CN107389731B - 一种便携式钢筋锈蚀率的测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式钢筋锈蚀率的测定装置及测定方法，包括钢筋固定系统、钢筋加热系统、温控系统和热成像扫描系统：钢筋固定系统包括：基座和钢筋套管，钢筋套管固定基座上，钢筋套管内还设钢筋堵头；钢筋加热系统包括：设置在钢筋套管内壁的加热装置一和置于装置外的防护罩，加热装置一表面覆盖有绝缘层一；温控系统包括：部分埋设在绝缘层一中的温度感应条、连接感应条的温控开关和温度记录仪；热成像扫描系统包括：套于钢筋套管外的隔热套筒、置于隔热套筒内壁的条形热成像仪以及与热成像仪连接的计算机。本发明采用热成像技术对钢筋进行锈蚀率的测定，可拆卸，便于携带，测定精度高，可直观的反映钢筋锈蚀形态和锈蚀率变化趋势。

Description

一种便携式钢筋锈蚀率的测定装置及测定方法

技术领域

本发明涉及钢筋锈蚀率测定，尤其涉及一种便携式钢筋锈蚀率的测定装置及测定方法，属于钢筋混凝土建筑材料领域技术的测定装置。

背景技术

在现代土木工程领域中，钢筋混凝土结构是目前世界上最常用的建筑结构，钢筋混凝土成为应用最广泛的建筑材料，但是由于混凝土碳化及氯化物的侵蚀等，钢筋易产生锈蚀。钢筋混凝土构件中的钢筋锈蚀是导致结构过早失效的主要原因之一，钢筋腐蚀降低结构物的安全性及耐久性，导致在混凝土结构中出现不同程度的耐久性问题：如混凝土开裂、内部钢筋锈蚀、冻融循环、碱集料反应等降低了结构的承载能力和使用年限，引起结构耐久性失效。因此，对钢筋锈蚀的检测和预防的研究是目前工程中急需解决的问题。

现有的热成像技术，采用载有高频交流电的感应线圈加热材料表面。采用红外探测器记录分析材料表面温度变化。当被检材料内部或表面存在缺陷时，将会影响涡流加热、热传递或红外辐射过程，最终在红外探测器记录的物体表面温度中体现出来。试验表明，当温度为300℃时，锈蚀钢筋可以清晰的通过热成像技术得到钢筋轮廓与钢筋截面，从而测定钢筋的锈蚀率。

目前，钢筋锈蚀率的测定方法大多数采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GBJ82-85）中的规定：取出试件中的钢筋，刮去钢筋上粘附的混凝土，用12%盐酸溶液进行酸洗，经清水漂净后，用石灰水中和，最后再以清水冲洗干净，擦干后在干燥器中至少存放4小时，用分析天平称重计算锈蚀失重。

用规范的方法测定的钢筋锈蚀率是整个钢筋的平均锈蚀率，但事实上在自然环境，钢筋的锈蚀情况复杂多变，是不均匀的。该方法无法准确反映待测钢筋的具体锈蚀情况，也受抽取样本段的影响。在此情况下，规范方法测定的锈蚀率只能大体估计锈蚀情况，而无法反映每段的真实锈蚀率，以此作为钢筋锈蚀率参与分析计算得到的承载力，将大于实际钢筋能够承载荷载大小。因此，计算平均锈蚀率不仅失真，对结构的承载力等计算更加失去了意义。

针对上述缺点，发明申请201210303757.9公开了一种测定钢筋沿长度方向锈蚀率的装置及测定方法。该发明的测定装置虽然能测出钢筋沿不同长度方向的锈蚀率，但是钢筋锈蚀量本身就是很小的数值，需要很精确地测定；钢筋下降过程中容器中的水面是提升的，会带来测量误差；采用手动调节和目测钢筋的下落量h来测量锈蚀率，不仅操作过程繁琐，检测效率低，而且会出现很大的误差。

为了改进上述问题，发明申请201410151435.9公开了一种钢筋锈蚀率的测定装置及测定方法。该发明采用的称重仪器，测量的装液体容器和溢流容器中的水的总质量，不能体现力的变化：该发明采用的溢流式虽然能够保持液面不变，但由于钢筋直径较小，每次下降的高度也较小，因此溢出的液体很少，少量的液体会粘附在装液体容器的外壁而并未直接流入溢流容器，导致最终的测量误差较大；钢筋一端夹在钢筋夹头下面，另一端浸入液体中，这样不利于测量较长的钢筋，例如当测量的钢筋长度为2m时，装置的高度至少要为4m，而装置高度过高，不利于装置稳定，也不方便操作；升降系统采用纯电动控制，不利于位移的微动调节，即无法保证位移具有足够的精度。

