一种钢筋混凝土锈蚀监测传感器

1.本实用新型涉及钢筋混凝土监测领域，具体地说是一种钢筋混凝土锈蚀监测传感器。


背景技术：

2.随着我国交通事业的大发展，特别是沿海城市之间的高等级公路、跨海大桥的建设得到了飞速发展，钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，是修路、建桥结构设计中首选形式，其应用非常广泛。在钢筋混凝土大量应用的同时，也发现钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前出现裂纹、铺装层脱落等病害。在此过程中，混凝土内部钢筋的锈蚀是钢筋混凝土劣化、耐久性降低的根源所在。
3.钢筋混凝土的锈蚀是指埋藏在混凝土中的钢筋材料与进入混凝土结构中的水分或腐蚀性介质(通常是氯离子)接触，发生化学或电化学反应，引起钢筋表面变色和腐蚀，生成了可以肉眼观察到的腐蚀产物的现象。钢筋的锈蚀降低了钢筋与混凝土之间的结合力，生成的腐蚀产物因体积膨胀引起混凝土结构的裂纹和剥落。因此，开展钢筋混凝土锈蚀监测对于提升钢筋混凝土的耐久性具有重要的理论和实际意义。
4.传统的钢筋混凝土监测主要方法有：电阻探头，欧美诸国就广泛采用电阻探头检测混凝土结构中的钢筋锈蚀。声发射法：利用混凝土中钢筋锈蚀时，腐蚀产物膨胀，部分能量以发射声波形式释放，用声发射探头可以灵敏地检测发射源位置与强度，问题是很难避免其它声发射的干扰，因此很难建立钢筋锈蚀活性高低与声发射强度的相关性。目前钢筋锈蚀状态实时监测技术多处于实验室研究阶段，能够成功应用到工程上的技术和装置较少，缺乏较为成熟的、可靠的混凝土钢筋锈蚀在线监测传感器和可操作性强的工程实施方案。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种钢筋混凝土锈蚀监测传感器。
6.针对现有的钢筋混凝土锈蚀监测方法中存在的上述诸多不足，本实用新型提供一种可工程化的预埋式的钢筋混凝土锈蚀监测传感器。
7.本实用新型提供一种钢筋混凝土锈蚀监测传感器，包括：传感器骨架、传感器底座、传感器顶盖、电阻率测量试片、电阻率试片隔块和腐蚀测量试片；所述传感器骨架为圆筒形结构，电阻率测量试片、电阻率试片隔块和腐蚀测量试片套设在传感器骨架外部；所述传感器顶盖固定在传感器骨架的前端，传感器底座的一端与传感器骨架的后端通过螺纹连接以压紧电阻率测量试片、电阻率试片隔块和腐蚀测量试片，传感器底座的另一端与信号接口插座相连接；所述电阻率测量试片和腐蚀测量试片的内壁都设有接线定位柱，接线定位柱伸入到传感器骨架内部并通过导线与信号接口插座的对应接线端子连接；腐蚀测量试片采用与待监测钢筋同牌号的金属材料制造。
8.在本实用新型的钢筋混凝土锈蚀监测传感器中，所述传感器骨架的内部前端还设有温、湿度测量元件，其每个引脚分别引出一条导线连接至信号接口插座，所述传感器顶盖和传感器骨架之间设有隔水透气膜片。
9.在本实用新型的钢筋混凝土锈蚀监测传感器中，所述传感器设有2个电阻率测量试片和2个电阻率试片隔块，电阻率测量试片和电阻率试片隔块交替套设在传感器骨架外部。
10.在本实用新型的钢筋混凝土锈蚀监测传感器中，所述传感器设有4个腐蚀测量试片和4个腐蚀测量试片隔膜，腐蚀测量试片隔膜和腐蚀测量试片交替套设在传感器骨架外部。
11.在本实用新型的钢筋混凝土锈蚀监测传感器中，所述传感器骨架的外壁上设有2个第一接线定位槽和1个第二接线定位槽，第一接线定位槽和第二接线定位槽都沿传感器骨架的轴向设置；2个第一接线定位槽对称设置，所述电阻率测量试片的内壁对称设置2个接线定位柱且从相应的第一接线定位槽伸入传感器骨架内部；所述腐蚀测量试片的内壁设有1个接线定位柱从第二接线定位槽伸入传感器骨架内部。
