CN114441601A - 悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统及方法，该悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统用于监测悬拉索桥钢桥面结构的腐蚀状态，悬拉索桥钢桥面结构包括钢桥面以及位于钢桥面上的铺装层，悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统包括阻抗监测装置和电阻监测装置，阻抗监测装置包括阻抗分析仪和阻抗探针，阻抗分析仪和阻抗探针电连接，电阻监测装置包括腐蚀探针主机和电阻探针，腐蚀探针主机和电阻探针电连接，阻抗探针和电阻探针均埋设于铺装层内。本发明提供的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统能够同时实现对铺装层的老化状态和钢桥面的腐蚀状态的监测，大大降低刨开铺装层验证钢桥面的锈蚀状态的频次和劳动量。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程的桥面健康检测技术领域，尤其是涉及一种悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统及方法。
背景技术
长大跨径桥梁的钢桥面铺装一直是一个国际性的难题，其原因在于钢桥面的刚度较小，变形较大，要求沥青铺装具有良好的变形随从性。而铺装层受力复杂，受温度的影响较为严重，尤其是在水平剪应力的作用下，铺装层易于产生各种变形破坏。国外在20世纪60年代就开始对钢桥面铺装进行研究，国内在近几年也陆续开展了试验研究和实际应用。目前钢桥面使用的沥青铺装主要有浇注式沥青混凝土、环氧改性沥青混凝土、沥青玛碲脂碎石(SMA)三种材料，这三种铺装材料在材料组成、性能、施工工艺上有很大的区别。
国内进行大跨度悬索桥钢箱梁铺装，目前流行用TAF环氧沥青混凝土进行铺装。这种铺装层养生周期短(4-10d),而且TAF环氧沥青混凝土高温施工(约180℃)可以去除水分,显著减少或避免铺装层鼓包开裂病害。典型的铺装层的组成如下：(1)钢桥面喷砂除锈至Sa2.5级；(2)3mm环氧树脂防水胶层；(3)35mm环氧沥青混凝土层；(4)3mm环氧树脂防水胶层；(5)35mm环氧沥青混凝土层。
随着大桥车流量的增长，同时钢桥面铺装层需要经过高温曝晒的考验，桥面损坏随之加剧，破坏形式一般是先出现裂缝，裂缝发展密集后铺装层失效，出现坑槽，维修的坑槽随时间推移不断增大。同时，铺装层也时有推移和车辙出现，下游桥面铺装层开裂、推移、拥包等病害的出现日趋频繁，尤其是雨后病害更易产生。铺装层破损后钢板易外露生锈，不仅难以满足舒适行车要求，而且维修的难度和工作量也相应增大。
对于钢桥面防腐技术的研究主要集中在防腐油漆的选用种类方面。但在有水和空气的条件下，漆膜表面会出现粉化。因此，钢桥面防腐的关键是要在铺装其它层次中加强防水功能设计，使其在一个相对较长的时期内与水和空气隔绝。其中，防水粘结层从所承担的功能上来看，是整个铺装中最重要的一个层次。
现有技术一般是针对防水层的损坏进行监测，并没有提及钢桥面板本身的腐蚀及其腐蚀速率的测量。实际上，从防水层损伤失效到钢桥面发展成腐蚀坑，这之间往往还需要数个季度乃至更长时间。只有对钢桥面的腐蚀速率和腐蚀过程参数进行监测，才能对钢板锈蚀发生量做出评估，进而对钢桥面的承载能力变化做出相应的评判。
发明内容
本发明的目的是提供一种悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统及方法，旨在解决或至少部分解决上述背景技术存在的不足，能够同时实现对铺装层的老化状态和钢桥面的腐蚀状态的监测，大大降低刨开铺装层验证钢桥面的锈蚀状态的频次和劳动量，同时起到提高悬索桥行车通过率的目的。
