CN108982348B - 地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置，属于地下结构检修与维护技术领域。其包括：模式转换模块、Cl^‑的质量百分含量探测装置、pH探测装置、O₂的体积百分含量探测装置、实际锈蚀百分数获取模块、模数转换器、数据采集模块、标准曲线绘制模块、第一数据拟合模块、第二数据拟合模块、锈蚀百分数换算模块。其中，在函数拟合模式下，标准曲线绘制模块进行标准曲线绘制的必要条件是，由实际锈蚀百分数、Cl^‑的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量构成的数据组合涉及至少5个检测点。应用该装置诊断的过程简单，结果准确。

Description

地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置

技术领域

本发明涉及地下结构检修与维护技术领域，特别是涉及一种地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置。

背景技术

地下基础结构是上部结构的主要承载体，需要承受上部结构传递下来的自重荷载、风荷载、其它环境载荷等，此外所处地质环境、自然环境等变化等不利因素，其安全性能直接关系着上部结构的安全。地下结构是隐蔽性工程，无法像地上结构一样日常检测其完整性，对于地下结构内部的钢筋锈蚀率更无法得到准确的数据。针对输电铁塔基础这一隐蔽性结构，如果综合考虑各种因素，发明易于工程技术人员理解的、方便的地下结构钢筋锈蚀无损诊断方法，迫在眉睫。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置，应用其能够对地下混凝土结构钢锈蚀进行无损诊断，通过该诊断方法进行诊断的过程简单，结果准确，从而更加适于实用。

为了达到上述目的，本发明提供的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断方法的技术方案如下：

本发明提供的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置包括：

模式转换模块，用于在函数拟合模式与检测模式之间转换；

Cl^-的质量百分含量探测装置，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，探测地下混凝土结构钢周围土层检测点处的Cl^-的质量百分含量；

pH探测装置，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，探测地下混凝土结构钢周围土层检测点处的pH；

O₂的体积百分含量探测装置，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，探测地下混凝土结构钢周围土层检测点处的O₂的体积百分含量；

实际锈蚀百分数获取模块，用于在函数拟合模式下，获取标准地下混凝土结构钢样本的实际锈蚀百分数；

模数转换器，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，将所述Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量的模拟信号转换为数字信号；

数据采集模块，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，采集所述Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量的数字信号；

标准曲线绘制模块，用于在函数拟合模式下，绘制以实际锈蚀百分数为纵坐标，横坐标分别为Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量的3条标准曲线；

第一数据拟合模块，用于在函数拟合模式下，针对所述3条标准曲线分别进行数学拟合，分别得到所述锈蚀百分数与Cl^-的质量百分含量之间的第一函数关系式、所述锈蚀百分数与pH之间的第二函数关系式和所述锈蚀百分数与O₂的体积百分含量之间的第三函数关系式；

第二数据拟合模块，用于在函数拟合模式下，将所述锈蚀百分数与Cl^-的质量百分含量之间的第一函数关系式、所述锈蚀百分数与pH之间的第二函数关系式和所述锈蚀百分数与O₂的体积百分含量之间的第三函数关系式进行合并拟合，得到自变量包括Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量，因变量为锈蚀百分数的第四函数关系式；

锈蚀百分数换算模块，用于在检测模式下，根据所述数据采集模块采集到的待测检测点的Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量的数字信号代入所述第四函数关系式，并换算为所述待测检测点处的锈蚀百分数；

其中，在所述函数拟合模式下，所述标准曲线绘制模块进行标准曲线绘制的必要条件是，由所述实际锈蚀百分数、Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量构成的数据组合涉及至少5个检测点。

本发明提供的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断方法还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置还包括：

锈蚀百分数变化趋势曲线绘制模块，用于针对所述待测检测点，间隔设定时间多次测定所述Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量并得到所述待测检测点处多次计算得到的锈蚀百分数后，绘制纵坐标为所述待测检测点处的锈蚀百分数，横坐标为时间的曲线，即得到所述待测检测点处的锈蚀百分数随时间变化的关系曲线。

作为优选，所述至少5个检测点选自同一个标准地下混凝土结构钢样本周围土层。

作为优选，所述至少5个检测点选自不同的标准地下混凝土结构钢样本周围土层。

作为优选，所述标准地下混凝土结构钢样本至少在土中设置1个月。

作为优选，针对所述标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点进行实际检测的方法为取出所述标准地下混凝土结构钢样本或者开挖所述标准地下混凝土结构钢样本周围土层，使所述标准地下混凝土结构钢样本出露。

