專利名稱：鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋腐蝕長期監(jiān)測(cè)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋腐蝕長期監(jiān)測(cè)傳感器，可對(duì)含氯環(huán)境下鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋腐蝕情況進(jìn)行長期檢測(cè)而不損傷混凝土表面，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性檢測(cè)和評(píng)估。
背景技術(shù)：
鋼筋混凝土中的鋼筋腐蝕是影響結(jié)構(gòu)耐久性的主要影響因素之一。與混凝土保護(hù)層碳化引起的鋼筋腐蝕相比，氯離子入侵引起的鋼筋腐蝕速度更快(大約是碳化引起的鋼筋腐蝕速度的10倍)、造成的損失更大，已引起工程界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。
目前工程中對(duì)混凝土攪拌物或添加劑中的氯離子濃度控制普遍較嚴(yán)，因此，混凝土中的氯離子腐蝕大多是由于氯離子從外界入侵，并在鋼筋表面積累，達(dá)到一定的濃度后造成的。能引起鋼筋開始腐蝕的氯離子最低濃度稱為臨界濃度。
由于氯離子入侵造成的鋼筋腐蝕速度快，而且腐蝕一旦發(fā)生，很難采取有效措施予以根除。因此，實(shí)際工程中應(yīng)該采取的對(duì)策是采用一套有效的監(jiān)測(cè)手段，在鋼筋腐蝕尚未開始之前，及早發(fā)現(xiàn)可能引起鋼筋腐蝕的隱患，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行有針對(duì)性的防范。與發(fā)現(xiàn)鋼筋腐蝕后再處理的方法相比，此對(duì)策將起到事半功倍的效果，與鋼筋開始腐蝕后再運(yùn)行防腐處理相比，經(jīng)濟(jì)消耗小，防腐效果更佳。
為達(dá)到以上目的，專利號(hào)為ZL 03 1 15903.6的中國發(fā)明專利提供了一種鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋腐蝕的傳感器及檢測(cè)方法，其特征包括選取與工程所用鋼筋材質(zhì)相同的鋼筋棒和與鋼筋棒相同直徑、相同長度的不銹鋼棒，按照從長到短的順序，將鋼筋棒和不銹鋼棒成階梯狀并排插在傳感器基座的固定槽內(nèi)，并由導(dǎo)線連出，制成傳感器。澆注混凝土之前，將傳感器的基座固定在混凝土構(gòu)件中的鋼筋上。在結(jié)構(gòu)的使用期內(nèi)，定期用電位電流儀測(cè)量并排布置的鋼筋棒和不銹鋼棒之間的宏電池腐蝕電流和電位差，對(duì)傳感器進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。
這項(xiàng)發(fā)明中的傳感器具有以下缺點(diǎn)1.陰陽極之間距離較大，使得在電流回路中混凝土電阻較大，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。
2.陰陽極面積相同。由于一般的腐蝕都具有大陰極小陽極的特點(diǎn)，相同的陰陽極面積不符合實(shí)際情況。
3.傳感器中的鋼筋腐蝕后，由于腐蝕產(chǎn)物比腐蝕的鋼材占據(jù)更大的體積，膨脹作用對(duì)混凝土保護(hù)層有破壞作用，增加測(cè)試部位混凝土的滲透性，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。
4.無固定裝置，在澆注混凝土?xí)r傳感器定位比較困難。
5.體積較大，不易在鋼筋網(wǎng)中插空定位(特別是在鋼筋布置較密時(shí))。
6.鋼筋和不銹鋼棒的側(cè)面需要密封處理，工序復(fù)雜且容易在施工時(shí)遭到損壞，影響監(jiān)測(cè)結(jié)果。