本发明提供一种悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，用于监测悬拉索桥钢桥面结构的腐蚀状态，所述悬拉索桥钢桥面结构包括钢桥面以及位于所述钢桥面上的铺装层，所述悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统包括阻抗监测装置和电阻监测装置，所述阻抗监测装置包括阻抗分析仪和阻抗探针，所述阻抗分析仪和所述阻抗探针电连接，所述电阻监测装置包括腐蚀探针主机和电阻探针，所述腐蚀探针主机和所述电阻探针电连接，所述阻抗探针和所述电阻探针均埋设于所述铺装层内。
进一步地，所述铺装层包括至少一层沥青铺装层和至少一层防水层，所述防水层位于所述钢桥面与所述沥青铺装层之间，所述阻抗探针和所述电阻探针均埋设于所述防水层内。
进一步地，所述沥青铺装层和所述防水层的数量均为多层，多层所述沥青铺装层和多层所述防水层依次交替设置，所述阻抗探针和所述电阻探针均埋设于最底层的所述防水层内。
进一步地，所述沥青铺装层和所述防水层的数量均为多层，多层所述沥青铺装层和多层所述防水层依次交替设置，每层所述防水层内均设有所述阻抗探针和所述电阻探针。
进一步地，所述阻抗探针和所述电阻探针均为与所述钢桥面相同材质的丝状金属电极，所述阻抗探针的直径和所述电阻探针的直径均不超过所述防水层的厚度。
进一步地，所述阻抗探针的直径和所述电阻探针的直径均为0.5～4毫米，所述阻抗探针的长度和所述电阻探针的长度均为0.5～10米。
进一步地，所述电阻探针包括参考电阻探针和感受电阻探针，所述参考电阻探针和所述感受电阻探针均与所述腐蚀探针主机电连接，所述参考电阻探针和所述感受电阻探针均埋设于所述铺装层内。
进一步地，所述参考电阻探针和所述感受电阻探针的尺寸大小以及材质均相同，所述参考电阻探针的外表面包裹有绝缘密封材料。
进一步地，所述参考电阻探针和所述感受电阻探针在所述铺装层内呈扇形布置。
进一步地，所述悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统还包括无线收发器，所述无线收发器同时与所述阻抗分析仪和所述腐蚀探针主机电信号连接。
本发明还提供一种悬拉索桥钢桥面腐蚀监测方法，运用于以上所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，所述悬拉索桥钢桥面腐蚀监测方法包括：
将阻抗探针和电阻探针均埋设于铺装层内，测量所述电阻探针的腐蚀速率，同时利用所述阻抗探针测量所述铺装层的阻抗值，通过监测所述铺装层的阻抗值和所述电阻探针的腐蚀速率以评估所述铺装层的老化状态和钢桥面的腐蚀状态。
进一步地，所述铺装层包括至少一层沥青铺装层和至少一层防水层，所述防水层位于所述钢桥面与所述沥青铺装层之间，所述悬拉索桥钢桥面腐蚀监测方法还包括：
将所述阻抗探针和所述电阻探针均埋设于所述防水层内，测量所述电阻探针的腐蚀速率，同时利用所述阻抗探针测量所述防水层的阻抗值，通过监测所述防水层的阻抗值和所述电阻探针的腐蚀速率以评估所述防水层的老化状态和所述钢桥面的腐蚀状态。
本发明提供的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，将阻抗探针和电阻探针均埋设于铺装层内，通过测量电阻探针的腐蚀速率，同时利用阻抗探针测量铺装层的阻抗值(铺装层的阻抗值可计算出铺装层的界面电容、铺装层与阻抗探针之间的界面电容等参数，而铺装层的界面电容、铺装层与阻抗探针之间的界面电容等参数与铺装层的含水率、裂纹密度等指标线性相关)，通过监测铺装层的阻抗值和电阻探针的腐蚀速率来评估铺装层的老化状态和钢桥面的腐蚀状态，从而实现对铺装层的老化状态和钢桥面的腐蚀状态的监测，大大降低刨开铺装层验证钢桥面的锈蚀状态的频次和劳动量，同时起到提高悬索桥行车通过率的目的。
附图说明
图1为本发明实施例中悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统的结构示意图。
