CN110308183A - 一种实时监测混凝土渗水深度的无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实时监测混凝土渗水深度的无损检测方法，该方法以预埋电极对间混凝土的电阻值为测量对象，以“电阻—渗水深度”模型为计算手段，通过将实时采集的电阻值代入模型实现渗水深度的无损检测及实时监测。所述电极对为平行于混凝土渗水面对正布置的一对电极，其埋深分别为a毫米和b毫米（0<a<b）。其实施步骤为电极预埋、电阻测量、渗水深度的计算与实时监测。该方法解决了现有技术只能破损检测混凝土渗水深度的问题，实现了对混凝土渗水深度的无损监测。

Description

一种实时监测混凝土渗水深度的无损检测方法

技术领域

本发明涉及一种实时监测混凝土渗水深度的无损检测方法，属于混凝土性能领域。

背景技术

混凝土与服役环境相互作用时，有害介质的侵蚀经常会使其性能劣化，导致结构使用寿命达不到设计要求而过早破坏。所造成的直接或间接经济损失远超人们的预料。从目前工程破坏实例统计可知，造成这一破坏的主要原因是有害介质以水为载体对混凝土结构进行侵蚀。因此监测混凝土被侵蚀破坏程度的关键就是要及时测得混凝土的渗水深度。

目前，测量混凝土渗水深度的常用方法为渗水高度法，该法是将试件破型并用防水笔描水痕的方式来对渗水深度进行测量。这种方法简单准确，但是却存在三个缺点：一是试件需破型，即有损检测；二是对试件只能一次性测量，无法连续监测；三是需在实验室进行，无法进行工程实地测量。因此这种方法无法得出混凝土渗水深度随时间变化的确切规律，也无法对混凝土受侵蚀程度进行检查和预测。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种实时监测混凝土渗水深度的无损检测方法，该方法建立了混凝土电阻与渗水深度的相关性模型，能够通过数据采集器测量预埋电极对间混凝土的电阻值，将实时采集的电阻值代入模型实现渗水深度的无损检测及实时监测。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种实时监测混凝土渗水深度的无损检测方法，包括以下步骤；

步骤一：电极预埋，在混凝土浇注前将端部焊有导线的一对长L、宽D的薄片状电极预先埋设，埋设深度分别为距混凝土渗水面a毫米和b毫米，0<a<b，并对正平行于混凝土渗水面布置，混凝土浇注时将导线从混凝土中引出；

步骤二：电阻测量，将电极的导线连入数据采集器，对混凝土的电阻变化进行实时测量、记录与输出，并建立“混凝土电阻—渗水深度”模型，“混凝土电阻—渗水深度”模型表现为两个环节实现；

首先第一个环节是设置工作电路，将电源和电流表、开关、电极通过导线串联，电压表并联在该电路中，此时位于渗水面下方的混凝土内嵌有端部焊有导线的一对长L、宽D的薄片状电极，将两电极接入直流电路可以测得两电极间的混凝土电阻值；

其次进行混凝土的电阻的等效测量，在混凝土渗水过程中，两电极之间的混凝土分为渗水区和未渗区,其中两电极间的渗水深度记作，两电极之间的混凝土总电阻由渗水区电阻R₁与未渗水区电阻R₂串联而成；

步骤三：渗水深度的计算，用同一混凝土配合比及原材料浇注两组100mm*100mm*100mm的立方体试件，分别由其测得气干状态混凝土电阻率ρ₁和饱水状态混凝土电阻率ρ₂。

将气干状态混凝土电阻率ρ₁、饱水混凝土电阻率ρ₂、电极表面积A=LD、电极间距H=b-a和实时监测的混凝土电阻值R_总代入公式1，即可计算出对应时刻的混凝土渗水深度h；

公式1：；

步骤四：渗水深度的实时监测，将数据采集器连续输出的电阻值代入公式1，便可在无损条件下获得混凝土任意时刻的渗水深度，实现混凝土渗水深度的实时监测。

进一步的，所述步骤三中的混凝土总渗水深度的计算具体通过以下公式计算：渗水区和未渗水区混凝土的电阻率分别记为ρ₁和ρ₂，渗水区和未渗水区电阻值分别：

两电极之间总电阻可表示为:

公式2 ：；

公式3：；

公式4：；

由公式2、3、4可得两电极间混凝土的渗水深度为：；

由于电极截面尺寸远小于两个预埋电极之间的距离H，忽略电极尺寸的影响，混凝土的

总渗水深度可表示为：h=a+h';

