CN207557160U - 用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，钢筋腐蚀传感器和电阻率传感器沿轴向平行安装在非金属套管中，钢筋腐蚀传感器与电阻率传感器之间填充绝缘密封层；钢筋腐蚀传感器的Cl‑探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极沿轴向间隔设于金属套管中，Cl‑探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极相互之间及与金属套管之间设有绝缘密封层，Cl‑探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极上端露出绝缘密封层，其露出部分由透水保护层覆盖；多根钢筋电极的下端齐平，而上端呈阶梯式排布。本实用新型可以全面检测不同混凝土深度下结构腐蚀的发生和发展过程，更加全面反映钢筋混凝土工程结构安全状况。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，尤其是指用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统。
背景技术
混凝土中钢筋的腐蚀是影响混凝土结构耐久性和安全性的最主要原因之一，混凝土的碳化和Cl-等腐蚀性物质的侵蚀是造成钢筋腐蚀的重要因素。随着混凝土应用技术的不断发展，关于混凝土耐久性和钢筋腐蚀监测技术的研究工作也在不断深入开展。传统检测方法是通过现场对钢筋混凝土结构进行钻孔取样，进行化学分析，判断混凝土碳化和Cl-污染情况等，但钻孔取样会对工程结构造成破坏和损伤，且由于采样随机性大，并受制于检测环境、检测条件的影响，不能够全面、准确和实时地监测钢筋混凝土的实际情况，同时还会耗费较大的检测成本。
现有技术中，国内外发展了多种无损检测和监测技术，比如电磁技术、涡流技术、超声波技术、红外技术等，这些无损检测技术通过测量钢筋腐蚀后混凝土结构物理性质的变化来判断钢筋混凝土结构的安全状况。钢筋腐蚀的本质是电化学过程，腐蚀电化学检测技术在分析金属腐蚀过程方面具有更大优势，可以获得腐蚀早期的信息，可为全面、准确判定钢筋混凝土的寿命和安全性提供判据。近年来发展了多种埋置式腐蚀传感器技术，比如阳极梯、多功能腐蚀传感器等。20世纪80年代末，德国亚琛工业大学土木工程研究所率先发明、使用了梯形阳极混凝土结构预埋式监测传感器系统，其由6根竖直间隔排列的钢筋棒、1个阴极以及用于结构互连的导线构成的阳极梯，能够测量不同混凝土保护层厚度下钢筋的电偶腐蚀电流；丹麦FORCE Technology公司发明的一种基于梯形阳极的预埋式钢筋混凝土腐蚀监测系统，包含4个黑钢阳极和1个钛网阴极，4个阳极处于不同高度，并结合埋置式MnO2参比电极，可测量黑钢阳极的电位变化和黑钢阳极与阴极之间的电偶腐蚀电流，预判钢筋腐蚀时间。
公开号为CN 101334353 A公开一种用于监测钢筋混凝土结构腐蚀的多功能传感器，在此基础之上，本实用新型研发一种可梯度监测钢筋混凝土结构腐蚀程度的梯度阳极监测系统，同时集成电阻率传感器，全面检测不同混凝土深度下结构腐蚀的发生和发展过程，更加全面反映钢筋混凝土工程结构安全状况。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，以全面检测不同混凝土深度下结构腐蚀的发生和发展过程，更加全面反映钢筋混凝土工程结构安全状况。
为了达成上述目的，本实用新型的解决方案为：
用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，包括非金属套管、钢筋腐蚀传感器、电阻率传感器；钢筋腐蚀传感器和电阻率传感器沿轴向平行安装在非金属套管中，钢筋腐蚀传感器与电阻率传感器之间填充绝缘密封层；其中，钢筋腐蚀传感器包括金属套管、Cl-探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极；Cl-探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极沿轴向间隔设于金属套管中，Cl-探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极下端均分别设置外引导线，Cl-探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极相互之间及与金属套管之间设有绝缘密封层，Cl-探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极上端露出绝缘密封层，其露出部分由透水保护层覆盖，金属套管下端为封闭端；多根钢筋电极的下端齐平，而上端呈阶梯式排布；电阻率传感器包括两根沿非金属套管轴向设置的电阻率电极，该两电阻率电极下端设置外引导线。
进一步，多根钢筋电极设置为3根，该3根钢筋电极上端端面至透水保护层的上表面的距离分别为10mm、15mm、20mm。
进一步，钢筋电极设置为圆柱形，直径为6-15mm，长度为15-30mm，其上端横截面为工作面。
进一步，电阻率电极材质为316不锈钢或钛合金。
进一步，电阻率电极长度为50-120mm，直径为4-20mm，两电阻率电极间距为20-40mm。