作为优选，所述至少5个检测点的深度不同。

作为优选，测定所述标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点处Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量的方法包括以下步骤：

在所述标准地下混凝土结构钢样本周围土层开挖孔洞，直至所述孔洞的深度与所述至少5个检测点的深度相适应；

分别将用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器探头、用于测定pH的第二检测仪器探头、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器探头放置于所述孔洞内；

回填开挖所述孔洞时挖出的土使得所述用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器探头、用于测定pH的第二检测仪器探头、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器探头稳定；

经历一延迟时间段后，分别读取所述用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器、用于测定pH的第二检测仪器、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器的读数即得到所述标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点处Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量值。

作为优选，所述用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器、用于测定pH的第二检测仪器、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器上分别设有拉绳。

作为优选，所述标准地下混凝土结构钢样本的设置位置与所述待测地下混凝土结构钢的设置位置之间的距离不超过100m。

本发明通过绘制标准曲线后在该标准曲线中描点的方式检测待测检测点处的锈蚀百分数，只要标准曲线绘制完成，即可应用检测仪器分别获取待测检测点处的Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量得到待测检测点处的锈蚀百分数，易于理解，测量过程简单，并且测量结果准确。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置中各功能模块之间的信号流向关系示意图；

图2为应用本发明实施例提供的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断方法的步骤流程图。

具体实施方式

本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断方法，应用其能够对地下混凝土结构钢锈蚀进行无损诊断，通过该诊断方法进行诊断的过程简单，结果准确，从而更加适于实用。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

参见附图1，本发明实施例提供的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置包括：

模式转换模块，用于在函数拟合模式与检测模式之间转换；

Cl^-的质量百分含量探测装置，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，探测地下混凝土结构钢周围土层检测点处的Cl^-的质量百分含量；

pH探测装置，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，探测地下混凝土结构钢周围土层检测点处的pH；

O₂的体积百分含量探测装置，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，探测地下混凝土结构钢周围土层检测点处的O₂的体积百分含量；

实际锈蚀百分数获取模块，用于在函数拟合模式下，获取标准地下混凝土结构钢样本的实际锈蚀百分数；

模数转换器，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，将所述Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量的模拟信号转换为数字信号；

数据采集模块，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，采集所述Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量的数字信号；

标准曲线绘制模块，用于在函数拟合模式下，绘制以实际锈蚀百分数为纵坐标，横坐标分别为Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量的3条标准曲线；

第一数据拟合模块，用于在函数拟合模式下，针对所述3条标准曲线分别进行数学拟合，分别得到所述锈蚀百分数与Cl^-的质量百分含量之间的第一函数关系式、所述锈蚀百分数与pH之间的第二函数关系式和所述锈蚀百分数与O₂的体积百分含量之间的第三函数关系式；

第二数据拟合模块，用于在函数拟合模式下，将所述锈蚀百分数与Cl^-的质量百分含量之间的第一函数关系式、所述锈蚀百分数与pH之间的第二函数关系式和所述锈蚀百分数与O₂的体积百分含量之间的第三函数关系式进行合并拟合，得到自变量包括Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量，因变量为锈蚀百分数的第四函数关系式；

锈蚀百分数换算模块，用于在检测模式下，根据所述数据采集模块采集到的待测检测点的Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量的数字信号代入所述第四函数关系式，并换算为所述待测检测点处的锈蚀百分数；

其中，在所述函数拟合模式下，所述标准曲线绘制模块进行标准曲线绘制的必要条件是，由所述实际锈蚀百分数、Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量构成的数据组合涉及至少5个检测点。

参见附图2，应用本发明实施例提供的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置执行地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断方法包括以下步骤：

步骤S1：选取与标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点；

步骤S2：测定标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点处Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量；

步骤S3：针对标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点进行实际诊断，并得到与标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点相对应的锈蚀百分数的诊断结论；

步骤S4：绘制以锈蚀百分数为纵坐标，横坐标分别为Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量的3条标准曲线；

步骤S5：针对3条标准曲线分别进行数学拟合，分别得到锈蚀百分数与Cl^-的质量百分含量之间的第一函数关系式、锈蚀百分数与pH之间的第二函数关系式和锈蚀百分数与O₂的体积百分含量之间的第三函数关系式；

