多功能混凝土结构钢筋锈蚀率检测仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测量仪器，具体涉及一种多功能混凝土结构钢筋锈蚀率检测仪。
【背景技术】
[0002] 混凝土结构钢筋锈蚀是影响在役混凝土结构剩余使用寿命的一个重要指标。随 着我国基础设施迅猛发展，近年来因钢筋锈蚀导致混凝土结构的垮塌断裂时有发生。国家 "十三五"计划用8万亿元撬动科技创新，在工程质量及检测的相关领域投入巨额资金用于 基础设施的检测、维修维护、检测认证服务、技术转移、科研等相关行业发展。目前，传统的 检测仪器都有着一定的不足或使用限制，研宄混凝土结构的耐久性检测仪器及方法已成为 业界的关注热点。对于新建基础设施，要进行耐久性设计、维护、运营状况要有定期的评价， 近年来评价要求越来越高，逐步朝着量化的方向发展。尤其是沿海地区的大型海港、码头、 厂房、民房等既有建筑结构更需要进行定期量化检查，定量检测混凝土结构中的钢筋锈蚀 状态，对其剩余使用寿命及运营状况进行科学量化评价，可及早发现混凝土结构中的钢筋 锈蚀程度，及时采取维护和加固措施，以减少由此引起的危害。
[0003] 无损量化评价钢筋混凝土结构的锈蚀状况，是当今世界各国都非常重视的问题， 混凝土中钢筋锈蚀状态的无损检测，目前国内外常用的检测方法有分析法、物理法和电化 学方法，基本上都是定性或粗略定量检测方法。混凝土中钢筋锈蚀是一个电化学过程，电化 学方法是检测钢筋锈蚀程度的有力手段。实际检测中，电化学检测方法的发展速度最快应 用也最广泛，作为一种无损检测方法，具有测试速度快、灵敏度高、可连续测量等优点，且可 通过测量钢筋锈蚀状态、锈蚀电流密度、锈蚀平均截面损失率，有效预测其剩余使用寿命， 因此电化学检测方法的发展速度最快应用也最广泛。本仪器的研制基于混凝土中钢筋锈蚀 的电化学反应过程，即当钢筋锈蚀表面形成阳极或阴极区，在这些区域产生电流、电位差， 通过测量混凝土中钢筋的电化学参数一一锈蚀电流密度的变化，借助法拉第定律、线性极 化原理推断锈蚀平均截面损失率和锈坑位置、范围、程度、分布情况，根据相关的规程和标 准，给出更为科学全面的钢筋锈蚀程度量化评定。
[0004] 经过现有技术的检索发现，中国专利号200810024647. 2、200810039180、 2012101136599、2012201642083、2012103781278、2012205130760、200520110540. 1，专利 一、二皆属于土木工程技术领域的预埋式钢筋锈蚀监测装置，前者可以粗略地估测钢筋的 锈蚀状态，后者可较为准确检测钢筋锈蚀程度，但这两种方法的共同缺点是对未埋入此检 测装置的在役混凝土结构不适用；专利三、四和专利五、六分别为两个同一内容的专利，该 四份专利实现了对混凝土中钢筋锈蚀程度的量化检测，而且其测试方法能够较准确的检测 钢筋的锈蚀程度，但是这四份专利中的方法在实际测量时仍需要微量破开混凝土露出待测 钢筋与检测设备的一极相连，仍对混凝土造成一定的影响，为量化评价钢筋锈蚀程度带来 了一定的困难；专利五、六中提到的电阻率法检测有一定缺点：如当混凝土水灰比很小或 混凝土处于干燥状态时，混凝土内部电解液及孔溶液极少，难以使离子产生流动，因而阻止 电流通过的能力就强，混凝土的电阻率就高，而钢筋锈蚀的必要条件之一是必须要有电解 液传输离子形成阴阳极回路，才能形成微电池，有可能出现钢筋已锈蚀但电阻率仍然很高 的情况，因此混凝土电阻率只能对混凝土中钢筋锈蚀程度作比较粗略的定量判断；专利七 中直接将锈蚀电流密度视为锈蚀率来看是不完善的，因为还需根据法拉第定律经过较为复 杂的换算才能将锈蚀电流密度转换为钢筋的损失量，且专利七提及的仪器不具有检测锈蚀 平均截面损失率和判定混凝土中锈坑位置、范围、程度的功能。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的技术问题是用一台仪器实现对混凝土结构钢筋锈蚀程度的多种技 术参数的纯无损定量测量，并提供比较直观的检测数据、锈蚀平均截面损失率曲线图和锈 坑位置、范围、程度平面分布图，为综合评价混凝土结构钢筋的锈蚀程度提供了更加科学的 依据。本仪器综合运用了法拉第定律、线性极化法、电位法来检测混凝土中钢筋锈蚀的参 数，从而根据相关的评判标准来量化评定钢筋锈蚀程度。