进一步，金属套管下端由绝缘密封层填充封闭。
进一步，两根电阻率电极沿非金属套管轴向平行设置。
进一步，非金属套管的材质为塑料、尼龙或聚四氟乙烯。
进一步，绝缘密封层为环氧树脂。
进一步，透水保护层为水泥砂浆保护层，其配比为水泥：沙子：水＝1：(1.5-4)：(0.3-0.6)。
进一步，金属套管材质为不锈钢或钛合金，Cl-探针为Ag/AgCl电极棒，pH探针为IrO2/Ti电极棒。
采用上述方案后，本实用新型钢筋腐蚀传感器和电阻率传感器沿轴向平行安装在非金属套管中，钢筋腐蚀传感器包括多根钢筋电极，该多根钢筋电极的下端齐平，而上端呈阶梯式排布。将多根钢筋电极以阶梯分式排布，可以监测钢筋腐蚀锋面在混凝土中的位置和发展情况，也可同步检测混凝土的电阻率等环境因素，从而全面监测钢筋混凝土结构的腐蚀情况。
本实用新型多根钢筋电极按梯度排列，通过分别测量不同混凝土深度下的钢筋电极的腐蚀电位和腐蚀电流，可以及时、有效判断混凝土中钢筋腐蚀的发展情况。
同时，本实用新型在混凝土内部预埋两根平行的电阻率电极，在两电阻率电极之间施加电流或电位激励信号，通过测量感应电位或电流，获得两电极之间混凝土层的电阻R，电阻率值ρ可由电阻R、电极间距L以及电阻率电极与混凝土的接触面积S计算获得：
本实用新型涉及的梯度监测不同混凝土深度下钢筋混凝土结构腐蚀的多功能监测系统，可实时监测判断混凝土中钢筋腐蚀锋面的位置和发展情况，结合混凝土电阻率参数，更全面、更可靠地评测钢筋混凝土结构腐蚀状况。
附图说明
图1为本实用新型的纵向结构示意图；
图2为本实用新型的横向结构示意图；
图3为本实用新型的Cl-探针电极电位对Cl-浓度的响应关系图；
图4为本实用新型的pH探针电极电位对pH值的响应关系图；
图5为本实用新型的三个钢筋电极腐蚀电位-时间关系图；
图6为本实用新型的电阻率电极测量的混凝土电阻-时间关系图。
标号说明
非金属套管1 钢筋腐蚀传感器2
金属套管21 Cl-探针22
pH探针23 钢筋电极24
MnO2参比电极25 电阻率传感器3
绝缘密封层4 外引导线5
透水保护层6。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型做详细描述。
请参阅图1至图6所述，其中参见图1和图2所示，为了将用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统的结构示意更清晰，图1将各探针和电极依次并排排列，实施例中各探针和电极实际是按图2方式排列。
本实用新型揭示的用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，包括非金属套管1、钢筋腐蚀传感器2、电阻率传感器3。钢筋腐蚀传感器2和电阻率传感器3沿轴向平行安装在非金属套管1中，非金属套管1的材质为塑料、尼龙或聚四氟乙烯。钢筋腐蚀传感器2与电阻率传感器3之间填充绝缘密封层4，绝缘密封层4可以为环氧树脂或其它。
其中，钢筋腐蚀传感器2包括金属套管21、Cl-探针22、pH探针23、多根钢筋电极24和MnO2参比电极25，金属套管21材质为不锈钢或钛合金，Cl-探针22为Ag/AgCl电极棒，pH探针23为IrO2/Ti电极棒。钢筋电极24采用Q235碳钢，尺寸为φ10mm×30mm，以其上端横截面为工作面，侧面以环氧树脂密封。
Cl-探针22、pH探针23、多根钢筋电极24和MnO2参比电极25沿轴向间隔设于金属套管21中，Cl-探针22、pH探针23、多根钢筋电极24和MnO2参比电极25下端均分别设置外引导线5，Cl-探针22、pH探针23、多根钢筋电极24和MnO2参比电极25相互之间及与金属套管21之间设有绝缘密封层4，Cl-探针22、pH探针23、多根钢筋电极24和MnO2参比电极25上端露出绝缘密封层4，其露出部分由透水保护层6覆盖，金属套管21下端为封闭端，其下端由绝缘密封层填充封闭，绝缘密封层可以为环氧树脂；多根钢筋电极24的下端齐平，而上端呈阶梯式排布。
多根钢筋电极24以阶梯分式排布，可以监测钢筋腐蚀锋面在混凝土中的位置和发展情况，也可同步检测混凝土的电阻率等环境因素，从而全面监测钢筋混凝土结构的腐蚀情况。
本实施例中，多根钢筋电极24设置为3根，该3根钢筋电极24上端端面至透水保护层6的上表面的距离分别为10mm、15mm、20mm。透水保护层6可以为水泥砂浆保护层(混凝土)，其配比为水泥：沙子：水＝1：(1.5-4)：(0.3-0.6)，或者为黏土或其他多孔材料。钢筋电极24设置为圆柱形，直径为6-15mm，长度为15-30mm，其上端横截面为工作面。
电阻率传感器3包括两根沿非金属套管1轴向设置的电阻率电极，该两电阻率电极下端设置外引导线5。电阻率电极材质为不锈钢或钛合金。本实施例中，电阻率电极采用316不锈钢材料，电阻率电极为长度为50-120mm，直径为4-20mm的圆柱体，一端与外引导线5连接，另一端作为电阻率电极工作面，侧面用绝缘材料密封，两电阻率电极间距为20-40mm，两根电阻率电极沿非金属套管1轴向平行设置。本实用新型可实时监测判断混凝土中钢筋腐蚀锋面的位置和发展情况，结合混凝土电阻率参数，更全面、更可靠地评测钢筋混凝土结构腐蚀状况。