步骤S6：将锈蚀百分数与Cl^-的质量百分含量之间的第一函数关系式、锈蚀百分数与pH之间的第二函数关系式和锈蚀百分数与O₂的体积百分含量之间的第三函数关系式进行合并拟合，得到自变量包括Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量，因变量为锈蚀百分数的第四函数关系式；

步骤S7：选取待测地下混凝土结构钢周围土层的待测检测点，测定待测检测点处Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量；

步骤S8：将得到的待测检测点处Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量代入至第四函数关系式，通过计算得到待测检测点处的锈蚀百分数。

本发明实施例通过绘制标准曲线后在该标准曲线中描点的方式检测待测检测点处的锈蚀百分数，只要标准曲线绘制完成，即可应用检测仪器分别获取待测检测点处的Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量得到待测检测点处的锈蚀百分数，易于理解，测量过程简单，并且测量结果准确。

其中，至少5个检测点选自同一个标准地下混凝土结构钢样本周围土层。在这种情况下，可以针对同一个标准地下混凝土结构钢样本进行标定，标定的准确度较高。

其中，至少5个检测点选自不同的标准地下混凝土结构钢样本周围土层。在这种情况下，能够针对不同的标准地下混凝土结构钢样本进行标定，经过这种标定方法标定后的适用范围更广，本实施例中，不同的标准地下混凝土结构钢样本之间的距离不超过100m，在这种情况下，能够避免由于土质、环境变化而带来的误差。

其中，标准地下混凝土结构钢样本至少在土中设置1个月。在这种情况下，能够使得标准地下混凝土结构钢样本拥有足够的锈蚀时间，从而达到相应的锈蚀百分数，使得标定的锈蚀百分数的涉及数据范围更广。

其中，针对标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点进行实际检测的方法为取出标准地下混凝土结构钢样本或者开挖标准地下混凝土结构钢样本周围土层，使标准地下混凝土结构钢样本出露。其中，取出标准地下混凝土结构钢样本的方式适用于标准地下混凝土结构钢样本的重量和体积较小的情况，而开挖标准地下混凝土结构钢样本周围土层，使标准地下混凝土结构钢样本出露的方式适用于标准地下混凝土结构钢样本的重量和体积较大的情况，实践中，可以根据实际情况进行选择。

其中，至少5个检测点的深度不同。在这种情况下，能够使得检测点的深度范围更广。

其中，测定标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点处Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量的方法包括以下步骤：

步骤S201：在标准地下混凝土结构钢样本周围土层开挖孔洞，直至孔洞的深度与至少5个检测点的深度相适应；

步骤S202：分别将用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器探头、用于测定pH的第二检测仪器探头、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器探头放置于孔洞内；

步骤S203：回填开挖孔洞时挖出的土使得用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器探头、用于测定pH的第二检测仪器探头、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器探头稳定；

步骤S204：经历一延迟时间段后，分别读取用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器、用于测定pH的第二检测仪器、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器的读数即得到标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点处Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量值。

在这种情况下，能够使获得的至少5个检测点处Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量的结果更加准确和稳定。

其中，用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器、用于测定pH的第二检测仪器、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器上分别设有拉绳。在这种情况下，能够便于将用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器、用于测定pH的第二检测仪器、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器从土层中取出，只要通过拉动拉绳，即可将其分别取出。

其中，标准地下混凝土结构钢样本的设置位置与待测地下混凝土结构钢的设置位置之间的距离不超过100m。在这种情况下，能够避免由于土质、环境变化而带来的误差。

其中，地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断方法还包括以下步骤，

步骤S9：针对待测检测点，间隔设定时间多次测定Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量；

步骤S10：将多次测定得到的Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量分别代入至第四函数关系式，通过计算得到待测检测点处的锈蚀百分数；

步骤S11：绘制纵坐标为待测检测点处的锈蚀百分数，横坐标为时间的曲线，即得到待测检测点处的锈蚀百分数随时间变化的关系曲线。

在这种情况下，能够通过待测检测点处的锈蚀百分数随时间变化的关系曲线预测地下混凝土结构钢的锈蚀百分数的变化趋势，一旦该曲线出现的拐点波动较大，则提示对该地下混凝土结构钢进行维护或者更换，能够避免相关事故的发生。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置，其特征在于，包括：