12.在本实用新型的钢筋混凝土锈蚀监测传感器中，所述传感器骨架的前端设有圆台，所述圆台的直径与腐蚀测量试片的外径相等，所述隔水透气膜片粘贴于圆台的端面上并将传感器骨架前端的孔口盖住。
13.在本实用新型的钢筋混凝土锈蚀监测传感器中，所述传感器底座外壁上设计有辅助安装结构，所述辅助安装结构与安装卡箍配合夹住待测钢筋并通过螺栓固定。
14.在本实用新型的钢筋混凝土锈蚀监测传感器中，所述传感器骨架、传感器底座、传感器顶盖、电阻率试片隔块和腐蚀测量试片隔膜都采用pe非金属耐腐蚀材料制造。
15.在本实用新型的钢筋混凝土锈蚀监测传感器中，所述电阻率测量试片采用pt金属材料制造。
16.本实用新型的一种钢筋混凝土锈蚀监测传感器，至少具有以下有益效果：
17.1.本实用新型钢筋混凝土锈蚀监测传感器能够满足工程应用要求，传感器采用预埋的方式可以实时监测钢筋混凝土结构全寿命周期的钢筋混凝土锈蚀情况。
18.2.本实用新型钢筋混凝土锈蚀监测传感器为多功能传感器，不仅可监测钢筋锈蚀速度，还可以同步监测与钢筋锈蚀相关的钢筋服役微环境信息，如温度、湿度和混凝土电阻率，为诊断钢筋锈蚀状态提供更全面的数据。
19.3.本实用新型钢筋混凝土锈蚀监测传感器采用耐腐蚀、抗老化的非金属材料作为主体，具有体积小、适应性强、寿命长、安装方便等特点。
附图说明
20.图1为钢筋混凝土锈蚀监测传感器的外形结构图；
21.图2为钢筋混凝土锈蚀监测传感器的剖视结构图；
22.图3为传感器骨架的结构图；
23.图4为传感器骨架的剖视结构图；
24.图5为电阻率测量试片的结构图；
25.图6为锈蚀测量试片的结构图；
26.图7为钢筋混凝土腐蚀监测传感器安装结构图；
27.1-传感器主体，2-安装卡箍，3-固定螺栓，4-钢筋，101-传感器骨架，102-传感器底座，103-电阻率测量试片，104-电阻率试片隔块，105-腐蚀测量试片，106-腐蚀测量试片隔膜，107-温、湿度测量元件，108-隔水透气膜片，109-传感器顶盖，110-导线，111-信号接口插座。
具体实施方式
28.参照附图1-7对本实用新型的一种钢筋混凝土锈蚀监测传感器的结构进行详细说明。
29.如图1所示，本实用新型的一种钢筋混凝土锈蚀监测传感器由传感器主体1、安装卡箍2和螺栓3组成。
30.如图2所示，传感器主体1包括：传感器骨架101、传感器底座102、传感器顶盖109、电阻率测量试片103、电阻率试片隔块104和腐蚀测量试片105；所述传感器骨架101为圆筒形结构，电阻率测量试片103、电阻率试片隔块104和腐蚀测量试片105套设在传感器骨架101外部；所述传感器顶盖109固定在传感器骨架101的前端，传感器底座102的一端与传感器骨架101的后端通过螺纹连接以压紧电阻率测量试片103、电阻率试片隔块104和腐蚀测量试片105，传感器底座102的另一端与信号接口插座111相连接；所述电阻率测量试片103和腐蚀测量试片105的内壁都设有接线定位柱，接线定位柱伸入到传感器骨架101内部并通过导线与信号接口插座111的对应接线端子连接；腐蚀测量试片105采用与待监测钢筋4同牌号的金属材料制造。
31.如图2所示，所述传感器骨架101的内部前端还设有温、湿度测量元件107。温、湿度测量元件107为集成环境温度和环境湿度测量功能的小型化传感元件，设置在传感器骨架101的中心空腔内。温、湿度测量元件107的每个引脚分别引出一条导线连接至信号接口插座111，所述传感器顶盖109和传感器骨架101之间设有隔水透气膜片108。隔水透气膜片108为由隔水透气材料制成的薄圆片，用来防止液体介质进入传感器骨架的内腔的同时还可以让环境中气体介质自由进入内腔与温、湿度测量元件107接触，保证温湿度的测量准确性。
