CN104655552A - 在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置，包括监测终端箱，混凝土圆柱形结构的原位实体芯样，公共高电位参比电极，四至十个钢筋段电极以及集成信号线；公共高电位参比电极轴向设置于所述原位实体芯样的中心，钢筋段电极在轴向方向呈螺旋状依次等距排列，并沿原位实体芯样的外周呈等角度辐射状设置，公共高电位参比电极和钢筋段电极通过集成信号线与监测终端箱信号连接。其优点是结构简单，安装方便，理论可靠；通过从在役海工混凝土结构中获取原位实体芯样，在芯样上安装电极后原位装回，最终通过监测终端箱长期的动态获取在役海工混凝土的电学、电化学参数，从而实现对在役海工混凝土结构的监测。

Description

在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置及方法

技术领域

本发明涉及混凝土配筋腐蚀进程监测技术领域，尤其指对于在役海工混凝土配筋腐蚀进程的监测，具体地说是在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置及方法。

背景技术

随着经济的持续增长, 我国正以前所未有的巨大投资进行着历史上规模最大的基础设施建设, 就浙东沿海而言,已经建成的有杭州湾跨海大桥, 舟山跨海大桥, 宁波-舟山港建设工程等等, 而海洋环境混凝土结构的耐久性能否过关, 工程寿命能否达到设计要求, 是摆在我们面前的重大现实问题。

在役海工混凝土结构耐久性下降的主要原因是配筋因氯离子的侵入而腐蚀膨胀。大量调查表明：处于沿海浪溅区的梁板, 水位变动区的柱, 发生顺筋胀裂的时间往往不到10年。现在普通认可的能够解决海洋环境混凝土结构耐久性问题的解决方案是“耐久性再设计”,“耐久性再设计”可靠、经济，而实施“耐久性再设计” 解决方案的前提就是动态获得结构原位实体耐久性关键参数的信息反馈。

鉴于混凝土结构耐久性不足所带来的严重经济损失和资源浪费, 国内外研究人员经过几十年的不懈努力,开发了不少监测混凝土结构中钢筋锈蚀的装置与方法。但是, 由于问题的复杂性, 目前一般还只能在设计施工阶段预埋各类传感装置获取直接或间接锈蚀监测信号，但是对于已经建成的基础设施混凝土结构工程则尚缺乏相应的监测手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供结构简单，安装方便的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置及方法，其监测方法简单、易行，通过从在役海工混凝土结构中获取监测芯样，再微创安装上电极后原位装回，即所谓原位实体，不影响所在微环境及其所处应力状态，而后进行长期无损监测，动态获取在役海工混凝土的电学、电化学参数。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置，包括内含与高阻抗钢筋锈蚀测量仪相匹配耦合接头或远程信号发送器的监测终端箱，还包括混凝土圆柱形结构的原位实体芯样，公共高电位参比电极，四至十个钢筋段电极以及集成信号线；所述的公共高电位参比电极轴向设置于所述原位实体芯样的中心；所述的钢筋段电极在轴向方向呈螺旋状依次等距排列，并沿原位实体芯样的外周呈等角度辐射状设置；所述的公共高电位参比电极和钢筋段电极通过集成信号线与监测终端箱信号连接。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

上述的公共高电位参比电极通过参比电极信号线与所述监测终端箱信号连接，公共高电位参比电极的端部轴向开设信号线孔,参比电极信号线插置于该信号线孔内，并通过设置于所述公共高电位参比电极侧壁上的等电位螺钉固定。

上述的钢筋段电极分别通过钢筋段电极信号线与所述监测终端箱信号连接，钢筋段电极信号线沿所述原位实体芯样的外壁固定。

上述的钢筋段电极在轴向方向等距排列的间距小于或者等于10mm。

上述的公共高电位参比电极为铂制电极。

在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置的监测方法，包括以下步骤：

步骤一、从在役海工混凝土上获得原位实体芯样，然后在原位实体芯样上开设与公共高电位参比电极、钢筋段电极相适配的安装孔，并将各个电极安装到对应的安装孔内，连接集成信号线，并将集成信号线引出；

