[发明专利]基于PPP-BOTDA的钢筋腐蚀监测装置及方法

说明书

本发明公开一种基于PPP‑BOTDA技术的钢筋混凝土结构钢筋腐蚀监测装置方法，用来解决目前测试技术空间分辨率以及应变测量精度不足的问题。钢筋混凝土结构在长期使用过程中，混凝土的碳化以及氯离子的入侵都会加快钢筋的腐蚀，降低结构的承载能力。为确保钢筋混凝土结构长期安全有效的运行，有必要对钢筋腐蚀情况进行监控。本发明提出的装置及方法：首先将光纤缠绕于钢筋上，埋进混凝土中；光纤传感器两端与传输电缆相连；传输电缆接于基于PPP‑BOTDA技术的光纳仪上，通过电脑可监测光纤产生的应变；基于测得的应变计算腐蚀层的厚度与体积，用于衡量钢筋‑混凝土界面的腐蚀程度。

技术领域

本发明属于钢筋混凝土监测技术，具体涉及一种基于PPP-BOTDA的钢筋腐蚀监测装置及方法。

背景技术

在结构工程领域中，钢筋混凝土结构已经得到了广泛的应用。随着时间的推移，越来越多的钢筋混凝土结构面临着老化的问题，对公众的安全和生活质量提出了巨大的挑战。钢筋混凝土结构通过在混凝土中嵌入钢筋有效解决了混凝土本身抗拉承载力不足的问题。钢筋的腐蚀会危及结构的长期耐久性。尽管钢筋嵌入混凝土中时，钢筋表面会形成一层保护膜，但在长期使用的过程中，氯离子的入侵以及混凝土的碳化都会加速钢筋的腐蚀，降低钢筋的承载能力。因此有必要对钢筋混凝土结构的钢筋腐蚀程度进行监测。

目前，已经开发了一些钢筋腐蚀评估技术，例如超声波法、冲击回弹法以及声发射法等。这些无损检测方法依赖于钢筋的腐蚀程度，难以监测钢筋严重腐蚀早期的情况。当钢筋严重腐蚀时，结构承载能力已经严重退化。此外，现有的检测方法难以准确定位钢筋腐蚀位置，给后续处理带来了极大的不便。因此需要提出一种有效可靠的监测技术，实现对钢筋腐蚀全过程的精确定位与监测，确保结构长期安全性能。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于PPP-BOTDA的钢筋腐蚀监测装置及方法。

技术方案：本发明的一种基于PPP-BOTDA的钢筋腐蚀监测装置，包括待测试件、光纤传感器和光纳仪；待测试件浸泡于浓度为3.5wt％的氯化钠溶液，氯化钠溶液中设置有碳棒和饱和甘汞电极；所述光纤传感器设置于待测试件，且光线传感器的两端均通过传输电缆与光纳仪相连，光纳仪监测各光纤传感器2的应变，所述饱和甘汞电极为参比电极，碳棒与电源负极相连，待测试件中的钢筋与电源正极相连。

进一步的，所述待测试件包括钢筋，钢筋外周裹有混凝土且钢筋的两端端部伸出混凝土，露出的钢筋上均覆有环氧树脂保护层；钢筋的其中一端焊有铜丝1-3；所述光纤传感器均匀缠绕于待测试件的表面。钢筋通过钢丝与电源正极相连；施加电流后离子可在钢筋与碳棒之间传输形成电路，加速腐蚀。

进一步的，所述光纤传感器采用电信级光纤，光纤传感器的外周依次覆有丙烯酸涂层以及聚合物缓冲层。

进一步的，所述光纳仪为基于PPP-BOTDA技术的光纳仪。

本发明还公开一种基于PPP-BOTDA的钢筋腐蚀监测装置的监测方法，依次包括以下步骤：

步骤1：制备钢筋混凝土待测试件，钢筋两端露出混凝土，露出的钢筋上覆有环氧树脂保护层，与空气隔离；

步骤2：对钢筋混凝土待测试件进行加速腐蚀试验

采用标准的三电极系统测量开路电位，饱和甘汞电极为参比电极，碳棒与电源负极相连，钢筋与电源正极相连；为稳定离子的传输，试验过程中钢筋混凝土待测试件浸泡在浓度为3.5wt％的氯化钠溶液中；

步骤3：记录加速腐蚀试验数据，根据试验数据计算钢筋腐蚀层厚度及体积，计算方法如下：