为了改进上述问题，发明申请201510369952.5公开了一种钢筋锈蚀率的测定装置及测定方法，其中，测定装置包括钢筋固定系统、液体灌泄系统和测控系统，通过持续向液体灌泄系统的液体盛放容器中注入水，改变待测钢筋的入水深度，定时采集液位高度和力，经过单片机统一处理，得到钢筋沿长度方向的局部锈蚀率曲线图。该发明虽提供了一种测量精度高、测量效率高、适用钢筋长度长、能够实现自动化控制且能够准确地测定出钢筋局部锈蚀率并绘制出钢筋沿长度方向锈蚀率曲线图的测定装置和测定方法。但是该装置庞大，不便携带；且通过浮力测定锈蚀率，本质上仍是测定质量计算锈蚀率，无法反映钢筋断面的情况；此外，测定锈蚀率仍然需要对钢筋进行简单处理如刷去混凝土残渣与酸洗，无法实现全自动化，不够方便与简洁。

综上，现有技术尚无令人满意的钢筋锈蚀率的测定装置和测定方法。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种既简单便携高效，又测量精度高，能真实反映钢筋锈蚀情况的测定装置和测定方法，能够实现全自动化控制，准确地测量出钢筋各微段锈蚀率并绘制出钢筋特征横截面与特征纵截面及钢筋沿长度方向的锈蚀率曲线图。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种便携式钢筋锈蚀率的测定装置，包括钢筋固定系统、钢筋加热系统、温控系统和热成像扫描系统：所述钢筋固定系统包括：基座和钢筋套管，所述钢筋套管固定所述基座上，所述钢筋套管内还设钢筋堵头；所述钢筋加热系统包括：设置在钢筋套管内壁的加热装置一和置于装置外的防护罩，所述加热装置一表面覆盖有绝缘层一；所述温控系统包括：部分埋设在绝缘层一中的温度感应条、连接感应条的温控开关和温度记录仪；所述热成像扫描系统包括：套于钢筋套管外的隔热套筒、置于隔热套筒内壁的条形热成像仪以及与热成像仪连接的计算机。

作为优选，所述基座为两个，基座底部为等腰三角形底座，顶部圆弧的轻型钢板，所述轻型钢板内有用于固定钢筋套管及隔热套筒的螺纹凹槽。

作为优选，轻型钢板内壁设有加热装置二，所述加热装置二表面覆盖有绝缘层二，所述绝缘层二中埋有温度感应条。

作为优选，所述钢筋套管的端部设有螺纹，可旋转拧紧固定在基座上。

作为优选，所述绝缘层一的内侧还搭接有钢筋绝缘支架，所述钢筋绝缘支架套在钢筋外侧用于避免钢筋晃动。

作为优选，所述钢筋套管有多个，且各钢筋套管的长度不同。

作为优选，所述钢筋堵头正面设有向内凹陷的卡口，钢筋的一端置于所述卡口中，所述钢筋堵头背面设有六角螺母扣，所述钢筋堵头侧面设有螺纹，所述钢筋堵头侧面为耐高温橡皮塞。

作为优选，所述热成像仪有三个，且在隔热套管的截面上呈正三角形分布。

一种便携式钢筋锈蚀率的测定方法，包括以下步骤：

（1）处理待测钢筋，根据待测钢筋长度选取长度合适的钢筋套管；

（2）将钢筋套管的左端固定在左侧基座上，将待测钢筋置于钢筋套管内；

（3）将钢筋堵头装入套管并夹紧固定钢筋；

（4）将隔热套筒套于套管外，并将其左端固定在左侧基座上；

（5）将钢筋套管、隔热套筒的右端固定在右侧基座，将防护罩罩在整个装置外部；

（6）开启热成像仪，进行数据采集，开启温控系统，设定预热温度，开始加热；

（7）待温度至所需温度，停止加热，至钢筋温度降低趋于稳定，关闭热成像仪并停止数据采集；

（8）拆除装置，取出钢筋；

（9）分析处理所得数据，得出钢筋锈蚀率和锈蚀率随长度方向变化曲线，并分析成像得出钢筋锈蚀细部图片。

作为优选，步骤（9）中分析处理数据的方法为： 利用热成像仪自动连拍成像技术，记录钢筋从加热开始至温度稳定为止，拍摄多张图片，将各图片同一点温度变化情况绘制成曲线图，并求出温度变化速率，根据不同速率对应不同锈蚀深度，通过热成像仪的图像与数据分析产生钢筋截面面积与钢筋横截面形态及纵剖面形态，依靠钢筋截面面积计算钢筋沿长度方向锈蚀率的变化，进而分析得出钢筋整体锈蚀情况和三维扫描图像。

本发明的有益效果是：

本发明采用热成像技术对钢筋进行锈蚀率的测定，可拆卸，便于携带，测定精度高，可直观的反映钢筋锈蚀形态和锈蚀率变化趋势。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是基座的结构示意图；

