[发明专利]一种混凝土结构全寿命性能智慧感知与劣化预警系统及方法

说明书

本发明公开一种混凝土结构全寿命性能智慧感知与劣化预警系统及方法，所述预警系统包括主控制模块、多功能传感器模块、防盗模块和临界预警模块，通过多功能传感器模块实现对混凝土内环境参数的监测，并根据不同深度处的温度、湿度、氯离子浓度、pH值，以及动态获得的临界氯离子浓度和结构应力状态，结合寿命预测模型精准预测结构的剩余使用寿命；另外，在进行预警分析时，对采集的数据设计了针对性的修正方法，通过对氯离子传感器的实时监测数据进行温度和pH的修正，进一步保证监测数据的精确性，为结构耐久性评估、防护与修复提供科学依据，具有较高的实际应用价值。

技术领域

本发明属于土木工程材料性能测试设备技术领域，具体涉及一种混凝土结构全寿命性能智慧感知与劣化预警系统及方法。

背景技术

在钢筋混凝土结构中，内部结构微环境状况决定钢筋锈蚀情况，进而影响服役中钢筋混凝土结构的使用年限，所述的内部结构微环境状况主要包括温度、湿度、pH值、氯离子浓度和应力应变等参数。尤其是在海洋环境下，钢筋混凝土结构时常受到氯离子侵蚀，导致结构出现过早劣损的现象。

国内外钢筋混凝土结构都面临十分严重的耐久性问题，据统计，我国90年代前修建的海港工程，一般使用10-20年就会出现严重的钢筋锈蚀。而混凝土结构耐久性监测是动态获取钢筋混凝土内部微环境因素最直接、最有效的方法，为准确感知其服役寿命及预警其劣化性能，并为后期防护与修复提供依据。目前市场上监测混凝土内部微环境因素的设备大多是相对独立完成作业，因此不利于信号的同步采集。

以往研究表明，海洋环境下混凝土中钢筋是否发生锈蚀是由内部微环境中多种因素(如温度、湿度、pH值、氯离子浓度、应力应变)耦合作用决定，所以实时掌握海洋环境下混凝土结构微环境和内部钢筋锈蚀状况，并获得上述性能参数随时间变化规律能够为工程的安全性与修复决策提供重要依据。授权公告号为【CN104075756B】的发明专利公开一种混凝土耐久性多元复合无线检测系统，实现对混凝土内部湿度、温度、pH及钢筋锈蚀状况的监测，然而该技术方案并没有给出具体的参数修正方法，以及如何使用这些参数。

众所周知，混凝土结构内部温度会随着使用环境温度变化而变化，而埋入混凝土内部的氯离子传感器，pH传感器是受温度影响的，如果不做修正，其测试结果不准确。另外，通常情况下硬化混凝土内部是呈强碱性的，pH值大于12.5。由于大气中的二氧化碳容易与混凝土内部的氢氧化钙发生反应，生成中性碳酸钙，降低混凝土的pH值。并且一些工业环境中会存在一些酸性气体或者酸性液体，这都会引起混凝土的中性化，而埋入混凝土内部的氯离子传感器是受pH值影响的，如果不做修正，其测试结果不准确，将导致钢筋混凝土结构临界状态的误判。

目前国内外针对氯离子临界浓度做了大量的研究工作，氯离子临界浓度往往受水泥中C₃A含量、碱含量、硫酸盐含量，混凝土中粉煤灰掺量、矿粉掺量、硅灰掺量、石灰石粉掺量，钢筋品种，施工质量，服役环境条件等的影响，处于不同环境的钢筋混凝土结构其临界氯离子浓度相差很大。现有技术中关于临界氯离子浓度表述方法有三种：总氯离子浓度方法、自由氯离子浓度方法和[Cl^-]/[OH^-]方法，根据相关文献报道，总氯离子浓度方法其临界氯离子浓度为总氯离子浓度占胶凝材料重的0.17-2.45％，自由氯离子浓度方法其临界氯离子浓度为自由氯离子浓度占胶凝材料重的0.11-0.48％，[Cl^-]/[OH^-]方法其临界氯离子浓度为[Cl^-]/[OH^-]之比为0.12-40％。可以看出，受多种因素的影响，钢筋的临界氯离子浓度不是固定值。在这种情况下，针对服役环境条件的不同钢筋混凝土结构工程，如何设置临界氯离子浓度，及时作出劣化预警，精准预测结构剩余使用寿命，这是目前科学界和工程界急需解决的问题。

发明内容