1cm的钢筋8。

截取与埋置于混凝土构件内部相同型号的钢筋1cm长，该钢筋直径为6mm，经切割机切割好后打磨掉钢筋表面的油污和杂质，打磨好后用酒精洗净，制成钢筋8腐蚀监测电极传感器的电极部位。钢筋8腐蚀监测电极传感器电极部位与铜导线12通过焊接焊点10连接，制成钢筋腐蚀监测电极传感器，把制作好的钢筋腐蚀监测传感器电极用环氧树脂9包裹住焊锡部位，露出钢筋腐蚀监测传感器电极的底部，其暴露的底部还需使用金相砂纸细磨，确保底部光滑。

截取直径为0.5mm的铂丝1cm长，用酒精洗净，制成辅助传感器的针状的铂丝电极部位，铂丝13与第三铜导线15通过焊锡形成焊点14连接，制成辅助传感器，把制作好的辅助传感器用第四环氧树脂17包裹住焊锡部位，露出辅助传感器的一截铂丝13，长度大约0.5mm。

参比电极传感器可对混凝土内部使用钢筋的腐蚀状况进行长期监测而不损伤混凝土构件，应用于结构工程中混凝土结构的耐久性检测和健康监测。

表1为钢筋腐蚀监测传感器装置在PH=12的混凝土模拟溶液配置的氯离子浓度分别为0.004mol/L、0.008mol/L、0.01mol/L、0.02mol/L四种溶液中测试钢筋腐蚀电流密度数据表。

表1钢筋腐蚀监测传感器测试钢筋腐蚀电流密度表

Claims

1.一种应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置，由三个传感器经第一环氧树脂（11）和第二环氧树脂（16）胶结而成，其特征在于：其中一个传感器是能用于混凝土构件中的参比电极传感器，所述的参比电极传感器是层状二氧化锰电极，所述的层状二氧化锰电极设置在PVC管（1）内，所述的PVC管（1）内从下往上依次灌装了水泥胶体（2）、氢氧化钙胶体层（3）、二氧化锰胶体层（4）、石墨层（5）和环氧树脂层（6），与外部电连接的第一铜导线（7）从所述的PVC管（1）上部穿过所述的环氧树脂层（6）插入至所述的石墨层（5）中；另一个传感器为钢筋腐蚀监测电极传感器，所述的钢筋腐蚀监测电极传感器为一钢筋电极，所述的钢筋电极的结构是：截取一段与埋置于混凝土内部的钢筋同型号的钢筋（8），所述的钢筋（8）的顶面与与外部电连接的第二铜导线（18）连接且侧面和顶面包裹有第三环氧树脂（9）、所述的钢筋（8）的底面裸露于所述的第三环氧树脂（9）外；最后一个传感器为辅助传感器，所述的辅助传感器的结构是：铂丝（13）与与外部电连接的第三铜导线（15）焊接、其焊接位置包裹有第四环氧树脂（17）且所述的铂丝（13）露出于所述的第四环氧树脂（17）外。

2.根据权利要求1所述的应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置，其特征在于：所述的水泥胶体层（2）是由水泥与蒸馏水按质量比范围为2.5～1.7:1比例混合的胶体充填在所述的PVC管（1）的底部制成。

3.根据权利要求1或2所述的应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置，其特征在于：所述的氢氧化钙胶体层（3）是由氢氧化钙和蒸馏水的质量比范围为0.5～1:1混合后，在所述的水泥胶体层（2）上填充一定质量的混合胶体硬化后形成。

4.根据权利要求1或2所述的应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置，其特征在于：所述的二氧化锰混合胶体层（4）是由二氧化锰、氢氧化钙和蒸馏水按二氧化锰、氢氧化钙和水的质量比范围为：100:1:15～100:5:20混合后，在所述的氢氧化钙胶体层（3）上硬化后形成。

5.根据权利要求1或2所述的应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置，其特征在于：所述的石墨层（5）是由高纯度的石墨散体压实后形成。

6.根据权利要求1或2的应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置，其特征在于：所述的钢筋（8）的长度为1cm。

7.根据权利要求1或2的应用于混凝土内部长期监测钢筋腐蚀状况的传感器装置，其特征在于：所述的铂丝（13）的直径为0.5mm、长度1cm。