CN212748688U - 一种埋入式混凝土耐久性监测传感装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种埋入式混凝土耐久性监测传感装置，浇筑于钢筋混凝土结构的混凝土保护层中，由6×n排电极组成，每一排6个电极均由交替布置的3根钢筋和3根参比电极棒组成；n排电极靠近钢筋混凝土结构中钢筋的内端呈齐平设置，n排电极的外端沿排的布置方向依次设置有高度差；最高一排电极的外端延伸至混凝土保护层的外表面的下方，最低一排电极的外端低于服役混凝土中最外部的一层钢筋；每个电极的内端均焊接有一柔性导线，全部柔性导线集成导线束并通过编号与引线盒中各针脚焊接相连；在每个电极的外表面除上端截面外及电极与柔性导线的焊接处均涂覆环氧树脂涂层。本发明可同时获得混凝土结构不同深度的信息、监测信息准确度高。
Description
技术领域
本实用新型属于钢筋混凝土结构现场腐蚀监测技术，具体涉及一种埋入式混凝土耐久性监测传感装置。
背景技术
钢筋混凝土构筑物作为国民经济和国防建筑各方面的建筑结构，其耐久性深受关注。其中，钢筋锈蚀引起钢筋混凝土结构的过早破坏已成为世界各国普遍关注的一大灾害。美国加州大学梅塔教授在国际混凝土耐久性会议上指出：“当今世界混凝土破坏原因，按递减顺序是：钢筋锈蚀、冻害、物理化学作用”。他明确将“钢筋锈蚀”排在影响混凝土耐久性因素的首位。由于混凝土中钢筋锈蚀问题，而致使建筑物、桥梁、码头和其他使用钢筋混凝土的结构出现了大量问题，并带来了巨大的经济损失。因此，目前混凝土结构的监测技术中，对混凝土结构中钢筋的腐蚀状态监测是一个重要的技术内容。
在新建混凝土结构中，钢筋周围的混凝土孔隙液呈碱性，这种碱性环境使得钢筋表面形成稳定的钝化膜，抑制了钢筋的进一步腐蚀。随着环境与混凝土的交互作用，包括碳化，酸雨以及海洋环境中氯离子等的入侵，使得混凝土中孔隙液的组成发生了改变，主要表现为孔隙液pH值减低，氯离子浓度升高等。这些改变会破坏钢筋表面钝化膜的稳定性，使得钢筋脱钝活化，加速了钢筋的腐蚀速度。腐蚀产物的增加会进一步破坏混凝土材料的稳定，导致混凝土开裂破坏。从新建混凝土结构服役开始，混凝土就与环境不断进行交互作用，侵蚀性物质从混凝土表面开始逐渐向钢筋方向扩张。这种扩张的速度随环境组成因素和混凝土组成因素差异而不同。因此，要保证混凝土结构的安全服役，则需要有效地监控混凝土侵蚀性物质的侵蚀深度，为预防和修复工作提供数据支持。
根据上述混凝土结构和钢筋在劣化过程中的电化学过程变化原理，可以设计相应的传感器对钢筋混凝土结构的耐久性进行监控。近年来，各国研究人员结合混凝土中钢筋的腐蚀机理设计研发了各种基于腐蚀电化学原理的传感器，可对钢筋混凝土结构进行有效的检测和监测。目前国内外报道的有埋入式梯形阳极传感器，如上海交通大学提出的“钢筋混凝土构件中钢筋腐蚀长期监测传感器，CN100454000C”，这种埋入混凝土构件中的传感器可对钢筋腐蚀长期监测，可直接对腐蚀发生的载体－钢筋进行实时测量。厦门大学提出了“一种钢筋混凝土埋入式腐蚀传感器，CN101706408A”也是一种钢筋混凝土埋入式腐蚀传感器，该传感器设有4对腐蚀电偶、空心棒、基座和连接导线。在浇筑混凝土前安装在混凝土内，可对钢筋混凝土结构从早期开始进行长期监测。这类传感器均是基于电偶腐蚀原理，在传感器中设置了阳极和阴极电偶对，在测量时根据混凝土受侵蚀的程度不同，测量电偶对的腐蚀数据来判断混凝土的劣化程度。但是这种基于宏观电偶电池原理的钢筋腐蚀监测传感器是监测阳极和惰性阴极之间的电偶腐蚀电流，并不是直接测量钢筋的腐蚀速率。从传感器的结构来看，上述传感器结构比较复杂，体积较大，而且引入了塑料、不锈钢等材料，这对混凝土结构的强度会有一定的影响。基于上述不足，本实用新型申请提出了一种简单有效的埋入式混凝土结构传感器。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、可同时获得混凝土结构不同深度的信息、监测信息准确度高的埋入式混凝土耐久性监测传感装置。
本实用新型的上述目的通过如下技术方案来实现：
