CN103344681A - 混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，包括接头、定位器、夹具和导电棒；接头包括外套筒及导电块，外套筒固定于所述的定位器，定位器固定连接夹具；导电块内装于所述的外套筒，导电块与导电棒、夹具都电联接。本发明装置结构简单、安装简便，其安装后，在结构物服役期间，通过插入导电棒实现与钢筋间的电连通，借助电化学检测设备，可使用多种电化学测试方法对混凝土内部钢筋的电化学进行测试或除氯修复处理，获得丰富的电化学参数，准确掌握钢筋锈蚀状态；整个操作过程简便快速，无需预先对混凝土保护层进行破损处理，节约了结构物的后期检测费用，且不影响钢筋的耐久性。

Description

混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置

技术领域

本发明属于土木工程混凝土结构耐久性检测的技术领域，具体涉及一种混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，该装置主要用于混凝土中钢筋电化学的检测或修复。

背景技术

混凝土结构耐久性是指混凝土结构及其构件，在可预见的工作环境及材料内部因素的作用下，在预期的使用年限内抵抗大气影响、化学侵蚀和其他劣化过程，而不需要花费大量资金维修，也能保持其安全性和适用性的功能。然而，随着时间的推移和环境的急剧恶化，钢筋混凝土结构暴露出了越来越严重的耐久性问题，特别是由环境引起的钢筋腐蚀，己成为威胁建筑工程项目安全的最主要和最普遍的病害，它造成的直接和间接损失之大，远远超出人们的意料。1989年，建设部科技发展司混凝土结构耐久性综合调查组对北京、西宁、贵阳和杭州的一些建筑物进行了调查，结果表明，新中国成立初期的建筑均已达到必须大修的状态，现有大多数工业建筑不能满足安全、经济实用50年的要求，一般使用25～30年就需要大修加固。在某些化工和冶金工业建筑中，最严重时，刚建成的厂房尚未使用就需废弃，有的使用2～3年后就丧失工作能力，有的在使用10～20年后，为保持工作性能而消耗的维修、加固费用，早已超过结构造价本身。1994年铁路秋检统计，在全国共有6137座铁路桥存在着不同程度的损伤，占铁路桥总数的18.8%。2002年底我国共有公路危桥9597座，达323451米，每年实际维修费用为38亿元；钢筋混凝土铁路桥梁为37000多座，其中20％存在耐久性问题。在我国沿海地区，处于水位变动区的混凝土结构中钢筋锈蚀引起的破坏相当严重。天津港码头上部结构在使用十几年后，就出现不同成程度的锈蚀破损、保护层严重剥离或脱落等现象。

对钢筋锈蚀的正确检测与评价可以对构件的剩余使用寿命和可能的维修提供十分重要的数据和建议。目前常用的非破损检测方法有分析法、物理法和电化学方法。混凝土中钢筋锈蚀是一个电化学过程，电化学测量是反映其本质过程的有力手段，与分析法或物理法相比，电化学方法还有测试速度快、灵敏度高、可连续跟踪和原位检测等优点，因而电化学检测方法得到了很大的重视和发展。在实验室已成功地用于检测混凝土试样中钢筋的锈蚀状态和瞬时锈蚀速率。电化学方法是混凝土中钢筋锈蚀无损检测的发展方向。混凝土中钢筋锈蚀的电化学检测方法主要有半电池电位、交流阻抗谱技术和极化测量技术等。恒电量法、电化噪声法、谐波法等也在发展中，但用于现场检测尚不多。

然而，钢筋锈蚀检测的电化学测试方法都需要与混凝土内部钢筋实现电联接，现有的技术方案，都是先凿除混凝土保护层，露出钢筋，然后再通过导线将钢筋与测试设备相连接，以满足检测需求。该技术方案的不足之处在于：①对混凝土损伤很大，虽然后期会对破损处进行封补，但新老混凝土交界面粘结强度会显著降低，不利于结构受力。②新老混凝土交界面的渗透性会显著增大，促进了外界腐蚀介质的侵蚀，极大的影响了混凝土结构的耐久性。③采用现有的技术方案，后期维护成本大大提高，尤其是针对一些施工不便部位的检测，采用现有的技术方案会大大增加施工难度，不易控制施工质量。

发明内容

为解决上述现有技术中所存在的缺陷，本发明提供了一种混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，通过在施工阶段安装该装置，使得服役期间无需对混凝土进行破损，便可简便、快速地对混凝土内部钢筋进行电化学检测。进一步地，当检测发现结构需要进行耐久性修复以提升结构使用寿命时，也可利用该装置进行电化学修复。