图2为图1沿A-A位置处的截面示意图。
图3为本发明实施例中在防水层老化初期阻抗探针与防水层之间的等效电路图。
图4为本发明实施例中在防水层老化后期阻抗探针与防水层之间的等效电路图。
图5为实例一中电阻探针的腐蚀余量及腐蚀速率变化趋势图。
图6为实例二中电阻探针的腐蚀余量及腐蚀速率变化趋势图。
图7为实例三中电阻探针的腐蚀余量及腐蚀速率变化趋势图。
图8为本发明另一实施例中悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统的截面示意图。
图9为本发明又一实施例中悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
如图1及图2所示，本发明实施例提供的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，用于监测悬拉索桥钢桥面结构1的腐蚀状态，悬拉索桥钢桥面结构1包括钢桥面11以及位于钢桥面11上的铺装层12。悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统包括阻抗监测装置2和电阻监测装置3，阻抗监测装置2包括阻抗分析仪21和阻抗探针22，阻抗分析仪21和阻抗探针22电连接，电阻监测装置3包括腐蚀探针主机31和电阻探针32，腐蚀探针主机31和电阻探针32电连接，阻抗探针22和电阻探针32均埋设于铺装层12内。
具体地，本实施例将阻抗探针22和电阻探针32均埋设于铺装层12内，通过测量电阻探针32的腐蚀速率，同时利用阻抗探针22测量铺装层12的阻抗值，铺装层12的阻抗值可计算出铺装层12的界面电容、铺装层12与阻抗探针22之间的界面电容等参数(铺装层12的界面电容、铺装层12与阻抗探针22之间的界面电容等参数与铺装层12的含水率、裂纹密度等指标线性相关，下文做详细描述)，通过监测铺装层12的阻抗值和电阻探针32的腐蚀速率来评估铺装层12的老化状态和钢桥面11的腐蚀状态，从而实现对铺装层12的老化状态和钢桥面11的腐蚀状态的监测，大大降低刨开铺装层12验证钢桥面11的锈蚀状态的频次和劳动量，同时起到提高悬索桥行车通过率的目的。
进一步地，如图2所示，在本实施例中，铺装层12包括至少一层沥青铺装层121和至少一层防水层122(当然，在其它实施例中，铺装层12还可以包括其它结构层，例如缓冲层等)，防水层122位于钢桥面11与沥青铺装层121之间。优选地，阻抗探针22和电阻探针32均埋设于防水层122内，且阻抗探针22和电阻探针32与钢桥面11不接触(钢桥面11为钢铁材质制成的导体，若阻抗探针22和电阻探针32与钢桥面11接触，则会造成其测量值不准确)。
具体地，由于防水层122一般粘性较好，故将阻抗探针22和电阻探针32设置于防水层122内能够使防水层122紧密包裹阻抗探针22和电阻探针32，从而使阻抗探针22和电阻探针32的测量值更精准，且方便阻抗探针22和电阻探针32的铺设(沥青铺装层121由于其长时间受车辆碾压，故其更容易破损，不仅容易造成阻抗探针22和电阻探针32损坏，还可能导致其测量数据不准确)；同时，由于防水层122位于铺装层12的最下层，防水层122的老化状态更能够反映整个铺装层12的状态，同时还能够反映防水层122与沥青铺装层121之间的脱粘状态；而且，防水层122靠近钢桥面11设置，电阻探针32的腐蚀状态更贴近于钢桥面11的真实腐蚀状态，防水层122的老化过程能够为钢桥面11的腐蚀过程分析提供依据，同时通过监测防水层122的老化状态能够为钢桥面11将要发生的腐蚀提供预警(当防水层122老化或破损严重时，说明铺装层12的破损位置已接近钢桥面11)。当然，在其它实施例中，阻抗探针22和电阻探针32还可根据实际需要设置于铺装层12的其它结构层中。