一种埋入式混凝土耐久性监测传感装置，其特征在于：所述监测传感装置浇筑于钢筋混凝土结构的混凝土保护层中；监测传感装置由6×n排电极组成，每一排6个电极中均由3根钢筋和3根参比电极棒组成，其中钢筋与服役混凝土中的钢筋的型号相同；每排的3根钢筋和3根参比电极棒按间距依次交替布置；n排电极靠近钢筋混凝土结构中钢筋的内端呈齐平设置，n排电极的外端沿排的布置方向依次设置有高度差；其中，最高一排电极的外端延伸-混凝土保护层的外表面的下方，最低一排电极的外端低于服役混凝土中最外部的一层钢筋；每个电极的内端均焊接有一柔性导线，全部柔性导线集成导线束并通过编号与引线盒中各针脚焊接相连，所述引线盒以接口端外露的方式预埋于钢筋混凝土结构中或固定于钢筋混凝土结构外，在接口端安装有密封盖；在每个电极的外表面除上端截面外及电极与柔性导线的焊接处均涂覆有环氧树脂涂层。
进一步的：所述参比电极棒采用锌棒。
进一步的：所述柔性导线采用带有护套的铜导线；在集成导线束外套装有高分子材料护套。
进一步的：根据混凝土保护层的厚度大小，n排电极的相邻排电极之间的高度差为2mm-8mm，n排电极的排距为2mm-10mm，每排电极中钢筋和参比电极棒之间的距离为3mm-10mm。
本实用新型具有的优点和积极效果：
1、本实用新型传感装置所用钢筋与现场服役钢筋型号相同，能真实反映服役钢筋的腐蚀信息，反映的信息真实可靠，避免因钢筋型号不同产生误差。
2、本实用新型所提出的传感装置结构简单，不包含其他塑料或金属部件，因而不会影响附近混凝土保护层的性能。
3、本实用新型中传感装置中带有锌棒作为参比电极，可测量服役不同阶段钢筋的腐蚀情况真实信息。同时具有三组钢筋/锌棒的传感装置，可避免单组传感装置产生的误差。
4、本实用新型中引入高差阵列式结构，可同时获得混凝土结构不同深度的信息，便于比较服役钢筋周边的腐蚀信息。
5、本申请引入阵列式钢筋/锌棒电极，可引入多种测量手段进行测量，包括电化学阻抗谱测量、电化学噪声测量、腐蚀电位测量、腐蚀电流测量等，可多信息反馈服役钢筋的腐蚀状态。
附图说明
图1是本实用新型传感装置阵列置于钢筋混凝土中的使用状态参考图；
图2是本实用新型传感装置阵列结构示意图。
具体实施方式
下面结合图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
一种埋入式混凝土耐久性监测传感装置，请参见图1-2，其发明点为：所述监测传感装置1浇筑于钢筋混凝土结构的混凝土保护层101中。监测传感装置由6×n排电极组成，每一排6个电极中均由3根钢筋1.1和3根参比电极棒1.2组成，其中钢筋与服役混凝土中的钢筋102的型号相同，所述钢筋和参比电极棒的尺寸，可根据混凝土结构的大小和保护层的厚度而定，可在3mm-10mm范围内使用。其中n为排数，n的大小取决于混凝土保护层的厚度，保护层越厚，n值越大，可在3-20范围内选取。每排的3根钢筋和3根参比电极棒按间距依次交替布置，交错布置实际上是形成三组测量系统，每组测量系统的钢筋和参比电极棒距离太远，不利于钢筋的电化学测量。每排由3根钢筋和3根参比电极棒构成，是为了保证数据的有效性，通过三组数据的重现性可以更有效地进行分析和判断。n排电极靠近钢筋混凝土结构中钢筋的内端呈齐平设置。n排电极的外端沿排的布置方向依次设置有高度差，在附图中用h标注高度差，高度差可根据混凝土保护层的厚度和服役环境寿命而定，其范围可在2mm-8mm之间。其中，最高一排电极的外端延伸-混凝土保护层的外表面的下方，优选的，距离混凝土保护层外表面的尺寸为1mm左右，作为初期的校正参数。最低一排电极的外端低于服役混凝土中最外部的一层钢筋，该排电极可反映钢筋的最后的腐蚀信息，如果钢筋所在的位置发生腐蚀，说明整个混凝土就到了示警状态。
每个电极的内端均焊接有一柔性导线2，柔性导线优选采用带有护套的铜导线。全部柔性导线集成导线束3并通过编号与引线盒4中各针脚焊接相连。在集成导线束外进一步套装有高分子材料护套，对线束起到保护作用。所述引线盒以接口端外露的方式预埋于钢筋混凝土结构中或固定于钢筋混凝土结构外。具体的,引线盒是与传感装置阵列一一对应的针式接口，引线盒根据混凝土结构实际情况，在避风、雨的位置安装，引线盒接口端安装有密封盖，避免了针脚与外环境接触腐蚀失效。在每个电极的外表面除上端截面外及电极与柔性导线的焊接处均涂覆有环氧树脂涂层。