模式转换模块，用于在函数拟合模式与检测模式之间转换；

Cl^-的质量百分含量探测装置，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，探测地下混凝土结构钢周围土层检测点处的Cl^-的质量百分含量；

pH探测装置，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，探测地下混凝土结构钢周围土层检测点处的pH；

O₂的体积百分含量探测装置，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，探测地下混凝土结构钢周围土层检测点处的O₂的体积百分含量；

实际锈蚀百分数获取模块，用于在函数拟合模式下，获取标准地下混凝土结构钢样本的实际锈蚀百分数；

模数转换器，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，将所述Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量的模拟信号转换为数字信号；

数据采集模块，用于在函数拟合模式下或者检测模式下，采集所述Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量的数字信号；

标准曲线绘制模块，用于在函数拟合模式下，绘制以实际锈蚀百分数为纵坐标，横坐标分别为Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量的3条标准曲线；

第一数据拟合模块，用于在函数拟合模式下，针对所述3条标准曲线分别进行数学拟合，分别得到所述锈蚀百分数与Cl^-的质量百分含量之间的第一函数关系式、所述锈蚀百分数与pH之间的第二函数关系式和所述锈蚀百分数与O₂的体积百分含量之间的第三函数关系式；

第二数据拟合模块，用于在函数拟合模式下，将所述锈蚀百分数与Cl^-的质量百分含量之间的第一函数关系式、所述锈蚀百分数与pH之间的第二函数关系式和所述锈蚀百分数与O₂的体积百分含量之间的第三函数关系式进行合并拟合，得到自变量包括Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量，因变量为锈蚀百分数的第四函数关系式；

锈蚀百分数换算模块，用于在检测模式下，根据所述数据采集模块采集到的待测检测点的Cl^-的质量百分含量、pH、O₂的体积百分含量的数字信号代入所述第四函数关系式，并换算为所述待测检测点处的锈蚀百分数；

其中，在所述函数拟合模式下，所述标准曲线绘制模块进行标准曲线绘制的必要条件是，由所述实际锈蚀百分数、Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量构成的数据组合涉及至少5个检测点。

2.根据权利要求1所述的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置，其特征在于，还包括：

锈蚀百分数变化趋势曲线绘制模块，用于针对所述待测检测点，间隔设定时间多次测定所述Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量并得到所述待测检测点处多次计算得到的锈蚀百分数后，绘制纵坐标为所述待测检测点处的锈蚀百分数，横坐标为时间的曲线，即得到所述待测检测点处的锈蚀百分数随时间变化的关系曲线。

3.根据权利要求1所述的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置，其特征在于，所述至少5个检测点选自同一个标准地下混凝土结构钢样本周围土层。

4.根据权利要求1所述的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置 ，其特征在于，所述至少5个检测点选自不同的标准地下混凝土结构钢样本周围土层。

5.根据权利要求1所述的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置，其特征在于，所述标准地下混凝土结构钢样本至少在土中设置1个月。

6.根据权利要求1所述的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置，其特征在于，针对所述标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点进行实际检测的方法为取出所述标准地下混凝土结构钢样本或者开挖所述标准地下混凝土结构钢样本周围土层，使所述标准地下混凝土结构钢样本出露。

7.根据权利要求1所述的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置，其特征在于，所述至少5个检测点的深度不同。

8.根据权利要求1所述的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置，其特征在于，测定所述标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点处Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量的方法包括以下步骤：

在所述标准地下混凝土结构钢样本周围土层开挖孔洞，直至所述孔洞的深度与所述至少5个检测点的深度相适应；

分别将用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器探头、用于测定pH的第二检测仪器探头、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器探头放置于所述孔洞内；

回填开挖所述孔洞时挖出的土使得所述用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器探头、用于测定pH的第二检测仪器探头、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器探头稳定；

经历一延迟时间段后，分别读取所述用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器、用于测定pH的第二检测仪器、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器的读数即得到所述标准地下混凝土结构钢样本周围土层的至少5个检测点处Cl^-的质量百分含量、pH和O₂的体积百分含量值。

9.根据权利要求8所述的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置，其特征在于，所述用于测定Cl^-的质量百分含量的第一检测仪器、用于测定pH的第二检测仪器、用于测定O₂的体积百分含量的第三检测仪器上分别设有拉绳。

10.根据权利要求1所述的地下混凝土结构钢锈蚀无损诊断装置，其特征在于，所述标准地下混凝土结构钢样本的设置位置与待测地下混凝土结构钢的设置位置之间的距离不超过100m。

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