如图8所示，在另一实施例中，沥青铺装层121和防水层122的数量均为多层，多层沥青铺装层121和多层防水层122依次交替设置，阻抗探针22和电阻探针32均埋设于最底层的防水层122内。
如图9所示，在另一实施例中，沥青铺装层121和防水层122的数量均为多层，多层沥青铺装层121和多层防水层122依次交替设置，每层防水层122内均设有阻抗探针22和电阻探针32。阻抗探针22和电阻探针32的设置位置可根据实际需求决定。
进一步地，如图1及图2所示，在本实施例中，阻抗探针22和电阻探针32均为与钢桥面11相同材质的丝状金属电极(在本实施例中，阻抗探针22和电阻探针32均为钢丝)，使得电阻探针32的腐蚀状态能够表征钢桥面11的腐蚀状态。阻抗探针22的直径和电阻探针32的直径均不超过防水层122的厚度，从而使得阻抗探针22和电阻探针32能够包裹于防水层122内。
进一步地，如图1及图2所示，在本实施例中，阻抗探针22为长条形结构，每两根阻抗探针22为一组，该两根阻抗探针22均与阻抗分析仪21电连接。通过向两根阻抗探针22施加交流电测得防水层122的阻抗值，从而得到防水层122的界面电容和防水层122与阻抗探针22之间的界面电容等参数。
具体地，防水层122的阻抗高低可以反映铺装层12的老化状态，当水分渗入防水层122，或者由于外力导致防水层122发生开裂时，防水层122的介电常数也会增加。通过测量防水层122的阻抗值，再通过阻抗值的虚部(阻抗为一个复数，其实部为电阻，虚部为电抗，而电抗又包括容抗和感抗)可计算出防水层122的界面电容和防水层122与阻抗探针22之间的界面电容(防水层122的界面电容由高频阻抗得到，防水层122与阻抗探针22之间的界面电容由低频阻抗得到)，通过阻抗值的实部可计算出防水层122与阻抗探针22之间的界面电阻以及阻抗探针22发生腐蚀相应的电荷转移电阻(防水层122与阻抗探针22之间的界面电阻由高频阻抗得到，阻抗探针22发生腐蚀相应的电荷转移电阻由低频阻抗得到)，而电容值和电阻值的大小与防水层122的含水率或者裂纹密度是线性相关的，即可以通过电容值和电阻值来评估铺装层12的老化状态。
其中，利用阻抗探针22测得的阻抗值来评估铺装层12的老化状态的具体方法及理论依据如下：
1、如图3所示，图3为在防水层122老化初期阻抗探针22与防水层122之间的等效电路图，其中RS为防水层122的介质电阻，CC为防水层122的界面电容，RC为防水层122与阻抗探针22之间的界面电阻。在防水层122老化初期，阻抗探针22未发生腐蚀(或腐蚀很轻微，阻抗探针22包裹在防水层122中保持初始光亮状态)，此时可通过阻抗探针22测得的高频阻抗(即对阻抗探针22通以高频交流电)计算得到防水层122的界面电容CC以及防水层122与阻抗探针22之间的界面电阻RC；
在防水层122老化初期，防水层122的界面电容CC＝εε0A/d，其中ε为防水层122的相对介电常数，ε0为真空介电常数，A为阻抗探针22与防水层122之间的接触面积，d为阻抗探针22的直径，而ε0、A和d保持不变(阻抗探针22基本未发生腐蚀)，故防水层122的界面电容CC的变化能够反映防水层122的介电常数ε的变化。同时，防水层122与阻抗探针22之间的界面电阻RC＝ρd/Ad，其中ρ为防水层122的孔隙电阻率，d为阻抗探针22的直径，Ad为防水层122的剥离面积，而d和Ad保持不变，故防水层122与阻抗探针22之间的界面电阻RC的变化能够反映防水层122的孔隙电阻率的变化(即反映了防水层122的孔隙率的变化)。故在防水层122老化初期，通过监测防水层122的界面电容CC以及防水层122与阻抗探针22之间的界面电阻RC的变化，能够评估防水层122的老化状态，进而达到评估铺装层12的老化状态的目的。