上述参比电极棒优选采用锌棒。因为在碱性体系中，锌的活性比较稳定，电极电位才相对稳定，因此用锌棒比较理想。其他金属材料如铟、银也可以，但成本较高，都不是很理想，而且锌方便易得。非金属中的碳棒也可以，但是，强度不好，容易折断。
以下述实施例为例对传感装置的各参数选取、传感装置的安装及监测说明如下:
首先，根据现场施工设计中钢筋的型号，选取同型号的钢筋作为传感装置中的钢筋。同时根据混凝土结构设计保护层厚度和服役寿命来确定传感装置阵列的排数和高度差h。在本实施例中混凝土为大型混凝土桥梁结构，混凝土保护层厚度为80mm，服役寿命50年。阵列排数取10排，阵列中每排之间的高度差为8mm，阵列中最低一排低于服役混凝土中钢筋。以反映整个服役期间钢筋周围混凝土的服役状态。
本实施例中的混凝土结构为大型结构，结合强度需要，传感装置阵列中钢筋和锌棒可以选用直径较大的尺寸，这里选择直径为10mm的钢筋和锌棒。按照阵列的高度差，截取不同尺寸的钢筋和锌棒，最低处的一排的钢筋和锌棒长度为100mm。将钢筋和锌棒表面打磨，在一端与铜导线焊接，随后溶剂除油清洗干燥后，用环氧树脂将导线与钢筋和锌棒的焊接处、整个周围除另一端截面外涂封。
随后通过铁丝将传感装置阵列按照高度差进行固定，钢筋与锌棒之间的距离为10mm，排与排之间的距离也为10mm。各钢筋和锌棒的导线集成导线束并通过编号与引线盒中各针脚焊接相连。通过电阻测量检查各导线的连接有效性。
在混凝土结构浇筑施工时，按照预先规定的位置，放置好传感装置和引线盒，并合理排布导线束的位置，避免受到砂浆的冲击。浇筑时，先浇筑少量混凝土砂浆和小的石料，仔细填充阵列各空间，确保阵列中充满混凝土砂浆和石料。拆模后，通过接线盒首次测量阵列中各钢筋的腐蚀电位，来检查连线的有效性，同时记录首次的测量数据，为后续监测提供参考数据。
本埋入式混凝土耐久性监测传感装置体积小，取材容易，加工方便，对混凝土结构影响小；结构简单牢固，寿命长，可真是反映服役钢筋混凝土中的腐蚀相关信息。在浇筑混凝土前安装在混凝土内，可对钢筋混凝土结构进行长期多信息监测，包括电化学阻抗谱测量、电化学噪声测量、腐蚀电位测量、腐蚀电流测量等，且监测的环境与服役的钢筋混凝土环境相同。在电化学测量中，三组钢筋和锌棒分别组成三个电极体系。腐蚀电位的测量就是以锌棒作为参比电极，通过恒电位仪中的电位计测量钢筋的腐蚀电位。而噪声谱测量则是通过采集一定时间段的钢筋的腐蚀电位随时间的变化曲线，通过数学变换建立电位变化与腐蚀状态的关系。腐蚀电流的测量，则锌棒即作为参比电极又作为辅助电极通过线性极化就可以获得。
尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (4)
1.一种埋入式混凝土耐久性监测传感装置，其特征在于：所述监测传感装置浇筑于钢筋混凝土结构的混凝土保护层中；监测传感装置由6×n排电极组成，每一排6个电极中均由3根钢筋和3根参比电极棒组成，其中钢筋与服役混凝土中的钢筋的型号相同；每排的3根钢筋和3根参比电极棒按间距依次交替布置；n排电极靠近钢筋混凝土结构中钢筋的内端呈齐平设置，n排电极的外端沿排的布置方向依次设置有高度差；其中，最高一排电极的外端延伸-混凝土保护层的外表面的下方，最低一排电极的外端低于服役混凝土中最外部的一层钢筋；每个电极的内端均焊接有一柔性导线，全部柔性导线集成导线束并通过编号与引线盒中各针脚焊接相连，所述引线盒以接口端外露的方式预埋于钢筋混凝土结构中或固定于钢筋混凝土结构外，在接口端安装有密封盖；在每个电极的外表面除上端截面外及电极与柔性导线的焊接处均涂覆有环氧树脂涂层。
2.根据权利要求1所述的埋入式混凝土耐久性监测传感装置，其特征在于：所述参比电极棒采用锌棒。
3.根据权利要求1所述的埋入式混凝土耐久性监测传感装置，其特征在于：所述柔性导线采用带有护套的铜导线；在集成导线束外套装有高分子材料护套。
4.根据权利要求1所述的埋入式混凝土耐久性监测传感装置，其特征在于：n排电极的相邻排电极之间的高度差为2mm-8mm，n排电极的排距为2mm-10mm，每排电极中钢筋和参比电极棒之间的距离为3mm-10mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |