用于盐冻环境混凝土性态的监测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及混凝土无损监测技术领域，具体涉及一种实时在线监测盐冻环境中混 凝土性态的装置及其方法。
【背景技术】
[0002] 我国东北、华北和西北高寒地区的公路、桥梁、大坝等混凝土建筑物，都经常遭遇 到不同程度的冻融破坏。此外，这些区域又经常使用除冰盐来融雪、除冰。因此，这些地区 的混凝土构件常常处于盐冻环境中。
[0003] 盐冻环境中的混凝土一方面会遭受冻融损伤，另一方面会遭受氯盐侵入。针对盐 冻环境中的混凝土建筑物，需要实时监测混凝土的内部损伤情况和氯盐的侵入情况，以确 保混凝土建筑物的安全运行。迄今为止，尚未见有一种能够实时监测盐冻环境混凝土的内 部损伤情况和氯盐浓度侵入锋度的方法。
[0004] 如何实现实时在线监测盐冻环境混凝土的内部损伤情况和氯盐浓度的侵入锋度， 为准确评估盐冻环境混凝土的工作性态提供依据，已成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于盐冻环境混凝 土性态的监测装置及方法，以实时在线监测遭受盐冻作用的混凝土的内部损伤情况和氯离 子侵入锋度。
[0006] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的用于盐冻环境混凝土性态的监测 装置，包括底座、四根不锈钢电极、六根氯离子选择性电极和一根参比电极，所述底座上具 有分布在正方形的四个角点上的不锈钢电极安装孔，以及处于同一直线上空心管安装孔； 所述氯离子选择性电极安装在空心管上，所述氯离子选择性电极的安装高度呈梯度分布； 所述参比电极的测量端朝向氯离子选择性电极，所述不锈钢电极和氯离子选择性电极垂直 于底座，所述参比电极与底座平行，所述不锈钢电极、氯离子选择性电极和参比电极通过导 线连接到数据收集中心。
[0007] 具体地，所述空心管安装孔所在直线与不锈钢电极安装孔所在正方形的一条边平 行，所述参比电极的安装孔处于空心管安装孔和不锈钢电极安装孔之间。
[0008] 具体地，所述不锈钢电极安装孔和空心管安装孔均为螺纹孔。
[0009] 具体地，所述底座采用厚度为8~10mm的塑料板，所述不锈钢电极长度40mm，直径 10_;所述不锈钢电极自由端20_作为暴露端，其余长度以及电极与底座连接处被环氧树 脂密封；六根空心管安装孔的间距为1〇臟，所述空心管直径是5臟，第一根空心管在底座上 方的高度为3_，第二、第三根空心管梯度为6_，第四至第六根空心管梯度为12_。
[0010] 具体地，所述氯离子选择性电极通过环氧树脂粘结在空心管上，其AgCl镀层的一 端作为测量端，另一端连接导线，导线通过PVC管引出连接到数据收集中心。
[0011] 本发明同时提出上述监测装置的监测方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 制备不锈钢电极、氯离子选择性电极和参比电极； 2) 电极装配，在底板上预留电极安装孔，所述不锈钢电极螺接于安装孔；所述氯离子选 择性电极和参比电极均用环氧树脂固定到PVC空心管上，PVC空心管螺接于安装孔，电极导 线从PVC空心管内部导出连接到数据收集中心； 3) 选择同一侧的两根不锈钢电极导入和导出电流，测量另一侧的两根不锈钢棒之间的 电压，由此得到混凝土内部的电阻率，通过混凝土内部电阻率的变化反映出混凝土内部遭 受冻融破坏的情况；由氯离子选择性电极的电位值推算出孔隙液中氯离子含量，判断氯离 子在混凝土中的侵入锋度；将数据传输到监测中心进行处理，根据埋入的电极和监测中心 在线监测盐冻环境下混凝土的内部损伤程度和氯离子浓度侵入锋度。
[0012] 使用时，包括以下步骤： 第一步，底座采用耐腐蚀、硬度大、不宜变形的塑料板制成，厚度为8~10_。
[0013] 第二步，所述的四根不锈钢电极采用耐腐蚀的不锈钢制造。不锈钢电极长度为 40mm，直径约10mm。底座上预留四个嵌入不锈钢电极的孔，孔上留有螺纹，四个孔呈正方形 四角分布，正方形边长约为20cm。不锈钢电极通过螺纹连接的方式与底座固定连接。底座 上方的不锈钢电极20mm长度作为暴露端，其余长度以及电极与底座连接处均用环氧树脂 密封。底座下方的电极先缠上导线，然后用环氧树脂全部密封。导线接到数据收集中心。
[0014] 第三步，底座上预留6个小孔，孔直径为5mm。孔沿直线方向钻取，孔与孔之间的距 离为lcm。PVC空心管直径也是5_，以螺纹连接的方式固定在小孔上。第一根PVC管在混 凝土保护层3mm处，第二、第三根PVC管梯度为6mm，第四至第六根PVC管梯度为12mm〇