步骤二、集成信号线的引出端焊接监测端头信号连接点，并用绝缘环氧封口保护；

步骤三、将安装完电极的原位实体芯样原位安装到在役海工混凝土的取芯位置，并用结构胶对取芯位置进行应力传递和保护处理；

步骤四、用监测终端箱中的耐久性数据采集监测仪依次测量钢筋段电极的电阻抗、腐蚀电流和腐蚀电位势，并保存数据待分析时使用；

步骤五、对采集的信号数据进行滤噪、修正和数学拟合，并与钢筋脱钝预研复合判据进行比对分析，得出工程耐久性预警结论。

上述的步骤一中，在各个电极安装到对应的安装孔内前，在安装孔内喷涂石墨粉。

上述的步骤一中，集成信号线与各个电极的连接处用绝缘环氧封口，引出部分用环氧胶固定。

上述的步骤三中，在将原位实体芯样原位安装到在役海工混凝土的取芯位置前，先在实验室中对各个电极的工作性态进行检测率定。

与现有技术相比，本发明的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置，在圆柱形结构的原位实体芯样上设置公共高电位参比电极和钢筋段电极，公共高电位参比电极轴向设置于所述原位实体芯样的中心，钢筋段电极在轴向方向螺旋状依次排列，并沿原位实体芯样的外周呈辐射状设置，钢筋段电极在轴向方向等距排列；本原位实体监测装置结构简单，安装方便，其监测方法理论成熟。

本监测装置通过从在役海工混凝土结构中获取原位实体芯样，并在该原位实体芯样上安装上电极，然后再通过结构胶的应力传递将原位实体芯样原位装回在役海工混凝土结构中，最终通过监测终端箱长期的动态获取在役海工混凝土的电学、电化学参数，从而实现对在役海工混凝土结构的监测。后续通过获得的监测数据，分析判断在役海工混凝土结构的配筋腐蚀状况，做出动态预报，以便及时做出维护方案，保证在役海工混凝土结构的安全运行，更有助于海工混凝土结构使用寿命的提高。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明的原位实体芯样原位安装回在役海工混凝土结构的结构示意图；

图4是本发明第六钢筋段电极安装于原位实体芯样上的结构示意图；

图5是图1中公共高电位参比电极与参比电极信号线相连接的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

图1至图5为本发明的结构示意图。

其中的附图标记为：监测终端箱1、原位实体芯样2、公共高电位参比电极3、信号线孔31、等电位螺钉32、第一钢筋段电极41、第二钢筋段电极42、第三钢筋段电极43、第四钢筋段电极44、第五钢筋段电极45、第六钢筋段电极46、集成信号线5、参比电极信号线51、钢筋段电极信号线52。

如图1至图5所示，

本发明的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置，包括内含与高阻抗钢筋锈蚀测量仪相匹配耦合接头或远程信号发送器的监测终端箱1，其特征是：还包括混凝土圆柱形结构的原位实体芯样2，公共高电位参比电极3，四至十个钢筋段电极以及集成信号线5；所述的公共高电位参比电极3轴向设置于所述原位实体芯样2的中心，所述的钢筋段电极在轴向方向呈螺旋状依次等距排列，并沿原位实体芯样2的外周呈等角度辐射状设置，所述的公共高电位参比电极3和钢筋段电极通过集成信号线5与监测终端箱1信号连接。

实施例中，钢筋段电极采用六个，分别为第一钢筋段电极41、第二钢筋段电极42、第三钢筋段电极43、第四钢筋段电极44、第五钢筋段电极45和第六钢筋段电极46。

实施例中，公共高电位参比电极3通过参比电极信号线51与所述监测终端箱1信号连接，公共高电位参比电极3的端部轴向开设信号线孔31,参比电极信号线51插置于该信号线孔31内，并通过设置于所述公共高电位参比电极3侧壁上的等电位螺钉32固定。