為避免以上缺點(diǎn)，需要對(duì)上述現(xiàn)有傳感器作進(jìn)一步的改進(jìn)，以滿足工程實(shí)際的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋腐蝕長期監(jiān)測(cè)傳感器，能夠直觀而準(zhǔn)確地判斷鋼筋的腐蝕狀態(tài)，可以在不損傷混凝土表面的前提下，準(zhǔn)確地檢測(cè)出具體工作環(huán)境下危險(xiǎn)鋒面距離鋼筋距離。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明提供的傳感器在已有發(fā)明專利(專利號(hào)ZL 03 115903.6)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。傳感器由若干長度相等的電極棒、基座、導(dǎo)線和犧牲陽極組成，電極棒成階梯形固定在傳感器基座的固定槽內(nèi)，導(dǎo)線通過彈簧片分別與電極棒的陰陽極連接。施工時(shí)將檢測(cè)傳感器埋入混凝土，在結(jié)構(gòu)的使用期內(nèi)，定期對(duì)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某電極棒內(nèi)的鋼筋發(fā)生腐蝕后，通過陰極保護(hù)裝置對(duì)鋼筋進(jìn)行防腐保護(hù)。
本發(fā)明的具體內(nèi)容如下傳感器由若干根長度相等的鋼筋棒(長度根據(jù)混凝土保護(hù)層厚度確定)、與鋼筋棒相同數(shù)量和長度的不銹鋼管(內(nèi)徑比鋼筋棒外徑大2mm)、階梯狀基座、犧牲陽極和導(dǎo)線組成。
階梯狀基座的每個(gè)階梯中央開有一個(gè)固定槽，每個(gè)固定槽中插入一根電極棒并由設(shè)置在固定槽內(nèi)壁的單板彈簧片壓緊。
電極棒由作為陽極的鋼筋棒和作為陰極的不銹鋼管構(gòu)成，不銹鋼管套在鋼筋棒外側(cè)，鋼筋棒和不銹鋼管之間灌注環(huán)氧樹脂以保證絕緣，鋼筋棒一端設(shè)有的突起接頭插入固定槽底面中央圓柱形槽內(nèi)，并由槽內(nèi)設(shè)置的環(huán)行彈簧片實(shí)現(xiàn)連接和固定。所述單板彈簧片和環(huán)行彈簧片分別由埋設(shè)在基座內(nèi)的導(dǎo)線連接至基座側(cè)面的纜線接口。
階梯狀基座的兩端各設(shè)置一根定位棒，每根定位棒的兩端各固定一個(gè)犧牲陽極，犧牲陽極通過埋設(shè)在定位棒內(nèi)的導(dǎo)線連通到纜線接口，與纜線接口連接的外部導(dǎo)線連接到混凝土表面的室外插座上。階梯狀基座通過定位棒固定在混凝土構(gòu)件中的結(jié)構(gòu)主鋼筋上。
所述定位棒的底面與最低電極棒的頂面在相同平面上，鋼筋棒的暴露表面與澆注的混凝土表面平行，并且最高鋼筋棒的工作面距離混凝土表面不大于5mm。
所述犧牲陽極的材料為鋅塊，鋅塊外包裹pH值為7左右的改性砂漿以保證鋅塊的活性。
測(cè)量時(shí)將電位電流儀的兩個(gè)電極通過室外插座分別連接到同一電極棒的鋼筋棒和不銹鋼管，測(cè)量鋼筋棒和不銹鋼管之間的宏電池腐蝕電流和電位差。若電位差很小，與之對(duì)應(yīng)的宏電流也很小，說明危險(xiǎn)鋒面未達(dá)到被測(cè)鋼筋棒的被測(cè)端面深度。反之，則說明此鋼筋表面已受到危險(xiǎn)鋒面的影響。
當(dāng)發(fā)現(xiàn)某深度的電極棒發(fā)生鋼筋腐蝕后，在室外插座處將犧牲陽極和該電極棒上的鋼筋棒通過跳線短路，形成對(duì)該腐蝕鋼筋的陰極保護(hù)，可防止其繼續(xù)腐蝕破壞混凝土保護(hù)層。
本發(fā)明的傳感器可以多點(diǎn)分布，對(duì)建筑物進(jìn)行有效監(jiān)護(hù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)1.陰陽極之間的距離短，電流回路中的混凝土電阻小，對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響??；2.陰陽極面積比較大，更加復(fù)合實(shí)際情況，測(cè)試電流更加敏感；3.陰極保護(hù)裝置對(duì)已銹蝕鋼筋產(chǎn)生保護(hù)作用，防止由于腐蝕產(chǎn)物膨脹造成的外層混凝土早期破壞。