32.如图3和图4所示，所述传感器骨架101的外壁上设有2个第一接线定位槽1011和1个第二接线定位槽1012，用于定位电阻率测量试片103和腐蚀测量试片105。第一接线定位槽1011和第二接线定位槽1012都沿传感器骨架101的轴向设置。2个第一接线定位槽1011对称设置，所述电阻率测量试片103的内壁对称设置2个接线定位柱并从相应的第一接线定位槽1011伸入传感器骨架101内部；所述腐蚀测量试片105的内壁设有1个接线定位柱从第二接线定位槽1012伸入传感器骨架101内部。所述传感器骨架101的前端设有圆台1013，所述圆台1013的直径与腐蚀测量试片105的外径相等，所述隔水透气膜片108粘贴于圆台1013的端面上并将传感器骨架101前端的孔口盖住。
33.图5为电阻率测量试片103的结构图。电阻率测量试片103优选耐蚀且导电性好的pt金属材料制造，电阻率试片隔块104优选pe非金属耐腐蚀材料制造，均为圆环形结构。具体实施时，传感器设有2个电阻率测量试片103和2个电阻率试片隔块104。电阻率测量试片103和电阻率试片隔块104交替套设在传感器骨架101外部。如图2所示，电阻率测量试片103与电阻率试片隔块104按照abab形式排列，每个电阻率测量试片103的接线定位柱上连接1
条导线110。导线110优选单芯铜质带绝缘皮的测量导线。导线另一端与信号接口插座111对应的接线端子相连接。
34.图6为腐蚀测量试片105的结构图，腐蚀测量试片隔膜106采用pe非金属耐腐蚀材料制造，腐蚀测量试片105和腐蚀测量试片隔膜106均为圆环形结构。具体实施时，所述传感器设有4个腐蚀测量试片105和4个腐蚀测量试片隔膜106，腐蚀测量试片隔膜106和腐蚀测量试片105交替套设在传感器骨架101外部。如图2所示，腐蚀测量试片105与腐蚀测量隔膜106按照abababab形式排列，每个腐蚀测量试片105的接线定位柱上连接1条导线110。导线另一端与信号接口插座111对应的接线端子相连接。
35.所述传感器底座102外壁上设计有辅助安装结构，所述辅助安装结构与安装卡箍2配合夹住待测钢筋并通过螺栓3固定。
36.具体实施时，所述传感器骨架101、传感器底座102和传感器顶盖109都采用pe非金属耐腐蚀材料制造。
37.本实用新型的钢筋混凝土锈蚀监测传感器需要与专业的数据采集分析设备配合使用来进行钢筋锈蚀速度、钢筋服役微环境温度、湿度和混凝土电阻率的监测。使用时安装示意图如图7所示，将传感器主体1与被监测钢筋4通过辅助安装结构和安装卡箍2进行固定。并两颗固定螺栓3将被监测钢筋4固定牢固。传感器通过信号接口插座111连接专用线缆后，将传感器整体与被监测钢筋一起埋设于混凝土结构中，只保留连接有传感器的专用线缆的一端露在混凝土结构外，与专业的数据采集分析设备连接。传感器整体预埋在钢筋附近，可通过测量与钢筋相同材质的锈蚀测量试片105的锈蚀速率来等效钢筋的锈蚀速率。锈蚀测量试片105的锈蚀速率采用弱极化电化学方法进行测量。而混凝土电阻率的测量方法采用在已知间距的两个电阻率测量试片103施加电压，测量其电流值大小，数据采集分析设备通过计算模型计算出混凝土电阻率。钢筋服役微环境温度、湿度的监测采用在传感器中内置温、湿度测量元件直接读取温度和湿度测量值来实现。
38.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型的思想，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。