CN105116134B - 混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，其包括：多个探测感应器，其平行等距设置于被监测的混凝土基础设施内部，每个探测感应器均包括：外壳、用于检测氯离子浓度的氯离子探针、可伸缩的pH值探针、监测每个探测感应器具体位置的GPS和电源模块；还包括数据处理装置，其与所述多个探测感应器通信连接，包括接收器、分析器和存储器；还包括与所述数据处理装置通信连接的预警装置；本发明有的有益效果是：可通过所述探测感应器探测氯离子浓度以及被测混凝土基础设施各深度的pH值，并通过所述数据处理装置分析数据，再通过所述预警系统通过将接收到的数据与氯离子浓度临界值、碳化程度临界值比较，发出预警信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线监测与预警系统。更具体地说，本发明涉及一种混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统。
背景技术
我国正在进行空前规模的经济建设，其中以钢筋混凝土为主体的基础设施建设处于优先地位。基础设施的重要性是不言而喻的。
氯离子侵入和混凝土碳化引起钢筋的锈蚀是混凝土结构耐久性下降的最主要原因，当钢筋表面的氯离子浓度达到临界值或碳化程度达到钢筋表面并继续受到酸性气体的侵蚀时，钢筋表面的钝化膜将受到破坏，钢筋将开始锈蚀，其体积将会膨胀至2-4倍，从而削弱了钢筋的受力面积，使混凝土保护层顺筋断裂，降低了钢筋与混凝土的粘结力，严重威胁混凝土结构的服役安全性。因此，密切了解钢筋所处的化学环境和腐蚀状态及腐蚀速率，对于保证钢筋混凝土结构的科学维护、服役剩余寿命评估、结构的安全性和耐久性评价具有重大的实际意义。碳化对混凝土最主要的危害是：使混凝土的碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用，可能导致钢筋的锈蚀。碳化还会引起混凝土收缩(碳化收缩)，容易会使混凝土的表面产生细微的裂缝。混凝土的碳化过程的深度是随时间的延续而增大，但是增大的速度逐渐减慢。影响碳化速度的环境因素主要是二氧化碳浓度及环境湿度。
传统的混凝土结构耐久性的评价方法主要是采取钻粉取样的方式，通过对样粉进行化学分析从而掌握混凝土结构的耐久性状况，该方法费时、费钱，对混凝土结构具有破坏性，且无法实现实时监测。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，包括：
多个探测感应器，其平行等距设置于被监测的混凝土基础设施内部，每个探测感应器均包括：外壳、用于检测氯离子浓度的氯离子探针、可伸缩的pH值探针、监测每个探测感应器具体位置的GPS和电源模块，其中所述氯离子探针一端设置于探测感应器内部第一凹槽中，另一端位于探测感应器外部；所述可伸缩的pH值探针一端内置于探测感应器内部第二凹槽中，另一端位于探测感应器外部，且所述可伸缩的pH值探针与所述氯离子探针平行；所述GPS内置于探测感应器内部第三凹槽中；所述电源模块内置于探测感应器内部第四凹槽中，并分别与所述氯离子探针、可伸缩的pH值探针以及GPS电连接；其中所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽，平行设置在所述多个探测感应器内部；其中通过改变所述可伸缩的pH值探针的长度以探得所测混凝土基础设施不同深度的pH值，以进而划分出未碳化区、部分碳化区和完全碳化区；设定当测得pH值大于11.5，被测区域为未碳化区，测得pH值小于9.0，被测区域为完全碳化区，测得pH值在9.0～11.5之间，被测区域为部分碳化区；其中所述氯离子探针可通过探测氯离子浓度监测氯离子侵入被测混凝土基础设施的程度，所述可伸缩的pH值探针可通过探测被测混凝土基础设施各深度的pH值以监测被测混凝土基础设施的碳化程度，所述GPS通过发送所述多个探测感应器的位置信息，以提高所述混凝土基础设施耐久性在线监测与预警系统监测的精确性。