4.定位裝置使傳感器與鋼筋之間固定簡便，且可以保證傳感器電極與結(jié)構(gòu)主鋼筋之間的相對(duì)位置。
5.由于采用了陰極套陽極的構(gòu)造措施，使傳感器體積有效減小，方便了現(xiàn)場定位。
6.所有連線接頭均在工程塑料內(nèi)部，且有環(huán)氧樹脂保護(hù)，保證了路線接頭等容易損壞處的可靠性和耐久性。
7.電極與支座之間連接簡單，電接觸可靠，操作方便。
本發(fā)明檢測(cè)傳感器結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，采用的鋼筋就地取材，或選取與工程所用鋼筋材質(zhì)相同的鋼筋，測(cè)試環(huán)境與實(shí)際構(gòu)件環(huán)境相同，鋼筋棒與不銹鋼棒之間的宏電池腐蝕測(cè)量簡單且直觀、準(zhǔn)確，很容易判斷鋼筋的腐蝕狀態(tài)，可以在不損傷混凝土表面的前提下，準(zhǔn)確方便地確定腐蝕介質(zhì)入侵鋒面距離構(gòu)件鋼筋的距離。


圖1為本發(fā)明的傳感器軸側(cè)圖。
圖1中，1為犧牲陽極，2為傳感器的定位棒，3為結(jié)構(gòu)主鋼筋，4為鋼筋棒(陽極)，5為不銹鋼管(陰極)，6為階梯狀基座。
圖2為傳感器剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2中，2為定位棒；3為結(jié)構(gòu)主鋼筋，4為鋼筋棒，5為不銹鋼管，6為階梯狀基座，7為鋼筋棒的突起接頭，8為環(huán)形彈簧片，9為環(huán)氧樹脂，10為導(dǎo)線，11為單板彈簧片，12為纜線接口，13為環(huán)氧樹脂注射孔，15為室外插座，16為外部導(dǎo)線。
圖3為電極棒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3中，4為鋼筋棒，5為不銹鋼管，7為突起接頭，9為環(huán)氧樹脂。
圖4為測(cè)試原理示意圖。
圖4中，3為結(jié)構(gòu)主鋼筋，6為階梯狀基座，14為混凝土，15為室外插座，16為外部導(dǎo)線，17為侵蝕介質(zhì)入侵的危險(xiǎn)鋒面。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本發(fā)明采用的傳感器結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，包括階梯狀基座6、插于階梯狀基座6固定槽內(nèi)的電極棒、以及與從電極棒引出的導(dǎo)線10相連的纜線接口12。
電極棒由作為陽極的鋼筋棒4和作為陰極的不銹鋼管5構(gòu)成。選取與工程所用鋼筋材質(zhì)相同的鋼筋，用車床加工成某一直徑的鋼筋棒4作為陽極，鋼筋棒4的長度由結(jié)構(gòu)鋼筋的保護(hù)層厚度決定(如30mm的保護(hù)層厚度，則鋼筋棒的長度為30-5+10＝35mm)。同時(shí)制作與鋼筋棒4相同長度的不銹鋼管5作為陰極，不銹鋼管的內(nèi)徑為鋼筋棒的直徑加2mm。將不銹鋼管5套在鋼筋棒4外側(cè)，在鋼筋棒4和不銹鋼管5之間灌注環(huán)氧樹脂9，定位后保證鋼筋棒4和不銹鋼管5之間絕緣。在鋼筋棒4的一端加工出7mm高的突起接頭7(如圖3所示)，突起接頭7插入固定槽底面中央圓柱形槽內(nèi)，并由槽內(nèi)設(shè)置的環(huán)行彈簧片8實(shí)現(xiàn)連接和固定。