参见图3至图6所示，给出本实用新型的测试结果，将本实用新型直接浸泡在0.001mol/L的Ca(OH)2溶液中(模拟混凝土环境)，用DM3058E数字万用表定期测量各钢筋电极的腐蚀电位随时间的变化和介质电阻率的变化。图3为Cl-探针22电极电位对Cl-浓度的响应关系图；图4为pH探针电极23电位对pH值的响应关系图；图5为三个钢筋电极腐蚀电位-时间关系图；图6为电阻率电极测量的混凝土电阻-时间关系图。
从图5可以看出，在浸泡1-24d周期内，距离混凝土表面10mm的钢筋电极24的腐蚀电位首先发生下降，而距离混凝土表面15mm、20mm的钢筋电极24的腐蚀电位则一开始出现小幅度上升波动，随后逐渐稳定。表明距离混凝土表面10mm的钢筋电极24随混凝土所处腐蚀环境的变化，其表面开始脱钝发生腐蚀，即该位置的Cl-浓度已经超出临界值，而距离混凝土表面15mm、20mm的钢筋电极24表面仍处于钝化状态。
从图6可以看出，钢筋腐蚀传感器2放置于干燥的混凝土环境下，该过程中混凝土环境缓慢变干燥，混凝土电阻值逐渐增大。随后将钢筋腐蚀传感器2直接浸泡在0.001mol/L的Ca(OH)2溶液中，其中，A点为钢筋腐蚀传感器2放置在0.001mol/L的Ca(OH)2溶液中的浸泡时间起始点，A点之后，混凝土电阻值大幅度降低。电阻率传感器3可以灵敏地检测混凝土环境由干燥到湿润时电阻率的变化。
综上，本实用新型采用梯度钢筋腐蚀传感器，有效检测钢筋腐蚀锋面在混凝土中位置和腐蚀发展情况，提高了腐蚀监测数据的可靠性。混凝土电阻率传感器灵敏度较高，可灵敏监测混凝土电阻率随着混凝土腐蚀环境的变化。实现了钢筋腐蚀参数、混凝土环境参数的同时检测，可以更加全面地监测钢筋混凝土中的腐蚀环境和钢筋的腐蚀状态，对评估钢筋混凝土工程结构的安全性，并针对相应问题进行科学维护具有重要意义。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (10)
1.用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，其特征在于：包括非金属套管、钢筋腐蚀传感器、电阻率传感器；钢筋腐蚀传感器和电阻率传感器沿轴向平行安装在非金属套管中，钢筋腐蚀传感器与电阻率传感器之间填充绝缘密封层；其中，钢筋腐蚀传感器包括金属套管、Cl-探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极；Cl-探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极沿轴向间隔设于金属套管中，Cl-探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极下端均分别设置外引导线，Cl-探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极相互之间及与金属套管之间设有绝缘密封层，Cl-探针、pH探针、多根钢筋电极和MnO2参比电极上端露出绝缘密封层，其露出部分由透水保护层覆盖，金属套管下端为封闭端；多根钢筋电极的下端齐平，而上端呈阶梯式排布；电阻率传感器包括两根沿非金属套管轴向设置的电阻率电极，该两电阻率电极下端设置外引导线。
2.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，其特征在于：多根钢筋电极设置为3根，该3根钢筋电极上端端面至透水保护层的上表面的距离分别为10mm、15mm、20mm。
3.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，其特征在于：钢筋电极设置为圆柱形，直径为6-15mm，长度为15-30mm，其上端横截面为工作面。
4.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，其特征在于：电阻率电极材质为316不锈钢或钛合金；电阻率电极长度为50-120mm，直径为4-20mm，两电阻率电极间距为20-40mm。
5.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，其特征在于：金属套管下端由绝缘密封层填充封闭。
6.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，其特征在于：两根电阻率电极沿非金属套管轴向平行设置。
7.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，其特征在于：非金属套管的材质为塑料、尼龙或聚四氟乙烯。
8.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，其特征在于：绝缘密封层为环氧树脂。
9.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，其特征在于：透水保护层为水泥砂浆保护层。
10.如权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的多功能腐蚀监测系统，其特征在于：金属套管材质为不锈钢或钛合金，Cl-探针为Ag/AgCl电极棒，pH探针为IrO2/Ti电极棒。
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