数据处理装置，其与所述多个探测感应器通信连接，所述数据处理装置包括接收器、分析器和存储器，其中接收器用以实时接收所述氯离子探针、可伸缩的pH值探针以及GPS传递的信息，并将信息传递至所述分析器，所述分析器根据接收的所测混凝土基础设施不同深度的pH值得到所述可伸缩的pH值探针的探测深度与其碳化程度的关系，并作出每个探测感应器监测时段内的碳化程度与监测时间的柱状图；所述分析器根据得到的被测混凝土基础设施的氯离子浓度作出每个探测感应器监测时段内的所述氯离子浓度与监测时间的函数图像，并拟合得到所述氯离子浓度与监测时间的关系函数，进而计算得出被测混凝土基础设施的氯离子扩散速度；所述分析器根据接收的所述GPS的位置信息得到每个探测感应器的位置；所述分析器将得到的数据及图像存储在所述存储器中，并将得到的数据及图像发送至预警装置；所述数据处理装置通过数据分析所述氯离子探针、所述可伸缩的pH值探针以及所述GPS传递的信息，分析被测混凝土基础设施的氯离子侵入程度、碳化程度、以及精确位置信息；
预警装置，其与所述数据处理装置通信连接，以接收所述数据处理装置发送的数据及图像，所述预警装置包括数据比较系统、蓝色预警指示灯和红色预警指示灯，在所述数据比较系统中设置氯离子浓度临界值，根据所述数据处理装置中的氯离子浓度与监测时间的关系函数，实时推算出被测混凝土基础设施中的氯离子浓度达到所述氯离子浓度临界值所需时间，当所述所需时间小于一年时，所述蓝色预警指示灯发出预警；并且在所述数据比较系统中设置碳化程度临界值，将所述数据处理装置得到的柱状图中的部分碳化区与完全碳化区的深度分别与将所述碳化程度临界值进行比较，若两者之差不大于1mm，则所述数据比较系统中的红色预警指示发出预警，所述预警系统通过将接收到的数据与所述氯离子浓度临界值、所述碳化程度临界值比较，发出预警信息。
其中，所述混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统存每隔30天进行一次数据分析
优选的是，所述氯离子探针外设置有一层5mm的聚四氟乙烯外壳，以防止所述氯离子探针受到腐蚀。
优选的是，所述氯离子探针和所述可伸缩的pH值探针的直径均为20mm，以使所述氯离子探针和所述可伸缩的pH值探针在具备探测能力的同时，节约成本，方便安装。
优选的是，所述混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统存每隔30天进行一次数据分析，以保证分析数据的可靠性。
优选的是，所述氯离子浓度临界值为0.1％，所述氯离子浓度小于该临界值时，被测混凝土基础设施保持良好耐久性。
优选的是，所述碳化程度临界值为4mm，所述碳化程度小于该临界值时，被测混凝土基础设施保持良好耐久性。
优选的是，所述数据处理装置背部设置有数据输出端口，以便于向外部设备输出探测数据。
优选的是，所述多个探测感应器平行等距设置于被监测的混凝土基础设施内部，其中每两个探测感应器之间间隔20m，以保证监测的可靠性。
优选的是，每个探测感应器中有另外两支氯离子探针，其平行设置于所述第一凹槽中，被测混凝土基础设施的碳化程度为三支氯离子探针的平均数得出，以保持数据处理的稳定性。
本发明至少包括以下有益效果：所述氯离子探针可通过探测氯离子浓度监测氯离子侵入被测混凝土基础设施的程度，所述可伸缩的pH值探针可通过探测被测混凝土基础设施各深度的pH值以监测被测混凝土基础设施的碳化程度，所述GPS通过发送所述多个探测感应器的位置信息，以提高所述混凝土基础设施耐久性在线监测与预警系统监测的精确性；所述数据处理装置通过数据分析所述氯离子探针、所述可伸缩的pH值探针以及所述GPS传递的信息，分析被测混凝土基础设施的氯离子侵入程度、碳化程度、以及精确位置信息；所述预警系统通过将接收到的数据与所述氯离子浓度临界值、所述碳化程度临界值比较，发出预警信息。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供一种混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，包括：
多个探测感应器1，其平行等距设置于被监测的混凝土基础设施内部，其中每两个探测感应器1之间间隔20m，以保证监测的可靠性；每个探测感应器1均包括：外壳11、用于检测氯离子浓度的氯离子探针12、可伸缩的pH值探针13、监测每个探测感应器1具体位置的GPS14和电源模块15，其中所述氯离子探针12一共有三支，三支氯离子探针12平行设置，一端设置于探测感应器内部第一凹槽121中，另一端位于探测感应器1外部，被测混凝土基础设施的碳化程度为三支氯离子探针12的平均数得出；所述可伸缩的pH值探针13一端内置于探测感应器1内部第二凹槽131中，另一端位于探测感应器1外部；，以保持数据处理的稳定性，其中，所述氯离子探针12和所述pH值探针13的直径均为20mm，以使所述氯离子探针12和所述可伸缩的可伸缩的pH值探针13在具备探测能力的同时，节约成本，方便安装，且所述氯离子探针13外设置有一层5mm的聚四氟乙烯外壳，以防止所述氯离子探针13受到腐蚀；所述GPS14内置于探测感应器内部第三凹槽141中；所述电源模块15内置于探测感应器内部第四凹槽151中，并分别与所述氯离子探针13、可伸缩的pH值探针13以及GPS14电连接；其中所述第一凹槽121、第二凹槽131、第三凹槽141和第四凹槽151，平行设置在所述多个探测感应器1内部；其中通过改变所述可伸缩的pH值探针13的长度以探得所测混凝土基础设施不同深度的pH值，以进而划分出未碳化区、部分碳化区和完全碳化区；设定当测得pH值大于11.5，被测区域为未碳化区，测得pH值小于9.0，被测区域为完全碳化区，测得pH值在9.0～11.5之间，被测区域为部分碳化区；其中所述氯离子探针12可通过探测氯离子浓度监测氯离子侵入被测混凝土基础设施的程度，所述可伸缩的pH值探针13可通过探测被测混凝土基础设施各深度的pH值以监测被测混凝土基础设施的碳化程度，所述GPS14通过发送所述多个探测感应器1的位置信息，以提高所述混凝土基础设施耐久性在线监测与预警系统监测的精确性；
数据处理装置，其与所述多个探测感应器1通信连接，所述数据处理装置包括接收器、分析器和存储器，其中接收器用以实时接收所述氯离子探针12、可伸缩的pH值探针13以及GPS14传递的信息，并将信息传递至所述分析器，所述分析器根据接收的所测混凝土基础设施不同深度的pH值得到所述可伸缩的pH值探针13的探测深度与其碳化程度的关系，并作出每个探测感应器监测时段内的碳化程度与监测时间的柱状图；所述分析器根据得到的被测混凝土基础设施的氯离子浓度作出每个探测感应器1监测时段内的所述氯离子浓度与监测时间的函数图像，并拟合得到所述氯离子浓度与监测时间的关系函数，进而计算得出被测混凝土基础设施的氯离子扩散速度；所述分析器根据接收的所述GPS的位置信息得到每个探测感应器1的位置；所述分析器将得到的数据及图像存储在所述存储器中，并将得到的数据及图像发送至预警装置；所述数据处理装置通过数据分析所述氯离子探针12、所述可伸缩的pH值探针13以及所述GPS14传递的信息，分析被测混凝土基础设施的氯离子侵入程度、碳化程度、以及精确位置信息；所述数据处理装置背部设置有数据输出端口，以便于向外部设备输出探测数据
预警装置，其与所述数据处理装置通信连接，以接收所述数据处理装置发送的数据及图像，所述预警装置包括数据比较系统、蓝色预警指示灯和红色预警指示灯，在所述数据比较系统中设置氯离子浓度临界值为0.1％，所述氯离子浓度小于该临界值时，被测混凝土基础设施保持良好耐久性，根据所述数据处理装置中的氯离子浓度与监测时间的关系函数，实时推算出被测混凝土基础设施中的氯离子浓度达到所述氯离子浓度临界值所需时间，当所述所需时间小于一年时，所述蓝色预警指示灯发出预警；并且在所述数据比较系统中设置碳化程度临界值为4mm，所述碳化程度小于该临界值时，被测混凝土基础设施保持良好耐久性，将所述数据处理装置得到的柱状图中的部分碳化区与完全碳化区的深度分别与将所述碳化程度临界值进行比较，若两者之差不大于1mm，则所述数据比较系统中的红色预警指示发出预警，所述预警系统通过将接收到的数据与所述氯离子浓度临界值、所述碳化程度临界值比较，发出预警信息。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (9)
1.一种混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，其特征在于，包括：