2、如图4所示，图4为在防水层122老化后期(防水层122发生老化开裂后)阻抗探针22与防水层122之间的等效电路图，其中RS为防水层122的介质电阻，CC为防水层122的界面电容，RC为防水层122与阻抗探针22之间的界面电阻，Cdl为防水层122与阻抗探针22之间的界面电容，Rct为阻抗探针22发生腐蚀相应的电荷转移电阻。在防水层122老化后期，阻抗探针22已发生腐蚀，此时可通过阻抗探针22测得的低频阻抗(即对阻抗探针22通以低频交流电)计算得到防水层122与阻抗探针22之间的界面电容Cdl以及阻抗探针22发生腐蚀相应的电荷转移电阻Rct(由于阻抗探针22发生腐蚀，阻抗探针22的状态发生变化不再保持初始光亮状态，此时Cdl和Rct相较于CC和RC更能准确反映防水层122的老化状态)，从而评估防水层122的老化状态，进而达到评估铺装层12的老化状态的目的。
即：在防水层122老化初期，可通过监测防水层122的界面电容CC以及防水层122与阻抗探针22之间的界面电阻RC的变化，来评估防水层122的老化状态；在防水层122老化后期，可通过监测防水层122与阻抗探针22之间的界面电容Cdl以及阻抗探针22发生腐蚀相应的电荷转移电阻Rct的变化，来评估防水层122的老化状态。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，电阻探针32弯折形成U形结构，电阻探针32于U形开口处的两端均通过线缆与腐蚀探针主机31电连接。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，电阻探针32包括参考电阻探针321和感受电阻探针322(参考电阻探针321不发生腐蚀，感受电阻探针322发生腐蚀)，即一个参考电阻探针321和一个感受电阻探针322为一组，参考电阻探针321和感受电阻探针322均与腐蚀探针主机31电连接，参考电阻探针321和感受电阻探针322均埋设于铺装层12内。参考电阻探针321和感受电阻探针322的尺寸大小(包括长度、直径等参数)以及材质均相同，参考电阻探针321的外表面包裹有绝缘密封材料3210，使得参考电阻探针321不会发生腐蚀，参考电阻探针321和感受电阻探针322处于同一温度区域。绝缘密封材料3210包括但不限于热缩套、熔结环氧粉末涂层、PVDF涂覆层等。
具体地，当钢板表面的防水层122发生老化龟裂时，还会导致路基钢板(钢桥面11)的锈蚀，进一步降低沥青铺装层121与钢板之间的粘合力。为监测钢板锈蚀，本实施例采用精密电阻探针技术来计算和测量感受电阻探针322的腐蚀速率，感受电阻探针322的腐蚀速率可反映其附近位置处的钢桥面11的腐蚀速率，而且还可以根据感受电阻探针322的腐蚀速率计算得到钢桥面11的腐蚀深度。同时，还可以根据感受电阻探针322的腐蚀速率进一步评估防水层122的老化破损状态(即电阻探针32的腐蚀速率与阻抗探针22测量的铺装层12的阻抗值两者之间是相互印证的)。
具体地，在本实施例中，腐蚀探针主机31为包含程控恒流源、程控前置放大器、A/D转换器构成的测量电路的主体。电阻监测装置3采用典型的四线制测量法，以提高测量电阻的准确度。在使用时，参考电阻探针321和感受电阻探针322串联，中央控制单元MCU通过恒流源给参考电阻探针321和感受电阻探针322施加一个恒定的、高精度的电流I，同时测量参考电阻探针321和感受电阻探针322两端的分压并计算其比值λ，根据λ随时间的变化曲线求导，即可计算出任意时刻感受电阻探针322的腐蚀速率。同时，通过连续监测和计算感受电阻探针322的腐蚀速率随时间的积分值，可进一步计算获得钢桥面11的腐蚀深度。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，参考电阻探针321和感受电阻探针322在铺装层12内呈扇形布置(即参考电阻探针321的U形开口端和感受电阻探针322的U形开口端两者相互靠近，参考电阻探针321和感受电阻探针322的另一端相互远离，从而构成扇形结构)，使得每组电阻探针32能够检测一个扇区的钢桥面11的腐蚀速率，从而增大监控面积。同时，可以通过安装多组电阻探针32来检测不同位置的钢桥面11的腐蚀速率。
