[发明专利]混凝土内钢筋锈蚀风险原位监测方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程结构健康监测和钢筋混凝土结构耐久性评估技术，应用于钢筋混凝土结构的腐蚀监测与耐久性评定。

背景技术

钢筋初始锈蚀时间的监测与预测是混凝土耐久性评估的难点问题，海蚀环境下氯离子侵蚀是导致混凝土内钢筋发生锈蚀的主要诱因，目前钢筋锈蚀监测主要分为物理和电化学两种手段，目的是表征钢筋或混凝土的电化学状态、物理状态及周围环境中的各类腐蚀诱导因素等。其中主要使用的方法有：（1）电化学监测方法：由于混凝土中钢筋腐蚀是一个电化学过程，电化学测量是反映其本质过程的重要手段，目前已有的电化学监测手段可简单分为测量电流、电压及电阻三大类。目前以电流为研究对象的电化学监测方法难以避免混凝土中随机性的杂散电流的干扰。以电压为研究对象的监测方法较难实现在线原位检测，其通常需对钢筋施加扰动，导致其所测数据与真实情况存在偏差。电阻测量的手段往往容易受到混凝土中湿度、离子浓度等因素的影响，波动较大。综合各项电化学指标的综合分析系统虽已提出，但对大量关联性较差数据的分析尚处于初期阶段。（2）物理监测方法，主要通过测定钢筋引起电阻、电磁、热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋腐蚀情况，主要方法有电阻探针法，X光照相法、涡流探测法、射线法、红外线热像法、声发射探测法等。物理方法的优点是操作方便，易于现场的原位测试，受环境的影响较小。它的缺点是物理方法测定钢筋锈蚀状况时容易受到混凝土中其他损伤因素的干扰，如微裂缝等，且建立物理测定指标和钢筋锈蚀量之间的对应关系比较困难，所以物理检测的方法对钢筋的锈蚀程度一般只能提供定性的结论，而难以提供定量的分析。（3）锈蚀影响因素监测方法，现有方法主要集中在氯离子浓度、pH值监测等方向，当其用于嵌入式在线监测时往往难以避免自身长期耐久性问题，当化学物质反映殆尽或被混凝土剥落会导致传感器失效；另外，影响参数与电阻率测试等电化学方法存在同样的问题在于其测量数据只能评估钢筋锈蚀的可能性，而不能定量判断钢筋的具体腐蚀情况。

现有技术存在的问题：目前钢筋混凝土耐久性监测主要任务之一是解决钢筋初始锈蚀时间、锈蚀程度的预测问题。现有方法难以在不同深度上实现从时间序列上的定量分析与预测，采用单一指标或单一深度的数据进行分析会导致监测结果可靠性不足；同时，氯离子临界浓度锋面的移动与钢筋发生初始锈蚀直接相关，但现有的氯离子传感器由于制备工艺与使用材料限制，难以在混凝土环境中实现长时间原位监测，临界浓度锋面位置难以通过数值直接表征，钢筋发生锈蚀后锈蚀速率、锈蚀程度难以预测及定量分析。

发明内容

本发明的目的是解决在不破坏混凝土内钢筋表面微环境条件下实现混凝土内氯离子临界浓度锋面及钢筋初始锈蚀时间的定量预测与更新，实现钢筋锈蚀速率、锈蚀程度定量监测。通过使用切割并粘贴应变传感器的钢筋薄片作为传感元件构造梯型体系，实现不同深度处传感元件锈蚀情况在时间序列上的定量分析，判断混凝土保护层距表面不同深度处临界氯离子浓度锋面发展情况，从而实现对混凝土内钢筋初始锈蚀风险的监测与预测，实现钢筋混凝土结构从服役到钢筋初始锈蚀、锈蚀发展的全过程监测。

为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：

一种混凝土内钢筋锈蚀风险原位监测方法，对结构钢筋的初始锈蚀时间进行预测及监测，所述方法包括步骤：

1）根据平面应力状态应力集中原理，将所述锈蚀监测传感元件2施加预应力后形成平面应力状态；

2）封装所述锈蚀监测传感元件2三个侧面，预留的一个侧面作为腐蚀监测面4；

3）混凝土浇筑前在需要监测钢筋锈蚀的部位布置多个所述锈蚀监测传感元件2，锈蚀监测面朝向保护层一侧，一旦氯离子在锈蚀监测面聚集达到临界浓度，钢筋薄片发生锈蚀，则平面应力状态下引起应力集中，通过薄片截面不同高度处连续应变测量实现锈蚀监测。

在步骤3，将多个锈蚀监测传感元件2等间距连续布置，并形成距混凝土保护层深度逐个递增的梯型结构，将该梯型结构布置在保护层内距混凝土表面不同深度处，连续监测不同深度处临界氯离子浓度锋面发展情况。

在步骤3，采用梯型框架3将多个锈蚀监测传感元件2布置成梯型结构，所述梯型框架3固定传感器位置并为锈蚀监测传感元件2提供预拉应力；混凝土浇筑前将梯型框架3和其上同步施加预拉应力的锈蚀监测传感元件2布置在待监测钢筋锈蚀部位，在锈蚀监测传感元件2不同高度处连续应变测量实现锈蚀监测。