多个探测感应器，其平行等距设置于被监测的混凝土基础设施内部，每个探测感应器均包括：外壳、用于检测氯离子浓度的氯离子探针、可伸缩的pH值探针、监测每个探测感应器具体位置的GPS和电源模块，其中所述氯离子探针一端设置于探测感应器内部第一凹槽中，另一端位于探测感应器外部；所述可伸缩的pH值探针一端内置于探测感应器内部第二凹槽中，另一端位于探测感应器外部，且所述可伸缩的pH值探针与所述氯离子探针平行；所述GPS内置于探测感应器内部第三凹槽中；所述电源模块内置于探测感应器内部第四凹槽中，并分别与所述氯离子探针、可伸缩的pH值探针以及GPS电连接；其中所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽，平行设置在所述多个探测感应器内部；其中通过改变所述可伸缩的pH值探针的长度以探得所测混凝土基础设施不同深度的pH值，以进而划分出未碳化区、部分碳化区和完全碳化区；
数据处理装置，其与所述多个探测感应器通信连接，所述数据处理装置包括接收器、分析器和存储器，其中接收器用以实时接收所述氯离子探针、可伸缩的pH值探针以及GPS传递的信息，并将信息传递至所述分析器，所述分析器根据接收的所测混凝土基础设施不同深度的pH值得到所述可伸缩的pH值探针的探测深度与其碳化程度的关系，并作出每个探测感应器监测时段内的碳化程度与监测时间段柱状图；所述分析器根据得到的被测混凝土基础设施的氯离子浓度作出每个探测感应器监测时段内的所述氯离子浓度与监测时间的函数图像，并拟合得到所述氯离子浓度与监测时间的关系函数，进而计算得出被测混凝土基础设施的氯离子扩散速度；所述分析器根据接收的所述GPS的位置信息得到每个探测感应器的位置；所述分析器将得到的数据及图像存储在所述存储器中，并将得到的数据及图像发送至预警装置；
预警装置，其与所述数据处理装置通信连接，以接收所述数据处理装置发送的数据及图像，所述预警装置包括数据比较系统、蓝色预警指示灯和红色预警指示灯，在所述数据比较系统中设置氯离子浓度临界值，根据所述数据处理装置中的氯离子浓度与监测时间的关系函数，实时推算出被测混凝土基础设施中的氯离子浓度达到所述氯离子浓度临界值所需时间，当所述所需时间小于一年时，所述蓝色预警指示灯发出预警；并且在所述数据比较系统中设置碳化程度临界值，将所述数据处理装置得到的柱状图中的部分碳化区的深度与完全碳化区的深度分别与将所述碳化程度临界值进行比较，若部分碳化区的深度与碳化程度临界值之差，或者完全碳化区的深度与碳化程度临界值之差不大于1mm，则所述数据比较系统中的红色预警指示发出预警。
2.如权利要求1所述的混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，其特征在于：
所述氯离子探针外设置有一层5mm的聚四氟乙烯外壳。
3.如权利要求1所述的混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，其特征在于：
所述氯离子探针和所述可伸缩的pH值探针的直径均为20mm。
4.如权利要求1所述的混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，其特征在于：
所述混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统存每隔30天进行一次数据分析。
5.如权利要求1所述的混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，其特征在于：
所述氯离子浓度临界值为0.1％。
6.如权利要求1所述的混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，其特征在于：
所述碳化程度临界值为4mm。
7.如权利要求1所述的混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，其特征在于：
所述数据处理装置背部设置有数据输出端口。
8.如权利要求1所述的混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，其特征在于：
所述多个探测感应器，其平行等距设置于被监测的混凝土基础设置内部，其中每两个探测感应器之间间隔20m。
9.如权利要求1所述的混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统，其特征在于：
每个探测感应器中有另外两支氯离子探针平行设置于所述第一凹槽中。
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