进一步地，如图1及图2所示，在本实施例中，阻抗探针22的直径和电阻探针32的直径均为0.5～4毫米，阻抗探针22的长度和电阻探针32的长度L(电阻探针32的长度L指其靠近腐蚀探针主机31的一端与远离腐蚀探针主机31的一端之间的距离)均为0.5～10米。阻抗探针22的长度和电阻探针32的长度L应与铺装层12的监测范围相适配，阻抗探针22的长度和电阻探针32的长度L长度越长，则监测范围越大；但是当铺装层12局部破损时，阻抗探针22的长度和电阻探针32的长度L越长，则测量精度会降低。
进一步地，如图1所示，在本实施例中，悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统还包括无线收发器4，无线收发器4同时与阻抗分析仪21和腐蚀探针主机31电信号连接，铺装层12的老化参数和钢桥面11的腐蚀参数可由无线收发器4实现远程数据传输。
本发明实施例还提供一种悬拉索桥钢桥面腐蚀监测方法，运用于以上所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，该悬拉索桥钢桥面腐蚀监测方法包括：
将阻抗探针22和电阻探针32均埋设于铺装层12内，测量电阻探针32的腐蚀速率，同时利用阻抗探针22测量铺装层12的阻抗值，通过监测铺装层12的阻抗值和电阻探针32的腐蚀速率以评估铺装层12的老化状态和钢桥面11的腐蚀状态。
进一步地，铺装层12包括至少一层沥青铺装层121和至少一层防水层122，防水层122位于钢桥面11与沥青铺装层121之间，该悬拉索桥钢桥面腐蚀监测方法还包括：
将阻抗探针22和电阻探针32均埋设于防水层122内，测量电阻探针32的腐蚀速率，同时利用阻抗探针22测量防水层122的阻抗值，通过监测防水层122的阻抗值和电阻探针32的腐蚀速率以评估防水层122的老化状态和钢桥面11的腐蚀状态。
本发明实施例提供的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统及方法，将阻抗探针22和电阻探针32均埋设于铺装层12内，通过测量电阻探针32的腐蚀速率，同时利用阻抗探针22测量铺装层12的阻抗值，通过监测铺装层12的阻抗值和电阻探针32的腐蚀速率来评估铺装层12的老化状态和钢桥面11的腐蚀状态，从而实现对铺装层12的老化状态和钢桥面11的腐蚀状态的监测，大大降低刨开铺装层12验证钢桥面11的锈蚀状态的频次和劳动量，能够有效管理铺装层12养护，同时起到提高悬索桥行车通过率的目的。
实例一：
阻抗探针22、参考电阻探针321和感受电阻探针322均采用与钢桥面11同材质的钢丝，三者的直径均为2毫米，长度均为2米，且三者均铺设于防水层122中。参考电阻探针321和感受电阻探针322均为U型结构，参考电阻探针321表面包覆聚乙烯热缩套。
在铺装层12完整坚固、未见微裂纹的情况下，将监测探头埋覆在防水层122内半年时间。
如图5所示的电阻探针32的腐蚀余量及腐蚀速率变化趋势图，从半年多的在线监测数据来看，此位置的电阻探针32腐蚀速率保持在0.001μm/a，可以忽略不计，表明此处的防水层122保护效果极好。同时，对应的阻抗测试结果为：防水层122与阻抗探针22之间的界面电阻RC大于107Ω-cm2，防水层122的界面电容CC小于1μF/cm2，表明阻抗探针22没有腐蚀，阻抗探针22包裹在防水层122中保持初始光亮状态，界面电容很小。
实例二：
阻抗探针22、参考电阻探针321和感受电阻探针322均采用与钢桥面11同材质的钢丝，三者的直径均为2毫米，长度均为2米，且三者均铺设于防水层122中。参考电阻探针321和感受电阻探针322均为U型结构，参考电阻探针321表面包覆聚乙烯热缩套。
对铺装层12通过局部高频振动人为制造肉眼可见的微裂纹，并定期喷洒3.5％的氯化钠盐水，将监测探头埋覆在防水层122内半年时间。