其中a 为近渗水面电极的埋深。

进一步的，所述步骤二中电极的材料选择为导电性金属材料,电极宽度D不大于5mm。

本发明的有益效果是：

本发明通过在混凝土中预埋电极的方式实现了渗水深度的无损检测。因此无论待测目标是整个混凝土结构还是混凝土试件，都能实现同一区域的多次测量。同时该无损检测手段还避免了破损检测对混凝土材料的浪费以及对待测结构取样造成的破损。

通过在混凝土中预埋电极建立了“电阻—渗水深度”模型。模型中混凝土的渗水深度与电阻值成线性关系，因此所测任意电阻值均有唯一确定的渗水深度与其对应。当以某个时刻的电阻值代入模型后，经计算便可以得出对应时刻的渗水深度。当将所有时刻的电阻值依次代入模型后，经计算便可以得出所有时刻的混凝土渗水深度，即实现了混凝土渗水深度的实时监测。所得数据可以对混凝土整个渗水过程进行描述，从而预测渗水深度的确切发展趋势。

该方法使混凝土渗水深度的测量不再局限于实验室，更不再局限于几个试件。所需做的仅是在进行混凝土施工时，将电极预先埋设在需要测量渗水深度的地方。如此便可以对该处混凝土的渗水深度进行实时实地的监测。再通过数据采集器将数据进行远程传输，便可以脱离实验室和实地测量，实现远程监控。

附图说明

图1为本发明的电流路径简化示意图；

图2为本发明的电阻等效模型简化示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，一种实时监测混凝土渗水深度的无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤一：电极预埋，在混凝土浇注前将端部焊有导线的一对长L、宽D的薄片状电极预先埋设，埋设深度分别为距混凝土渗水面a毫米和b毫米，0<a<b，并对正平行于混凝土渗水面布置，混凝土浇注时将导线从混凝土中引出；

步骤二：电阻测量，将电极的导线连入数据采集器，对混凝土的电阻变化进行实时测量、记录与输出，并建立“混凝土电阻—渗水深度”模型，“混凝土电阻—渗水深度”模型表现为两个环节实现；

首先第一个环节是设置工作电路，将电源和电流表、开关、电极通过导线串联，电压表并联在该电路中，此时位于渗水面下方的混凝土内嵌有端部焊有导线的一对长L、宽D的薄片状电极，将两电极接入直流电路可以测得两电极间的混凝土电阻值；

其次进行混凝土的电阻的等效测量，在混凝土渗水过程中，两电极之间的混凝土分为渗水区和未渗区,其中两电极间的渗水深度记作，两电极之间的混凝土总电阻由渗水区电阻R₁与未渗水区电阻R₂串联而成；

步骤三：渗水深度的计算，用同一混凝土配合比及原材料浇注两组100mm*100mm*100mm的立方体试件，分别由其测得气干状态混凝土电阻率ρ₁和饱水状态混凝土电阻率ρ₂。

将气干状态混凝土电阻率ρ₁、饱水混凝土电阻率ρ₂、电极表面积A=LD、电极间距H=b-a和实时监测的混凝土电阻值R_总代入公式1，即可计算出对应时刻的混凝土渗水深度h；

公式1为；

步骤四：渗水深度的实时监测，将数据采集器连续输出的电阻值代入公式1，便可在无损条件下获得混凝土任意时刻的渗水深度，实现混凝土渗水深度的实时监测。

2．根据权利要求1所述的一种实时监测混凝土渗水深度的无损检测方法，其特征在于，所述步骤三中的混凝土总渗水深度的计算具体通过以下公式计算：渗水区和未渗水区混凝土的电阻率分别记为ρ₁和ρ₂，渗水区和未渗水区电阻值分别：

两电极之间总电阻可表示为:

公式2：；

公式3：；

公式4：；

由公式2、3、4可得两电极间混凝土的渗水深度为：；

由于电极截面尺寸远小于两个预埋电极之间的距离H，忽略电极尺寸的影响，混凝土的总渗水深度可表示为：h=a+h';

其中a 为近渗水面电极的埋深。

所述步骤二中电极的材料选择为导电性金属材料,电极宽度D不大于5mm。

本发明“混凝土电阻—渗水深度”模型的建立的具体方法为：

（1）电流路径的简化

将两电极接入直流电路可以测得两电极间的混凝土电阻值。设电极单侧表面积A=LD、电极间距为H=b-a。，当电流通过电极间混凝土时，电流路径以球形轨迹

向外辐射，并且距离电极越远的地方电流路径越稀疏。又由于电流形成通路时会选择电阻最小的路径，因此绝大多数电流路径都会分布在电极之间。为方便计算，将电极间电流分布区域简化成如图1 右侧所示的路径形式。该路径形式所形成的电阻是以电极单侧表面积A 为底、电极间距H 为高的混凝土区域。