接线时，先将等电位螺钉32拧松，然后将参比电极信号线51插入信号线孔31内，然后再将等电位螺钉32拧紧而将参比电极信号线51固定住。为了保证固定的可靠性，参比电极信号线51插入信号线孔31时，其端部尽可能伸至信号线孔31的底部。公共高电位参比电极3与钢筋段电极信号线51的固定方法同样适用于钢筋段电极与钢筋段电极信号线52之间的固定。

实施例中，钢筋段电极分别通过钢筋段电极信号线52与所述监测终端箱1信号连接，钢筋段电极信号线52沿所述原位实体芯样2的外壁固定。各条钢筋段电极信号线52平行排列，使钢筋段电极信号线52整齐排列以方便固定。

实施例中，钢筋段电极在轴向方向等距排列的间距小于或者等于10mm。排列的间距小于或者等于10mm，是根据半电池电位检测原理，考虑到钢筋段电极和公共高电位参比电极3之间的电阻和宏电流初始状态一致性，方便计算后期腐蚀脱钝的进程。

实施例中，公共高电位参比电极3为铂制电极。

在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置的监测方法，包括以下步骤：

步骤一、从在役海工混凝土上获得原位实体芯样2，然后在原位实体芯样2上开设与公共高电位参比电极3、钢筋段电极相适配的安装孔，并将各个电极安装到对应的安装孔内，连接集成信号线5，并将集成信号线5引出；在各个电极安装到对应的安装孔内前，在安装孔内喷涂石墨粉；各集成信号线与各个电极的连接处用绝缘环氧封口，引出部分用环氧胶固定；

步骤二、集成信号线5的引出端焊接监测端头信号连接点，并用绝缘环氧封口保护；

步骤三、将安装完电极的原位实体芯样2原位安装到在役海工混凝土的取芯位置，并用结构胶对取芯位置进行应力传递和保护处理；在将原位实体芯样2原位安装到在役海工混凝土的取芯位置前，先在实验室中对各个电极的工作性态进行检测率定，以保证原位实体芯样2原位装回后能够正常进行监测；

步骤四、用监测终端箱1依次测量钢筋段电极的电阻抗、腐蚀电流和腐蚀电位势，并保存数据待分析时使用；即依次测量第一钢筋段电极41、第二钢筋段电极42、第三钢筋段电极43、第四钢筋段电极44、第五钢筋段电极45和第六钢筋段电极46处的数据，并保存；

步骤五、对采集的信号数据进行滤噪、修正和数学拟合，并与钢筋脱钝预研复合判据进行比对分析，得出工程耐久性预警结论。

本发明从在役海工混凝土结构中获取原位实体芯样2，并在该原位实体芯样2上安装上电极，然后再将原位实体芯样2原位装回在役海工混凝土结构中，通过监测终端箱1长期动态获取在役海工混凝土的电学、电化学参数，从而实现对在役海工混凝土结构的监测；克服了现有的监测技术无法测得在役海工混凝土结构原位数据的缺陷。后续通过获得的监测数据，分析判断在役海工混凝土结构的配筋腐蚀状况，做出动态预报，以便及时做出维护方案，保证在役海工混凝土结构的安全运行，更有助于海工混凝土结构使用寿命的提高。

本发明的作用和意义：

第一、通过接受在役海工混凝土结构配筋的被动腐蚀信号, 对当前的腐蚀情况进行必要判断, 确定钢筋腐蚀前锋面的位置, 利用腐蚀前锋面推进速率可以推算出结构钢筋脱钝的时间, 提供一个早期的预警，以掌握维护和修复的最佳时机、及时启动预案或将来更有效的应对措施。