如图6所示的电阻探针32的腐蚀余量及腐蚀速率变化趋势图，从半年多的在线监测数据来看，电阻探针32瞬时腐蚀速率基本在0.1～70μm/a之间，且腐蚀速率峰值与人为喷洒盐水关联性好，其年平均腐蚀速率仅3.858μm/a，基本相当于钢丝裸露在大气中腐蚀速率的1/3，半年时间的总腐蚀量为3μm。数据分析表明此处的腐蚀速率略高，铺装层12微裂纹造成水分渗入引起短时间的腐蚀速率上升。
同时，对应的阻抗测试结果为：阻抗探针22发生腐蚀相应的电荷转移电阻Rct大约在103Ω-cm2的水平，防水层122与阻抗探针22之间的界面电容Cdl在100μF/cm2以上，表明阻抗探针22开始发生腐蚀，阻抗探针22表面变得粗糙，界面电容增大。
实例三：
阻抗探针22、参考电阻探针321和感受电阻探针322均采用与钢桥面11同材质的钢丝，三者的直径均为2毫米，长度均为2米，且三者均铺设于防水层122中。参考电阻探针321和感受电阻探针322均为U型结构，参考电阻探针321表面包覆聚乙烯热缩套。
对铺装层12通过局部高频振动人为制造裂纹，铺装层12上表面裂纹宽度达到0.5～1毫米，长度在30厘米以上，并定期喷洒3.5％的氯化钠盐水，将监测探头埋覆在防水层122内半年时间。
如图7所示的电阻探针32的腐蚀余量及腐蚀速率变化趋势图，从半年多的在线监测数据来看，电阻探针32初期的腐蚀速率接近90μm/a，其年平均腐蚀速率为5.656μm/a，总腐蚀量逐渐增加，大约为4μm。数据分析表明此处的腐蚀速率高于实例二，由于铺装层12裂纹更大，防水层122与沥青铺装层121的老化加快。
同时，对应的阻抗测试结果为：阻抗探针22发生腐蚀相应的电荷转移电阻Rct减小一个数量级，普遍小于103Ω-cm2的水平，防水层122与阻抗探针22之间的界面电容Cdl在500μF/cm2以上，表明阻抗探针22发生腐蚀，阻抗探针22表面变得粗糙，界面电容大。即便是后期利用粘结剂封闭裂纹，阻抗探针22发生腐蚀相应的电荷转移电阻Rct略微增大，但是防水层122与阻抗探针22之间的界面电容Cdl仍在500μF/cm2以上，没有减小，说明阻抗探针22表面遭受腐蚀后粗糙，无法逆转。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，用于监测悬拉索桥钢桥面结构(1)的腐蚀状态，所述悬拉索桥钢桥面结构(1)包括钢桥面(11)以及位于所述钢桥面(11)上的铺装层(12)，其特征在于，所述悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统包括阻抗监测装置(2)和电阻监测装置(3)，所述阻抗监测装置(2)包括阻抗分析仪(21)和阻抗探针(22)，所述阻抗分析仪(21)和所述阻抗探针(22)电连接，所述电阻监测装置(3)包括腐蚀探针主机(31)和电阻探针(32)，所述腐蚀探针主机(31)和所述电阻探针(32)电连接，所述阻抗探针(22)和所述电阻探针(32)均埋设于所述铺装层(12)内。
2.如权利要求1所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，其特征在于，所述铺装层(12)包括至少一层沥青铺装层(121)和至少一层防水层(122)，所述防水层(122)位于所述钢桥面(11)与所述沥青铺装层(121)之间，所述阻抗探针(22)和所述电阻探针(32)均埋设于所述防水层(122)内。
3.如权利要求2所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，其特征在于，所述沥青铺装层(121)和所述防水层(122)的数量均为多层，多层所述沥青铺装层(121)和多层所述防水层(122)依次交替设置，所述阻抗探针(22)和所述电阻探针(32)均埋设于最底层的所述防水层(122)内。