[0015] 第四步，所述的氯离子选择性电极采用商业氯离子选择性电极。电极通过环氧树 脂以垂直于底座的方向粘结在PVC空心管上。电极镀上AgCl镀层的一端作为测量端，另一 端连接导线，导线通过PVC管引出连接到数据收集中心。
[0016] 第五步，在上述的第三孔旁边5cm处预留一个孔，孔直径lcm。孔里插上一根PVC管，PVC管与底座依然通过螺纹方式连接，PVC管伸入混凝土保护层30mm处。在PVC管顶端 沿平行于底座方向放置全固态此02参比电极，用环氧树脂固定到PVC空心管上。参比电极 测量端朝向氯离子选择性电极。参比电极导线通过PVC空心管内部导出连接到数据收集中 心。
[0017] 工作原理： (1)电阻率探针工作原理：从正方形一边的两根电极施加电流I，测量另一边两根电极 之间的电压V，电阻率可以用下式表示：
【主权项】
1. 一种用于盐冻环境混凝土性态的监测装置，其特征在于：包括底座、四根不锈钢电 极、六根氯离子选择性电极和一根参比电极，所述底座上具有分布在正方形的四个角点上 的不锈钢电极安装孔，以及处于同一直线上空心管安装孔；所述氯离子选择性电极安装在 空心管上，所述氯离子选择性电极的安装高度呈梯度分布；所述参比电极的测量端朝向氯 离子选择性电极，所述不锈钢电极和氯离子选择性电极垂直于底座，所述参比电极与底座 平行，所述不锈钢电极、氯离子选择性电极和参比电极通过导线连接到数据收集中心。
2. 根据权利要求1所述的用于盐冻环境混凝土性态的监测装置，其特征在于：所述空 心管安装孔所在直线与不锈钢电极安装孔所在正方形的一条边平行，所述参比电极的安装 孔处于空心管安装孔和不锈钢电极安装孔之间。
3. 根据权利要求1所述的用于盐冻环境混凝土性态的监测装置，其特征在于：所述不 锈钢电极安装孔和空心管安装孔均为螺纹孔。
4. 根据权利要求1所述的用于盐冻环境混凝土性态的监测装置，其特征在于：所述底 座采用厚度为8~10mm的塑料板，所述不锈钢电极长度40mm，直径IOmm;所述不锈钢电极自 由端20_作为暴露端，其余长度以及电极与底座连接处被环氧树脂密封；六根空心管安装 孔的间距为l〇mm，所述空心管直径是5mm，第一根空心管在底座上方的高度为3mm，第二、第 三根空心管梯度为6_，第四至第六根空心管梯度为12_。
5. 根据权利要求1所述的用于盐冻环境混凝土性态的监测装置，其特征在于：所述氯 离子选择性电极通过环氧树脂粘结在空心管上，其AgCl镀层的一端作为测量端，另一端连 接导线，导线通过PVC管引出连接到数据收集中心。
6. 根据权利要求1所述的用于盐冻环境混凝土性态的监测装置的监测方法，其特征在 于包括以下步骤： 1) 制备不锈钢电极、氯离子选择性电极和参比电极； 2) 电极装配，在底板上预留电极安装孔，所述不锈钢电极螺接于安装孔；所述氯离子选 择性电极和参比电极均用环氧树脂固定到PVC空心管上，PVC空心管螺接于安装孔，电极导 线从PVC空心管内部导出连接到数据收集中心； 3) 选择同一侧的两根不锈钢电极导入和导出电流，测量另一侧的两根不锈钢棒之间的 电压，由此得到混凝土内部的电阻率，通过混凝土内部电阻率的变化反映出混凝土内部遭 受冻融破坏的情况；由氯离子选择性电极的电位值推算出孔隙液中氯离子含量，判断氯离 子在混凝土中的侵入锋度；将数据传输到监测中心进行处理，根据埋入的电极和监测中心 在线监测盐冻环境下混凝土的内部损伤程度和氯离子浓度侵入锋度。
【专利摘要】本发明公开了一种用于盐冻环境混凝土性态的监测装置及方法，该装置包括安装于底座上的四根不锈钢电极、六根氯离子选择性电极和一根参比电极，其中不锈钢电极呈正方形分布，氯离子选择性电极的安装高度呈梯度分布，参比电极的测量端朝向氯离子选择性电极，各电极连接到监测中心。该方法通过不锈钢电极测量混凝土内部电阻率的变化监测出混凝土内部遭受冻融破坏的情况；利用参比电极和氯离子选择性电极推算出孔隙液中氯离子含量，判断氯离子在混凝土中的侵入锋度，并由监测中心进行处理。本发明能够实现在线监测盐冻环境下混凝土的内部损伤程度和氯离子浓度侵入锋度。
【IPC分类】G01N27-04, G01N27-26
【公开号】CN104819997
【申请号】CN201510255905
【发明人】蒋林华, 金鸣, 徐金霞, 陶德彪, 白舒雅, 储洪强
【申请人】河海大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月19日