本发明所采用的技术方案具体如下：混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，包括接头（1）、定位器（2）、夹具（3）和导电棒（4）；接头（1）包括外套筒（101）及导电块（103），外套筒（101）固定于定位器（2），定位器（2）固定连接夹具（3）；导电块（103）内装于外套筒（101），导电块（103）与导电棒（4）、夹具（3）都电联接。

优选的，导电块（103）与外套筒（101）之间装入一绝缘垫层（102）。设于外套筒内的绝缘垫层，可以使导电块无法通过外套筒、混凝土与夹具构成电流回路，从而有效防止夹具以及夹具所夹持的钢筋发生阳极锈蚀。

优选的，导电棒（4）插入外套筒（101）的空腔。

优选的，定位器（2）形成定位孔（6），定位孔（6）固定接头的外套筒（101）。

优选的，导电块（103）固定连接导电头（104），导电块（103）通过导电头（104）与导电棒（4）电联接。

优选的，导电棒（4）开有导电孔（401），导电孔的孔壁设有弹簧片（402），弹簧片（402）夹紧导电头（104）。导电头与导电棒的电联接方式，可以通过采用前述的弹簧片结构，来牢牢夹紧弹簧片，以确保导电棒与导电块之间形成稳定的电流回路。

优选的，夹具（3）由两个相对称的半圆夹片通过螺栓连接而成，用于夹紧待检测钢筋；其中，一个夹片（301）与定位器（2）固定相连，另一个夹片（302）开有第二导线连接孔（303）；导电块（103）开有第一导线连接孔（107），第一导线连接孔（107）通过导线与第二导线连接孔（303）电联接。夹具采用前述结构形式，安装便捷，且能够有效夹持待检测的钢筋，有利于钢筋的电化学检测和修复。

优选的，外套筒（101）插接导电棒（4）的一端嵌装第一密封盖（105），第一密封盖（105）采用耐腐蚀的铁磁性材料制成，以便于后期初次检测时的定位；若外套筒的材料选用高性能工程塑料，外套筒内的绝缘垫层也可忽略不用。外套筒（101）的另一端密封安装第二密封盖（106）。第一密封盖采用嵌装方式，便于后期电化学检测时的拆卸。

优选的，导电块（103）与第二密封盖（106）之间的外套筒（101）空腔内封装有环氧树脂。导电块底部通过导线经由导电块下方的空腔引出外套筒的外面，并且与夹具电连通。

优选的，外套筒（101）的外壁加工有肋形纹路，以增强外套筒的外表面与混凝土间的粘结性能。同样的，外套筒的外径应至少大于2cm，壁厚也应至少大于2cm。

优选的，导电棒（4）的外端连接有固定螺杆（5）；将本发明装置预埋后，外露固定螺杆，使其可以通过导线连接电化学检测设备，也可用于将电化学修复电解液储存装置进行螺栓固定。

优选的，导电棒（4）的外壁与外套筒（101）的内壁通过螺纹连接。由于导电棒是后插入式，所以采用前述螺纹连接、尺寸匹配方式，使得当导电棒插入到外套筒后，能与导电头形成可靠有效的电联接。

本发明中，定位器前端的定位孔的孔径，应与外套筒的尺寸相配合，使得外套筒插入定位孔后，能精确调节第一密封盖外表面与混凝土模板之间的距离；夹具的尺寸（即半圆的夹片大小）可以视钢筋直径大小进行调整，以确保与钢筋之间形成可靠的电联接。

本发明中，导电块应由耐腐蚀性好、导电性高的材料制成；定位器的材料可以选用耐腐蚀性强、强度高的工程塑料，使外套筒与定位器绝缘；若外套筒的材料选用高性能工程塑料，则定位器的材料也可选用金属，材质与钢筋的材质相同即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，其具有结构简单、安装简便的优点；其安装后，在结构物服役期间，通过插入导电棒实现与钢筋间的电连通，借助电化学检测设备，可使用多种电化学测试方法对混凝土内部钢筋的电化学进行测试或除氯修复处理，获得丰富的电化学参数，准确掌握钢筋锈蚀状态；整个操作过程简便快速，无需预先对混凝土保护层进行破损处理，节约了结构物的后期检测费用，且不影响钢筋的耐久性。

当检测结果表明混凝土内部钢筋已经发生锈蚀，通过本发明提供的装置，可对钢筋进行再钝化处理或阴极保护处理；当检测结果表明混凝土受氯离子侵蚀严重时，通过本发明提供的装置，可对混凝土保护层进行电化学除氯处理，对已锈蚀的钢筋进行再钝化、阴极保护或双向电渗处理；通过上述修复处理后，能显著提升混凝土结构使用寿命，有效避免因结构提前失效而引起的巨大经济损失。