4.如权利要求2所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，其特征在于，所述沥青铺装层(121)和所述防水层(122)的数量均为多层，多层所述沥青铺装层(121)和多层所述防水层(122)依次交替设置，每层所述防水层(122)内均设有所述阻抗探针(22)和所述电阻探针(32)。
5.如权利要求2所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，其特征在于，所述阻抗探针(22)和所述电阻探针(32)均为与所述钢桥面(11)相同材质的丝状金属电极，所述阻抗探针(22)的直径和所述电阻探针(32)的直径均不超过所述防水层(122)的厚度。
6.如权利要求5所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，其特征在于，所述阻抗探针(22)的直径和所述电阻探针(32)的直径均为0.5～4毫米，所述阻抗探针(22)的长度和所述电阻探针(32)的长度均为0.5～10米。
7.如权利要求1所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，其特征在于，所述电阻探针(32)包括参考电阻探针(321)和感受电阻探针(322)，所述参考电阻探针(321)和所述感受电阻探针(322)均与所述腐蚀探针主机(31)电连接，所述参考电阻探针(321)和所述感受电阻探针(322)均埋设于所述铺装层(12)内。
8.如权利要求7所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，其特征在于，所述参考电阻探针(321)和所述感受电阻探针(322)的尺寸大小以及材质均相同，所述参考电阻探针(321)的外表面包裹有绝缘密封材料(3210)。
9.如权利要求7所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，其特征在于，所述参考电阻探针(321)和所述感受电阻探针(322)在所述铺装层(12)内呈扇形布置。
10.如权利要求1-9中任一项所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，其特征在于，所述悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统还包括无线收发器(4)，所述无线收发器(4)同时与所述阻抗分析仪(21)和所述腐蚀探针主机(31)电信号连接。
11.一种悬拉索桥钢桥面腐蚀监测方法，其特征在于，运用于如权利要求1-10中任一项所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测系统，所述悬拉索桥钢桥面腐蚀监测方法包括：
将阻抗探针(22)和电阻探针(32)均埋设于铺装层(12)内，测量所述电阻探针(32)的腐蚀速率，同时利用所述阻抗探针(22)测量所述铺装层(12)的阻抗值，通过监测所述铺装层(12)的阻抗值和所述电阻探针(32)的腐蚀速率以评估所述铺装层(12)的老化状态和钢桥面(11)的腐蚀状态。
12.如权利要求11所述的悬拉索桥钢桥面腐蚀监测方法，其特征在于，所述铺装层(12)包括至少一层沥青铺装层(121)和至少一层防水层(122)，所述防水层(122)位于所述钢桥面(11)与所述沥青铺装层(121)之间，所述悬拉索桥钢桥面腐蚀监测方法还包括：
将所述阻抗探针(22)和所述电阻探针(32)均埋设于所述防水层(122)内，测量所述电阻探针(32)的腐蚀速率，同时利用所述阻抗探针(22)测量所述防水层(122)的阻抗值，通过监测所述防水层(122)的阻抗值和所述电阻探针(32)的腐蚀速率以评估所述防水层(122)的老化状态和所述钢桥面(11)的腐蚀状态。
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