[发明专利]一种远程无线混凝土内钢筋锈蚀风险监测传感装置

说明书

本发明涉及混凝土内钢筋锈蚀领域，具体涉及一种远程无线混凝土内钢筋锈蚀风险监测传感装置。所述装置包括锈蚀监测传感单元、应变测试分析系统、嵌入式采集控制系统、无线数据传输模块；所述锈蚀监测传感单元包括处于平面应力状态的样片和布置于样片上的多个应变计，所述应变计实时测量样片的应变得到应变数据；所述嵌入式采集控制系统控制所述应变测试分析系统周期性采集所述应变数据；所述应变测试分析系统将采集到的应变数据通过无线数据传输模块传输至其他设备；所述样片的材质与钢筋的材质相同。本发明实现混凝土内氯离子临界浓度锋面、钢筋初始锈蚀时间、锈蚀状态的连续远程无线实时监测和定期检测评估的工程实际需求。

技术领域

本发明涉及混凝土内钢筋锈蚀领域，具体涉及一种远程无线混凝土内钢筋锈蚀风险监测传感装置。

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；现场布设数据采集与数据传输设备不便，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，测试方法的可靠性偏低。

（4）基于平面应力状态应力集中的锈蚀监测是最新出现的一种钢筋锈蚀监测方法，该方法基于构造监测敏感元件处于平面应力状态，锈蚀导致平面应力状态局部应力集中从而监测锈蚀，目前的钢筋锈蚀监测的灵敏性还有待提高，监测装置设计还未达到小型化、无线化实现远程在线监测。

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。现有方法难以在对真实桥梁结构不同空间位置（上部结构、下部结构；浸没区、潮差区、浪溅区、大气区）、不同埋置深度的钢筋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。此外现有耐久性监测方法灵敏度低，影响因素众多且传感装置体积大，不便于现场布设，难以实现无线传输，数据质量较差，数据分析需要较多专业知识及相关经验，不便于桥梁工程实际应用。

发明内容