第二、将在役工程维护从损伤维修提高到预测性主动维护层次。制定以耐久性为核心的混凝土结构维护策略, 需要获得钢筋腐蚀状态的有关信息, 并依此调整工程运营参数。

第三、本监测装置所采集的数据还可以解释过程诸元变化与它们对混凝土结构钢筋腐蚀速率的关联, 分析腐蚀控制子过程的变异以及与腐蚀控制参数, 或者对采用的耐久性提升技术的效果进行判断，并依次进行处于钢筋腐蚀诱导期或者腐蚀发展期或者锈蚀破坏期以及结构剩余寿命的预报。过程诸元变化指随着周边温度，湿度等环境介质变化，安装混凝土结构内公共高电位参比电极和钢筋段电极间的混凝土电阻抗和腐蚀电流以及腐蚀电位的变化。

本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (9)

1.在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置，包括内含与高阻抗钢筋锈蚀测量仪相匹配耦合接头或远程信号发送器的监测终端箱(1)，其特征是：还包括混凝土圆柱形结构的原位实体芯样(2)，公共高电位参比电极(3)，四至十个钢筋段电极以及集成信号线(5)；所述的公共高电位参比电极(3)轴向设置于所述原位实体芯样(2)的中心，所述的钢筋段电极在轴向方向呈螺旋状依次等距排列，并沿原位实体芯样(2)的外周呈等角度辐射状设置，所述的公共高电位参比电极(3)和钢筋段电极通过集成信号线(5)与监测终端箱(1)信号连接。

2.根据权利要求1所述的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置，其特征是：所述的公共高电位参比电极(3)通过参比电极信号线(51)与所述监测终端箱(1)信号连接，所述的公共高电位参比电极(3)的端部轴向开设信号线孔(31),所述的参比电极信号线(51)插置于该信号线孔(31)内，并通过设置于所述公共高电位参比电极(3)侧壁上的等电位螺钉(32)固定。

3.根据权利要求2所述的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置，其特征是：所述的钢筋段电极分别通过钢筋段电极信号线(52)与所述监测终端箱(1)信号连接，所述的钢筋段电极信号线(52)沿所述原位实体芯样(2)的外壁固定。

4.根据权利要求3所述的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置，其特征是：所述的钢筋段电极在轴向方向等距排列的间距小于或者等于10mm。

5.根据权利要求4所述的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置，其特征是：所述的公共高电位参比电极(3)为铂制电极。

6.根据权利要求1所述的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置的监测方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一、从在役海工混凝土上获得原位实体芯样(2)，然后在原位实体芯样(2)上开设与公共高电位参比电极(3)、钢筋段电极相适配的安装孔，并将各个电极安装到对应的安装孔内，连接集成信号线(5)，并将集成信号线(5)引出；

步骤二、集成信号线(5)的引出端焊接监测端头信号连接点，并用绝缘环氧封口保护；

步骤三、将安装完电极的原位实体芯样(2)原位安装到在役海工混凝土的取芯位置，并用结构胶对取芯位置进行应力传递和保护处理；

步骤四、用监测终端箱(1)依次测量钢筋段电极的电阻抗、腐蚀电流和腐蚀电位势，并保存数据待分析时使用；

步骤五、对采集的信号数据进行滤噪、修正和数学拟合，并与钢筋脱钝预研复合判据进行比对分析，得出工程耐久性预警结论。

7.根据权利要求6所述的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置的监测方法，其特征是：所述的步骤一中，在各个电极安装到对应的安装孔内前，在安装孔内喷涂石墨粉。

8.根据权利要求7所述的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置的监测方法，其特征是：所述的步骤一中，集成信号线(5)与各个电极的连接处用绝缘环氧封口，引出部分用环氧胶固定。

9.根据权利要求8所述的在役混凝土结构配筋腐蚀进程的原位实体监测装置的监测方法，其特征是：所述的步骤三中，在将原位实体芯样(2)原位安装到在役海工混凝土的取芯位置前，先在实验室中对各个电极的工作性态进行检测率定。