附图说明

图1为本发明混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置的外形结构示意图。

图2为图1中接头部分的剖面结构示意图。

图3为图1中导电棒部分的剖面结构示意图。

图4为图1中定位器部分的剖面结构示意图。

图5为图1中定位器部分的俯视结构示意图。

图6为采用本发明装置进行钢筋半电池电位分布检测的示意图。

图7为半电池电位检测实物图。

图8为电阻率测试实物图。

图9为采用本发明装置进行混凝土电化学除氯的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。

如图1所示，本实施例混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置包括接头1、定位器2、夹具3及导电棒4，接头1的外形呈直棒状，其外壁固定连接定位器2，定位器2用于固定接头1，定位器2的一端连接有夹具3；接头1的一端电联接导电棒4。

如图2所示，接头1包括外套筒101、绝缘垫层102、导电块103、导电头104、第一密封盖105和第二密封盖106，其中，外套筒101呈中通状，其外壁加工有肋形纹路；绝缘垫102、导电块103和导电头104处于其内，绝缘垫102装于外套筒101的内壁与导电块103的外壁间，绝缘垫层102的外侧螺纹与外套筒101内壁螺纹相吻合而螺纹连接，绝缘垫层102的内侧螺纹与导电块103的外侧螺纹相吻合而螺纹连接。

第一密封盖105内嵌安装于外套筒101的顶端，第二密封盖106密封于外套筒101的底端，两密封盖将外套筒105的两份端口密封住。

导电块103的顶端固定有导电头104，导电头104与导电棒4电联接。在导电块103的底端，设有第一导线连接孔107，导线从第一导线连接孔107处、经由导电块103下方的空腔及第二密封盖106引出外套筒101外，与夹具3相连接，然后用环氧树脂填充封装于外套筒101内的空腔，再将第二密封盖106对外套筒101的底端密封。

如图3所示，在结构服役期间，对钢筋检测时，卸下第一密封盖105，将导电棒4插入外套筒101中（导电块103上方的空腔内）而与导电头104电联接，导电棒4为后插入式，导电棒4的外壁螺纹与外套筒101的内壁螺纹相吻合，两者间的连接关系为螺纹连接；且导电棒4的大小与导电块103上方的空腔大小相配合，以确保两者间能够紧密连接。

导电棒4的底端开有导电孔401，导电孔401的孔径与导电头104的尺寸相配合；导电孔401的孔壁固定有用于夹紧导电头104的弹簧片402，以确保导电棒4与导电块103之间形成有效的电连通。

导电棒4的顶端连接有固定螺杆5，固定螺杆5在本发明装置预埋后外露，可通过导线连接至电化学检测设备，也可用于将电化学修复电解液储存装置进行螺栓固定。

如图4、5所示，定位器2的一端设有定位孔6，将接头1插入定位器2的定位孔6而固定，外套筒101的外壁螺纹与定位孔6的内壁螺纹相吻合（即定位孔6的孔径与外套筒101的尺寸相配合），两者间的连接关系为螺纹连接，旋转接头1即可精确定位。

定位器2的另一端连接有夹具3，夹具3为两个对称、半圆的夹片（即第一夹片301和第二夹片302），第一夹片301与定位器2固定相连，连接后，应确保第一夹片301纵向与定位孔6所在方向相垂直；第二夹片302上设有第二导线连接孔303，如前所述导电块103的底端设有第一导线连接孔107，因此，导线从第一导线连接孔107处、经由导电块103下方的空腔引出外套筒101外，与第二导线连接孔303相连接，使得夹具3与导电块103之间形成电联接。与此同时，用紧固螺栓，在第一夹片301和第二夹片302之间夹紧待检测的钢筋，为确保夹具3与钢筋之间的电连通有效，第一夹片301和第二夹片302的尺寸可以视钢筋尺寸进行调整，使得夹片内径略小于钢筋直径，以确保安装后定位孔6所在的平面与模板相平行。最后，浇注混凝土，将本发明装置预埋。

材料方面，外套筒101、导电块103和第二密封盖106选用钛合金材料，绝缘垫层102和定位器2选用有机玻璃材料，第一密封盖105选用钕铁硼永磁铁材料，夹具3选用碳钢，导电棒4选用316不锈钢。若外套筒101选用高性能工程塑料，则绝缘垫层102可略去，此时定位器2的材料也选用金属，材质应与待检测的钢筋材质相同。

以下为本发明装置的工程应用列举：

实际工程中，利用本发明提供的混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置A，可以实施以下电化学检测或修复工程（但不限于此）

（1）钢筋锈蚀状态检测

如前所述，预埋本发明装置A，在结构服役期间对钢筋检测时，由于第一密封盖105具有强磁性，可通过磁性检测设备精确定位接头1的位置，打磨、去除第一密封盖105表面的水泥浆，卸下第一密封盖105，将导电棒4插入外套筒101中、导电块103上方的空腔内，使导电棒4与钢筋9形成有效电连通。