[0006] 本发明的目的是提供一种多功能混凝土结构钢筋锈蚀率检测仪，其主要由主机系 统、电缆和复合型信号采集装置，主机由人机界面操作模块、数据采集处理存储模块、温度、 湿度、二氧化碳浓度测感模块及电源模块构成，复合型信号采集装置将多个"铜+硫酸铜饱 和溶液"形成的半电池电极等间距设计在一个圆盘形箱体内形成相互补偿回路实现完全非 破损锈蚀定量快速检测。该仪器综合运用法拉第原理、线性极化法、电位法用以测量锈蚀平 均截面损失率、锈蚀电流密度以及锈坑位置、范围、程度，从而实现绘制锈蚀平均截面损失 率图和锈坑位置、范围、程度分布图，同时测量混凝土结构所处环境温度、湿度、二氧化碳浓 度。仪器配有电位差、电阻率测量模块，从多个角度对混凝土结构锈蚀状况及未来锈蚀趋势 作科学定量判断。本发明与现有技术相比具有明显优势，应用先进的电子信息技术、计算机 网络技术和电化学的综合测量方法，确定并完成了仪器的系统设计和研制以及检验报告出 具，通过实验室和实际工程现场测量使用证明，实现了混凝土结构中锈蚀平均截面损失率、 锈蚀电流密度大小及锈坑位置、范围、程度快速量化判定。以前锈蚀检测需破坏混凝土结构 和使用多台仪器才能实现定性测量，使用本仪器，只需用一台仪器即可实现钢筋混凝土结 构完全非破损快速锈蚀定量检测，并能够提供多种量化评估混凝土结构技术参数：如锈蚀 平均截面损失率曲线图、锈坑位置、范围、程度平面分布图、二氧化碳浓度值。本发明可为在 役混凝土结构的安全性和耐久性评估提供重要科学依据。
[0007] 所述复合型信号采集装置将多个"铜+硫酸铜饱和溶液"形成的半电池电极等间 距设计在一个圆盘形箱体内形成相互补偿回路实现完全非破损锈蚀定量快速检测。
[0008] 所述该仪器检测系统设计了自动统计分析的功能，实现了对混凝土中锈坑位置、 范围、程度及其分布规律判定，从而可为后期的维修加固处理提供重要依据。
[0009] 所述主机系统由人机界面操作显示模块、数据采集处理储存模块、温度、湿度、二 氧化碳浓度测感模块及电源电路组成，完全实现非破损锈蚀定量快速检测及测量环境的数 据采集并统计分析保存至主机系统。
[0010] 所述数据采集处理储存模块由单片机、A/D转换器及总线驱动器构成，A/D转换器 将信号采集装置采集到的模拟信号转换成数字信号，经单片机处理后传输至触控屏显示模 块实现即时判读与分析。
[0011] 所述二氧化碳浓度测感模块采用二氧化碳测量传感器和感应电路组成，可精确地 测出待测混凝土结构构件所处环境中的二氧化碳浓度，为后期量化评估混凝土结构剩余使 用寿命提供重要参考依据。
[0012] 所述温度、湿度测感模块采用温度、湿度测量传感器和数据传输电路组成，能精确 地测出待测混凝土构件所处环境中的温度、湿度，为后期对混凝土结构维护和保养提供科 学数据。
[0013] 所述电源模块由电池及为此仪器设计的电源处理电路组成，电池为本仪器提供能 源，本仪器采用锂电池，电源处理电路将电压降至单片机正常工作所需的电压。
[0014] 多功能混凝土结构钢筋锈蚀率检测仪操作方便，易于维护，与国内普通产品相比， 仪器的稳定性、可靠度、便捷性都有较大的提升；可靠度方面，本产品与国外同类产品相比， 不仅达到了欧美同类产品的技术水平，而且功能上也有创新，增加了两种快速定量判定混 凝土中锈坑位置、范围、程度的功能，产品性能上完全达到美国同类产品同类水平，同时功 能上另有创新。
【附图说明】
[0015] 图1，本发明结构示意图。
[0016] 如附图1所示，多功能混凝土结构钢筋锈蚀率检测仪，该设备主要由主机1，连接 电缆2、3,信号采集装置把手4,信号采集装置红色、黑色插孔5、6,传感器7,传感器8,信号 采集装置9组成。
[0017] 图1说明：
[0018] 主机1 :主要由人机界面操作模块、数据采集处理存储模块、温度、湿度、二氧化碳 浓度测感模块及电源模块构成。测量时，主机两个输入端口分别与信号采集装置对应接口 相连接，主机接收到电信号后，再对电信号进行计算处理，最终得出待测钢筋的锈蚀电流密 度、锈蚀平均截面损失率和锈坑位置、范围、程度平面分布图；
[0019] 连接电缆2、3 :连接主机和信号采集装置；
[0020] 信号采集装置把手4 :方便移动信号采集装置；
[0021] 信号采集装置红色、黑色插孔5、6 :保护信号采集装置、连接主机；
[0022] 传感器7 :进行数据采集，配合传感器8测量电位差及微电池电流密度；
[0023] 传感器8 :由多个相同"铜+硫酸铜饱和溶液"形成的半电池电极串接而成具有相 互补偿回路的传感器，所起作用测量补偿电位值，配合传感器7测量微电池电流密度；
[0024] 复合型信号采集装置9:实现纯无损锈蚀定量检测，检测时克服混凝土中由于钢 筋垂直交叉给检测带来的干扰。
【具体实施方式】
[0025] 如附图1所示，多功能混凝土结构钢筋锈蚀率检测仪，该仪器主要是对锈蚀电流 密度、锈蚀平均截面损失率、混凝土结构所处环境的二氧化碳浓度、温度、湿度进行测量以 及判定锈坑位置、范围、程度分布规律。为了使仪器检测钢筋诱蚀程度更加可靠，实际测量 时，需满足如下要求：所测混凝土构件必须充分湿润，混凝土处于干燥状态时需向混凝土表 面喷水后约0. 5小时再进行检测，混凝土含水率控制在7%~12%，此时锈蚀电流密度、电 位差更加稳定，所测锈蚀电流密度、电位差、锈蚀平均截面损失率检测更精确。
[0026] 该仪器综合运用了法拉第定律、线性极化法、电位法来测量锈蚀电流密度、锈蚀平 均截面损失率、锈坑