（2）电阻的等效测量

在混凝土渗水过程中，两电极之间的混凝土分为渗水区和未渗区(如图2所示),

其中两电极间的渗水深度记作h'。两电极之间的混凝土总电阻由渗水区电阻R₁ 与未渗水区电阻R₂ 串联而成，其等效电阻如图2 右侧图所示。

（3）混凝土总渗水深度的计算

具体通过以下公式计算：渗水区和未渗水区混凝土的电阻率分别记为ρ₁和饱水状态混凝土电阻率ρ₂和ρ₂，

两电极之间总电阻可表示为:

公式2：,

公式3：；

公式4：；

由公式2、3、4可得两电极间混凝土的渗水深度为：；

由于电极截面尺寸远小于两个预埋电极之间的距离H，忽略电极尺寸的影响，混凝土的总渗水深度可表示为：h=a+h';

本发明通过在混凝土中预埋电极的方式实现了渗水深度的无损检测。因此无论待测目标是整个混凝土结构还是混凝土试件，都能实现同一区域的多次测量。同时该无损检测手段还避免了破损检测对混凝土材料的浪费以及对待测结构取样造成的破损；

本发明通过在混凝土中预埋电极建立了“电阻—渗水深度”模型。模型中混凝土的渗水深度与电阻值成线性关系，因此所测任意电阻值均有唯一确定的渗水深度与其对应。当以某个时刻的电阻值代入模型后，经计算便可以得出对应时刻的渗水深度。当将所有时刻的电阻值依次代入模型后，经计算便可以得出所有时刻的混凝土渗水深度，即实现了混凝土渗水深度的实时监测。所得数据可以对混凝土整个渗水过程进行描述，从而预测渗水深度的确切发展趋势；

该方法使混凝土渗水深度的测量不再局限于实验室，更不再局限于几个试件。所需做的仅是在进行混凝土施工时，将电极预先埋设在需要测量渗水深度的地方。如此便可以对该处混凝土的渗水深度进行实时实地的监测。再通过数据采集器将数据进行远程传输，便可以脱离实验室和实地测量，实现远程监控。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种实时监测混凝土渗水深度的无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤一：电极预埋，在混凝土浇注前将端部焊有导线的一对长L、宽D的薄片状电极预先埋设，埋设深度分别为距混凝土渗水面a毫米和b毫米，0<a<b，并对正平行于混凝土渗水面布置，混凝土浇注时将导线从混凝土中引出；

步骤二：电阻测量，将电极的导线连入数据采集器，对混凝土的电阻变化进行实时测量、记录与输出，并建立“混凝土电阻—渗水深度”模型，“混凝土电阻—渗水深度”模型表现为两个环节实现；

首先第一个环节是设置工作电路，将电源和电流表、开关、电极通过导线串联，电压表并联在该电路中，此时位于渗水面下方的混凝土内嵌有端部焊有导线的一对长L、宽D的薄片状电极，将两电极接入直流电路可以测得两电极间的混凝土电阻值；

其次进行混凝土的电阻的等效测量，在混凝土渗水过程中，两电极之间的混凝土分为渗水区和未渗区,其中两电极间的渗水深度记作h^|，两电极之间的混凝土总电阻由渗水区电阻R₁与未渗水区电阻R₂串联而成；

步骤三：渗水深度的计算，用同一混凝土配合比及原材料浇注两组100mm*100mm*100mm的立方体试件，分别由其测得气干状态混凝土电阻率ρ₁和饱水状态混凝土电阻率ρ₂。

将气干状态混凝土电阻率ρ₁、饱水混凝土电阻率ρ₂、电极表面积A＝LD、电极间距H＝b-a和实时监测的混凝土电阻值R_总代入公式1，即可计算出对应时刻的混凝土渗水深度h；

公式1为

步骤四：渗水深度的实时监测，将数据采集器连续输出的电阻值代入公式1，便可在无损条件下获得混凝土任意时刻的渗水深度，实现混凝土渗水深度的实时监测。

2.根据权利要求1所述的一种实时监测混凝土渗水深度的无损检测方法，其特征在于，所述步骤三中的混凝土总渗水深度的计算具体通过以下公式计算：

电极之间总电阻可表示为:公式2：R_总＝R₁+R₂,

渗水区和未渗水区混凝土的电阻率分别记为ρ₁和ρ₂，渗水区和未渗水区电阻值分别：

公式3：

公式4：

由公式2、3、4可得两电极间混凝土的渗水深度为：

由于电极截面尺寸远小于两个预埋电极之间的距离H，忽略电极尺寸的影响，混凝土的总渗水深度可表示为：h＝a+h^|；

其中a为近渗水面电极的埋深。

3.根据权利要求1所述的一种实时监测混凝土渗水深度的无损检测方法，其特征在于，所述步骤二中电极的材料选择为导电性金属材料,电极宽度D不大于5mm。