階梯狀基座6由工程塑料制成，階梯狀基座6的每個(gè)階梯中央開有一個(gè)直徑比不銹鋼管外徑大4mm的固定槽，固定槽深15mm，固定槽內(nèi)壁設(shè)置單板彈簧片11。當(dāng)電極棒插入固定槽后，單板彈簧片11與電極棒之間由于彈性而緊密接觸。在固定槽的底面中央另開8mm直徑，深9mm的圓柱形槽，槽內(nèi)設(shè)環(huán)行彈簧片8，當(dāng)電極棒插入固定槽后，突起接頭7插入環(huán)行彈簧片8，并與之緊密接觸，完成連接和固定。單板彈簧片11和環(huán)行彈簧片8分別由埋設(shè)在基座內(nèi)的導(dǎo)線10連接至基座側(cè)面的纜線接口12(AUI接口)。當(dāng)電極棒就位后，利用注射器將環(huán)氧樹脂由注射孔13注射入電極棒和基座之間的孔隙，同時(shí)將空氣排出，完成密封處理。
階梯狀基座6的兩端各設(shè)置一根定位棒2，定位棒2由工程塑料制作。定位棒2的底面與最低電極棒的頂面在相同平面上。在澆注混凝土之前，將階梯狀基座6通過定位棒2固定在混凝土構(gòu)件中的結(jié)構(gòu)主鋼筋3上。定位時(shí)，按照?qǐng)D1所示位置將定位棒2用鐵絲捆綁在結(jié)構(gòu)主鋼筋3上，可以保證最低電極棒的頂面正好與結(jié)構(gòu)主鋼筋3的表面平齊。當(dāng)發(fā)現(xiàn)最低鋼筋棒發(fā)生腐蝕時(shí)，說明結(jié)構(gòu)主鋼筋3也已發(fā)生腐蝕。在固定的過程中，應(yīng)保證電極棒與結(jié)構(gòu)主鋼筋之間不能短路；鋼筋棒4的暴露表面與混凝土表面平行；并且保證最外側(cè)(最高)鋼筋棒工作面距離混凝土表面不大于5mm。
在每根定位棒2的兩端各固定一個(gè)犧牲陽極1，兩根定位棒2上的四個(gè)犧牲陽極1構(gòu)成陰極保護(hù)裝置。犧牲陽極1的材料為鋅塊，為保證鋅塊的活性，鋅塊外面包裹改性砂漿，改性砂漿的pH值應(yīng)控制在7左右。犧牲陽極1上焊接導(dǎo)線，導(dǎo)線埋設(shè)在定位棒2內(nèi)，連通到纜線接口12。
纜線接口12為16線并口接口，可最多同時(shí)連接六個(gè)電極棒和四個(gè)犧牲陽極。當(dāng)纜線接口12與外部導(dǎo)線16連接后，用環(huán)氧樹脂將纜線接口12密封。外部導(dǎo)線16的另一端連接到混凝土表面的室外插座15上。
檢測(cè)儀器為市場上購買的電位電流儀，測(cè)量時(shí)將電位電流儀的兩個(gè)電極通過室外插座15分別連接到同一電極棒的鋼筋棒4和不銹鋼管5，測(cè)量內(nèi)容為鋼筋棒4和不銹鋼管5之間的宏電池腐蝕電流和電位差。依據(jù)電偶腐蝕原理，當(dāng)鋼筋處于鈍態(tài)時(shí)，鋼筋棒4和不銹鋼管5之間的電位差很小，與之對(duì)應(yīng)的宏電流也很小。如出現(xiàn)這種情況，說明危險(xiǎn)鋒面17未達(dá)到被測(cè)鋼筋棒的被測(cè)端面深度(圖4)。反之，如果過一段時(shí)間再次測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)宏電池腐蝕電流和電位差發(fā)生了突然增加，則說明此鋼筋表面已受到危險(xiǎn)鋒面17的影響，危險(xiǎn)鋒面17已經(jīng)發(fā)展到此測(cè)試鋼筋表面深度。
當(dāng)發(fā)現(xiàn)某深度的電極棒發(fā)生鋼筋腐蝕后，在室外插座15處將犧牲陽極1和該電極棒上的鋼筋棒4通過跳線短路，形成對(duì)該腐蝕鋼筋的陰極保護(hù)，防止其繼續(xù)腐蝕破壞混凝土保護(hù)層。
對(duì)傳感器進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移，受到危險(xiǎn)鋒面17影響的鋼筋表面數(shù)量逐漸增多，深度逐漸加深。
可以用結(jié)構(gòu)主鋼筋3的保護(hù)層厚度減去危險(xiǎn)鋒面發(fā)展深度，得到危險(xiǎn)鋒面距離結(jié)構(gòu)主鋼筋3表面的距離，并判斷危險(xiǎn)鋒面逼近構(gòu)件鋼筋的速度，近而制定合理的維修對(duì)策，在結(jié)構(gòu)主鋼筋3未開始腐蝕之前，及時(shí)采取陰極保護(hù)、電化學(xué)除氯等方法防止結(jié)構(gòu)主鋼筋開始腐蝕。