图3是隔热套筒的结构示意图；

图4是钢筋套管的结构示意图；

图5是本发明的装配图；

图6是本发明的立体图；

图7是本发明的工作原理图。

附图标记列表：

1-基座；2-隔热套筒；3-热成像仪；4-钢筋套管；5-加热装置一；6-绝缘层一；7-钢筋堵头；8-温度感应条；9-底座；10-轻型钢板；11-螺纹凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1到图7所示，一种便携式钢筋锈蚀率的测定装置，包括钢筋固定系统、钢筋加热系统、温控系统和热成像扫描系统：钢筋固定系统包括：基座1和钢筋套管4，钢筋套管4固定基座1上，钢筋套管4内还设钢筋堵头7；钢筋加热系统包括：设置在钢筋套管4内壁的加热装置一5和置于装置外的防护罩，加热装置一5表面覆盖有绝缘层一6；温控系统包括：部分埋设在绝缘层一6中的温度感应条8、连接感应条的温控开关和温度记录仪；热成像扫描系统包括：套于钢筋套管4外的隔热套筒2、置于隔热套筒2内壁的条形热成像仪3以及与热成像仪3连接的计算机。

基座1为两个，基座1底部为等腰三角形底座9，顶部圆弧的轻型钢板10，轻型钢板10内有用于固定钢筋套管4及隔热套筒2的螺纹凹槽11。钢筋套管4的端部设有螺纹，可旋转拧紧固定在基座1上。轻型钢板10内壁设有加热装置二，加热装置二表面覆盖有绝缘层二，绝缘层二中埋有温度感应条8。

加热装置一5为热电阻丝一，加热装置二为热电阻丝二，热电阻丝一粘贴于钢筋套管4的内壁上并缠绕成螺旋状，电热阻丝二粘贴于基座1内壁，当钢筋套管4与基座1拧紧时，热电阻丝一和热电阻丝二刚好搭接在一起。

钢筋套管4有多个，且各钢筋套管4的长度不同，本例中设置了四组不同长度的钢筋套管4，钢筋套管4的数量和长度可根据实际需求来定。

钢筋堵头7正面设有向内凹陷的卡口，钢筋的一端置于卡口中，钢筋堵头7背面设有六角螺母扣，钢筋堵头7侧面设有螺纹，钢筋堵头侧面为耐高温橡皮塞。绝缘层一6的内壁为与钢筋堵头7侧面相配合的内螺纹。固定钢筋时将钢筋堵头7拧入钢筋套管4中至钢筋两端分别固定在基座1端部与钢筋堵头7处。绝缘层一6的内侧还搭接有钢筋绝缘支架，钢筋绝缘支架套在钢筋外侧用于避免钢筋晃动，使用时，先将支架搭接于套管内部，再穿入钢筋。

本例中条形热成像仪3有三个，条形热成像仪3紧贴在隔热套筒2的内壁上，且在隔热套管的截面上呈正三角形分布。

钢筋套管4和钢筋堵头7均采用耐高温陶瓷材料制成。隔热套管的内径是钢筋的4-6倍。隔热套管的内径为20-40mm。

一种便携式钢筋锈蚀率的测定方法，包括以下步骤：

（1）处理待测钢筋，根据待测钢筋长度选取长度合适的钢筋套管4，若长度不足则可将多个钢筋套管4进行组装拼接；

（2）将钢筋套管4的左端拧入左侧基座1，将钢筋绝缘支架搭接在钢筋套管4内，将待测钢筋置于钢筋套管4内并使其左端顶于左侧基座1；

（3）将钢筋堵头7拧入套管并夹紧固定钢筋；

（4）将隔热套筒2套于套管外，并固定在左侧基座1上；

（5）将钢筋套管4、隔热套筒2的右端与右侧固定在右侧基座1上，将防护罩罩在整个装置外部；

（6）开启热成像仪3，进行数据采集，开启温控系统，设定预热温度，开始加热；

（7）待温度至所需温度，停止加热，至钢筋温度降低趋于稳定，关闭热成像仪3并停止数据采集；

（8）拆除装置，取出钢筋；

（9）分析处理所得数据，得出钢筋锈蚀率和锈蚀率随长度方向变化曲线，并分析成像得出钢筋锈蚀细部图片。

其中，分析处理数据的方法为： 利用热成像仪3自动连拍成像技术，记录钢筋从加热开始至温度稳定为止，拍摄多张图片，将各图片同一点温度变化情况绘制成曲线图，并求出温度变化速率，根据不同速率对应不同锈蚀深度，通过热成像仪3的图像与数据分析产生钢筋截面面积与钢筋横截面形态及纵剖面形态，依靠钢筋截面面积计算钢筋沿长度方向锈蚀率的变化，进而分析得出钢筋整体锈蚀情况和三维扫描图像。

