[发明专利]一种原位评估在役钢筋混凝土结构耐久性的装置及方法

说明书

本发明公开了一种原位评估在役钢筋混凝土结构耐久性的装置及方法，该装置包括：一由塑性可变形材料制成的柱形壳体、一膨胀胶塞、一参比电极及若干与结构钢筋同材质的工作电极，工作电极外部包覆有绝缘橡胶圈，柱形壳体具有用于旋入膨胀胶塞的向上开口的倒锥形胶塞孔、可安置参比电极的条形凹槽、多个位于同一竖直面上且相互独立的工作电极孔，条形凹槽的盲端及工作电极孔的盲端开设有导线孔分别用于引出参比电极线及工作电极线，参比电极线与工作电极线电路连接至传感器电路。本发明具有微型化、安装简便、长效、经济适用等特点。

技术领域

本发明涉及钢筋混凝土结构物腐蚀和防护技术领域，特别涉及一种对氯盐腐蚀条件下在役钢筋混凝土结构耐久性进行评价与剩余寿命预测的装置。

技术背景

钢筋混凝土结构得益于材质坚固、施工简便的优势，目前在各种基础设施如道路、桥梁、码头、隧道等中得到广泛应用。但是，钢筋混凝土结构面临着多种多样的严酷的腐蚀环境，特别是氯盐腐蚀条件下的钢筋混凝土设施处于严苛的腐蚀环境中，环境中氯离子侵入引发钢筋腐蚀进而导致混凝土开裂，从而致使结构物长期服役性能劣化，造成结构物安全性及使用性显著下降。另外，腐蚀也造成较大的经济损失。Sitter教授采用“五倍定律”客观的地描述了钢筋混凝土结构耐久性维护与经济损失之间的关系：结构设计时错误减少钢筋防护投入1美元，则钢筋发生锈蚀时所需维修费增加5美元，混凝土表面出现开裂时所需维修费增加25美元，混凝土完全破坏时所需维修费增加125美元。“五倍定律”同时也侧面反映出如果能通过实时监测混凝土中钢筋的锈蚀状况而及时采取对应的维修措施，将能够在保持建筑物安全运行的同时有效地降低维护成本。因此，从结构物安全运行及降低经济损失两个方面讲，有必要对钢筋混凝土结构耐久性进行实时有效的监测及对安全服役剩余使用寿命进行准确评估。

传统的诊断方法主要是通过定期的工程现场实体结构取样检测，获得耐久性相关的数据并进行分析评估，但是此方法工作量大、实施周期长、检测效率低，且无法实现实时监测，并由于取样检测对结构存在微破损，存在影响结构安全性及美观性的问题。因而找到一种能够埋到混凝土内部，合理的、长效的、实时快速地反映和预测混凝土内部钢筋锈蚀状态的监测系统，对于结构进行耐久性评估诊断，预测钢筋何时锈蚀，确定耐久性修复与否，以便有效地延长混凝土的服役年限或保障结构达到预期的设计使用年限，确保工程安全及减少维修费用有重要的意义。

耐久性传感器技术的发展为保障钢筋混凝土结构物的安全使用提供重要作用。目前市场上较为成熟的混凝土耐久性监测传感器主要有阳极梯及ECI等。但上述传感器是需要预先埋置才能起到作用。而对于在役结构则不具有适用性。为了监测在役钢筋混凝土结构的耐久性状况，需要研发相对应的后装式腐蚀监测系统。德国Sensortec公司生产的膨胀环阳极，是首款后装式传感器，由分离的阳极环和阴极棒组成，采用外部钻孔方式安装。膨胀环阳极传感器的缺点是阴极和阳极需要分别安装，并且阴极参比电极需要砂浆封孔，在一定程度上影响测试结果。丹麦FORCE Technology公司推出CorroRisk型传感器也可用于在役钢筋混凝土结构耐久性监测，缺点是需要8个阳极和一个组合电极组成一套，所需转孔数量多，影响结构物外观。此几种传感器均由监测不同深度钢筋探测器的腐蚀电位值，来反推不同深度问题钢筋周围的氯离子浓度，进而通过寿命预测模型来进行剩余寿命预测，然而，研究表明引起钢筋腐蚀的氯离子浓度值是一个范围，不是一个准确值，且不同材质的钢筋其引起钢筋修饰的氯离子浓度值也是不一样的，以上后装型传感器阳极材料与在役钢筋混凝土结构中所使用钢筋材质不同，不能真实准确的反映结构中钢筋的腐蚀状况，因此，以此为基础进行的剩余寿命预存在不准确、不科学的问题，因而对结构的安全使用评估存在偏差。另外，其传感器的长效性也备受质疑。我国国内尚缺乏后装式腐蚀监测系统相关的研发。