本發(fā)明的傳感器可以分別布置在構(gòu)件的不同部位(如橋梁柱的深水區(qū)、濺浪區(qū)、干燥區(qū))，并可在每個(gè)區(qū)域同時(shí)布置多個(gè)點(diǎn)，對(duì)建筑物進(jìn)行有效監(jiān)護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋腐蝕長期監(jiān)測(cè)傳感器，包括階梯狀基座(6)、插于階梯狀基座(6)固定槽內(nèi)的電極棒、以及與從電極棒引出的導(dǎo)線(10)相連的纜線接口(12)，其特征在于階梯狀基座(6)的每個(gè)階梯中央開有一個(gè)固定槽，每個(gè)固定槽中插入一根電極棒并由設(shè)置在固定槽內(nèi)壁的單板彈簧片(11)壓緊；電極棒由作為陽極的鋼筋棒(4)和作為陰極的不銹鋼管(5)構(gòu)成，不銹鋼管(5)套在鋼筋棒(4)外側(cè)，鋼筋棒(4)和不銹鋼管(5)之間灌注環(huán)氧樹脂(9)以保證絕緣，鋼筋棒(4)一端設(shè)有的突起接頭(7)插入固定槽底面中央圓柱形槽內(nèi)，并由槽內(nèi)設(shè)置的環(huán)行彈簧片(8)實(shí)現(xiàn)連接和固定；所述單板彈簧片(11)和環(huán)行彈簧片(8)分別由埋設(shè)在基座內(nèi)的導(dǎo)線(10)連接至基座側(cè)面的纜線接口(12)；階梯狀基座(6)的兩端各設(shè)置一根定位棒(2)，每根定位棒(2)的兩端各固定一個(gè)犧牲陽極(1)，犧牲陽極(1)通過埋設(shè)在定位棒(2)內(nèi)的導(dǎo)線連通到纜線接口(12)，與纜線接口(12)連接的外部導(dǎo)線(16)連接到混凝土表面的室外插座(15)上；階梯狀基座(6)通過定位棒(2)固定在混凝土構(gòu)件中的結(jié)構(gòu)主鋼筋(3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋腐蝕長期監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于所述定位棒(2)的底面與最低電極棒的頂面在相同平面上，鋼筋棒(4)的暴露表面與澆注的混凝土(14)表面平行，并且最高鋼筋棒的工作面距離混凝土表面不大于5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋腐蝕長期監(jiān)測(cè)傳感器，其特征在于所述犧牲陽極(1)的材料為鋅塊，鋅塊外包裹pH值為7的改性砂漿以保證鋅塊的活性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋腐蝕長期監(jiān)測(cè)傳感器，可用于直接對(duì)腐蝕發(fā)生的載體——鋼筋進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。傳感器由若干長度相等的電極棒、基座、導(dǎo)線和犧牲陽極組成，電極棒成階梯形固定在傳感器基座的固定槽內(nèi)，導(dǎo)線通過彈簧片分別與電極棒的陰陽極連接。施工時(shí)將檢測(cè)傳感器埋入混凝土，在結(jié)構(gòu)的使用期內(nèi)，定期對(duì)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某電極棒內(nèi)的鋼筋發(fā)生腐蝕后，通過陰極保護(hù)裝置對(duì)鋼筋進(jìn)行防腐保護(hù)。本發(fā)明可以在不損傷混凝土表面的前提下，通過對(duì)埋入混凝土內(nèi)部不同深度的鋼筋的檢測(cè)，準(zhǔn)確方便地確定腐蝕介質(zhì)入侵鋒面距離構(gòu)件鋼筋的距離。
文檔編號(hào)G01N27/26GK1945278SQ200610117060
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日
發(fā)明者宋曉冰, 劉西拉 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)