此外，本发明需要大量原始试验与数据作为支撑，现简要介绍如下：

将各尺寸未锈蚀钢筋进行检测，得到未锈蚀钢筋温度变化速率；对各已知锈蚀深度的钢筋进行检测，得到锈蚀钢筋温度变化速率与锈蚀深度之间的关系曲线，并构件二者之间方程的经验公式，经验证后用于实践中；使用时，根据已得钢筋温度变化速率逆算出锈蚀深度，完成测试任务。具体为：将所得数据与未锈蚀钢筋数据进行对比，根据温度变化速率得出锈蚀深度，依据每点所得深度，组成锈蚀钢筋表面形式，根据各锈蚀断面面积与未锈蚀断面面积之比，得出钢筋延长度方向锈蚀率的变化情况，并获得所需锈蚀率。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种便携式钢筋锈蚀率的测定装置，其特征在于，包括钢筋固定系统、钢筋加热系统、温控系统和热成像扫描系统：所述钢筋固定系统包括：基座和钢筋套管，所述钢筋套管固定所述基座上，所述钢筋套管内还设钢筋堵头；所述钢筋加热系统包括：设置在钢筋套管内壁的加热装置一和置于装置外的防护罩，所述加热装置一表面覆盖有绝缘层一；所述温控系统包括：部分埋设在绝缘层一中的温度感应条、连接感应条的温控开关和温度记录仪；所述热成像扫描系统包括：套于钢筋套管外的隔热套筒、置于隔热套筒内壁的条形热成像仪以及与热成像仪连接的计算机，所述钢筋套管有多个，且各钢筋套管的长度不同。

2.如权利要求1所述的便携式钢筋锈蚀率的测定装置，其特征在于，所述基座为两个，基座底部为等腰三角形底座，顶部圆弧的轻型钢板，所述轻型钢板内有用于固定钢筋套管及隔热套筒的螺纹凹槽。

3.如权利要求2所述的便携式钢筋锈蚀率的测定装置，其特征在于，轻型钢板内壁设有加热装置二，所述加热装置二表面覆盖有绝缘层二，所述绝缘层二中埋有温度感应条。

4.如权利要求1或2所述的便携式钢筋锈蚀率的测定装置，其特征在于，所述钢筋套管的端部设有螺纹，可旋转拧紧固定在基座上。

5.如权利要求1所述的便携式钢筋锈蚀率的测定装置，其特征在于，所述绝缘层一的内侧还搭接有钢筋绝缘支架，所述钢筋绝缘支架套在钢筋外侧用于避免钢筋晃动。

6.如权利要求1所述的便携式钢筋锈蚀率的测定装置，其特征在于，所述钢筋堵头正面设有向内凹陷的卡口，钢筋的一端置于所述卡口中，所述钢筋堵头背面设有六角螺母扣，所述钢筋堵头侧面设有螺纹，所述钢筋堵头侧面为耐高温橡皮塞。

7.如权利要求1所述的便携式钢筋锈蚀率的测定装置，其特征在于，所述热成像仪有三个，且在隔热套管的截面上呈正三角形分布。

8.一种使用如权利要求1所述的便携式钢筋锈蚀率的测定装置的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）处理待测钢筋，根据待测钢筋长度选取长度合适的钢筋套管；

（2）将钢筋套管的左端固定在左侧基座上，将待测钢筋置于钢筋套管内；

（3）将钢筋堵头装入套管并夹紧固定钢筋；

（4）将隔热套筒套于套管外，并将其左端固定在左侧基座上；

（5）将钢筋套管、隔热套筒的右端固定在右侧基座，将防护罩罩在整个装置外部；

（6）开启热成像仪，进行数据采集，开启温控系统，设定预热温度，开始加热；

（7）待温度至所需温度，停止加热，至钢筋温度降低趋于稳定，关闭热成像仪并停止数据采集；

（8）拆除装置，取出钢筋；

（9）分析处理所得数据，得出钢筋锈蚀率和锈蚀率随长度方向变化曲线，并分析成像得出钢筋锈蚀细部图片。

9.如权利要求8所述的便携式钢筋锈蚀率的测定方法，其特征在于，步骤（9）中分析处理数据的方法为： 利用热成像仪自动连拍成像技术，记录钢筋从加热开始至温度稳定为止，拍摄多张图片，将各图片同一点温度变化情况绘制成曲线图，并求出温度变化速率，根据不同速率对应不同锈蚀深度，通过热成像仪的图像与数据分析产生钢筋截面面积与钢筋横截面形态及纵剖面形态，依靠钢筋截面面积计算钢筋沿长度方向锈蚀率的变化，进而分析得出钢筋整体锈蚀情况和三维扫描图像。