如图6所示，使用钢筋锈蚀检测仪CANIN+7进行检测，将锈蚀仪7连接钢筋的导线与导电棒4顶端的固定螺杆5相连接，从而实现锈蚀仪与钢筋间的电连通。10为混凝土。

如图7所示，将与锈蚀仪7连接的参比电极8置于混凝土表面钢筋所对应的位置处，读取该点的钢筋电位值。

如图8所示，采用配套的测试混凝土电阻探头，对测试点附近混凝土电阻率进行测试，结合电阻率及电位测试结果，可得到钢筋的锈蚀状况分布。

此外，选择其他电化学测试设备，利用本发明装置与钢筋电连通后，也可实现对钢筋腐蚀电流密度、交流阻抗谱、极化曲线等电化学信息参数的测试。

（2）混凝土电化学除氯修复处理

同样的，如前所述预埋本发明装置，在结构服役期间对钢筋检测时，由于第一密封盖105具有强磁性，可通过磁性检测设备精确定位接头1的位置，打磨、去除第一密封盖105表面的水泥浆，卸下第一密封盖105，将导电棒4插入外套筒101中、导电块103上方的空腔内，使导电棒4与钢筋形成有效电连通。

如图9所示，通过外露的固定螺杆5和配套螺栓，借助绝缘的电解槽固定装置12将电解槽14牢牢固定于混凝土表面，并在电解槽四周使用玻璃胶进行密封；将外电源阳极引线与通过电解槽顶部预留孔与电解槽中的集流钛网相连接，阴极引线与预埋接头的固定螺杆5相连接；通过电解槽顶部预留孔，将电解液注入电解槽，并检查电解槽密封状况；打开电源以设计电流的10%～20%试通电；试通电正常后，缓慢调节电流使其达到电流的设计值，进行持续通电；当电流变得很小时，通电结束；检测混凝土内部氯离子浓度分布，并与处理前的氯离子浓度进行对比，评价除氯效果。图6-9中，10为混凝土，11为外电源，13为集流钛网。

本领域的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变形都将落在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，其特征在于，包括接头（1）、定位器（2）、夹具（3）和导电棒（4）；所述的接头（1）包括外套筒（101）及导电块（103），外套筒（101）固定于所述的定位器（2），定位器（2）固定连接所述的夹具（3）；所述的导电块（103）内装于所述的外套筒（101），所述的导电块（103）与所述的导电棒（4）、夹具（3）都电联接。

2.根据权利要求1所述的混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，其特征在于，所述的导电块（103）与外套筒（101）之间装入一绝缘垫层（102）。

3.根据权利要求1所述的混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，其特征在于，所述的导电棒（4）插入所述外套筒（101）的空腔。

4.根据权利要求1-3任一项所述的混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，其特征在于，所述的定位器（2）形成定位孔（6），定位孔（6）固定所述接头的外套筒（101）。

5.根据权利要求1-3任一项所述的混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，其特征在于，所述的导电块（103）固定连接导电头（104），所述的导电块（103）通过导电头（104）与所述的导电棒（4）电联接。

6.根据权利要求5所述的混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，其特征在于，所述的导电棒（4）开有导电孔（401），导电孔的孔壁设有弹簧片（402），弹簧片（402）夹紧所述的导电头（104）。

7.根据权利要求4所述的混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，其特征在于，所述的夹具（3）由两个相对称的半圆夹片通过螺栓连接而成，用于夹紧待检测钢筋；其中，一个夹片（301）与所述的定位器（2）固定相连，另一个夹片（302）开有第二导线连接孔（303）；所述的导电块（103）开有第一导线连接孔（107），第一导线连接孔（107）通过导线与第二导线连接孔（303）电联接。

8.根据权利要求1-3任一项所述的混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，其特征在于，所述的外套筒（101）插接导电棒（4）的一端嵌装第一密封盖（105），第一密封盖（105）采用耐腐蚀的铁磁性材料制成；外套筒（101）的另一端密封安装第二密封盖（106）。

9.根据权利要求8所述的混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，其特征在于，导电块（103）与第二密封盖（106）之间的外套筒（101）空腔内封装有环氧树脂。

10.根据权利要求1-3任一项所述的混凝土中钢筋电化学检测或修复用的预埋式装置，其特征在于，所述的外套筒（101）的外壁加工有肋形纹路；

或者，所述的导电棒（4）的外端连接有固定螺杆（5）；

或者，所述导电棒（4）的外壁与所述外套筒（101）的内壁通过螺纹连接。

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