專利名稱：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋加速銹蝕實(shí)時控制監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕度的監(jiān)測裝置，尤其涉及一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋加速銹蝕實(shí)時控制監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
近年來，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題日益顯現(xiàn)，可以預(yù)見土木工程即將進(jìn)入高維護(hù)階段，進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性試驗(yàn)研究已成為熱點(diǎn)。而鋼筋銹蝕引起的混凝土結(jié)構(gòu)脹裂及力學(xué)性能劣化作為耐久性研究的核心問題，愈來愈受到工程界的普遍關(guān)注和重視。水泥水化形成的堿性環(huán)境使鋼筋表面生成一層致密的鈍化薄膜，保護(hù)內(nèi)部鋼筋不發(fā)生銹蝕破壞，但該鈍化薄膜在兩種情況下將會發(fā)生破壞，一種情況是混凝土結(jié)構(gòu)中性化，造成鈍化膜存在的條件——堿性環(huán)境喪失；另一種情況是氯離子深入到鋼筋保護(hù)層附近，并達(dá)到臨界濃度，直接破壞鈍化薄膜。我國存在大范圍的鹽潰土地區(qū)，該地區(qū)以氯鹽和硫酸鹽為主，東部濱海地區(qū)以氯鹽腐蝕為主。因此，提出一種可實(shí)時控制及監(jiān)測鋼筋銹蝕程度的試驗(yàn)裝置，以快速評價鋼筋混凝土的鋼筋銹蝕狀況是非常必要的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種結(jié)構(gòu)簡單但控制、監(jiān)測精確的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋加速銹蝕實(shí)時控制監(jiān)測裝置。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:本實(shí)用新型所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋加速銹蝕實(shí)時控制監(jiān)測裝置包括電源模塊、控制器、供電接口、信號采集器、試驗(yàn)槽和陰極板，其中，所述電源模塊用于將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫?，所述供電接口用于輸出多個不同電壓的直流電源，所述供電接口包括多個正極電源輸出端和一個負(fù)極電源輸出端，所述信號采集器用于采集所述供電接口的各正極電源輸出端的電流/電壓信息及對應(yīng)的供電時間信息，所述試驗(yàn)槽用于內(nèi)裝銹蝕液和試件，所述陰極板置于所述試驗(yàn)槽內(nèi)并與所述供電接口中的負(fù)極電源輸出端連接，所述信號采集器的信號輸出端與所述控制器的信號輸入端連接，所述控制器的電源輸出端與所述供電接口的電源輸出端的內(nèi)端連接。應(yīng)用時，將氯化鈉鹽水放入試驗(yàn)槽內(nèi)，將多個試件置于試驗(yàn)槽內(nèi)并使試件的置于鹽水液面下，將試件上端位于鹽水液面以上，試件中的鋼筋端部出露于混凝土之外，并與供電接口的正極電源輸出端對應(yīng)連接，通過電路控制器控制每一試件的電路聯(lián)通與否及電壓大小，達(dá)到精確控制試件中鋼筋加速銹蝕的目的。由信號采集器采集供電接口的各正極電源輸出端的電流信息及對應(yīng)的供電時間信息并將這些信息傳輸給控制器，通過理論公式計算并采用影響因子修正后，準(zhǔn)確實(shí)時顯示鋼筋的銹蝕程度，便于對試驗(yàn)進(jìn)程的控制及試驗(yàn)動態(tài)的掌控。具體地，所述供電接口的正極電源輸出端同時提供40個通路，所述供電接口的各正極電源輸出端分別串聯(lián)有由所述控制器控制的開關(guān)。本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋加速銹蝕實(shí)時控制監(jiān)測裝置具有多達(dá)40個試驗(yàn)通道，能夠?qū)崿F(xiàn)同時對40組鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋進(jìn)行試驗(yàn)，并對其分別進(jìn)行實(shí)時控制監(jiān)測，通過控制器控制每一組試驗(yàn)的輸入電壓及通電時間等，能夠?qū)崿F(xiàn)鋼筋的加速銹蝕和對其腐蝕失重率的實(shí)時顯示，便于管理者簡單、直觀、快速地了解鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的精確鋼筋實(shí)際腐蝕失重率，對于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題研究具有極其重要的作用。

圖1是本實(shí)用新型所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋加速銹蝕實(shí)時控制監(jiān)測裝置的應(yīng)用結(jié)構(gòu)意圖；圖2是本實(shí)用新型所述電源模塊、控制器、信號采集器和供電接口的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中所述通電時間影響因素的影響因子λ i隨量值變化的擬合曲線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步具體描述:如圖1和圖2所示，圖1中的控制器、信號采集器和供電接口集成于主控板內(nèi)，-60V電源模塊和+5V電源模塊構(gòu)成總的電源模塊；圖1中的40個正極電源輸出端分別用了 1、2、3…38、39、40來表示，但這里的數(shù)字僅代表對應(yīng)的正極電源輸出端，與下述內(nèi)容的1、2、3、4、5、6代表 的含義不同；圖2中的電源模塊、控制器和信號采集器則采用了框圖形式，供電接口采用結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋加速銹蝕實(shí)時控制監(jiān)測裝置包括電源模塊、控制器、供電接口 107、信號采集器、試驗(yàn)槽104和陰極板106，其中，電源模塊用于將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫矗╇娊涌?107用于輸出多個不同電壓的直流電源，供電接口 107包括40個正極電源輸出端108和一個負(fù)極電源輸出端109，信號采集器用于采集供電接口 107的各正極電源輸出端108的電流信息及對應(yīng)的供電時間信息，試驗(yàn)槽104用于內(nèi)裝一定濃度的氯化鈉溶液105和試件102，陰極板106置于試驗(yàn)槽104內(nèi)并與供電接口 107中的負(fù)極電源輸出端109連接，信號采集器的信號輸出端與控制器的信號輸入端連接，控制器的電源輸出端與供電接口 107的電源輸出端的內(nèi)端連接。圖1中的陰極板106與-60V電源模塊的負(fù)極電源輸出端GND連接，未與圖2中的供電接口 107中的負(fù)極電源輸出端109連接，這是因?yàn)檎麄€裝置的負(fù)極全部連接在一起，所以上述兩種關(guān)于陰極板106的連接方式實(shí)際上是完全相同的；供電接口 107的40個正極電源輸出端108和負(fù)極電源輸出端109分別串聯(lián)有由控制器控制的開關(guān)ΚΡ..Κη，也可直接由控制器內(nèi)的軟件控制供電接口 107的正極電源輸出端108的電壓有無和高低。圖1中還示出了設(shè)置于主控板上的USB接口，以及與主控板連接的LED指示燈控制板，USB接口用于與外部計算機(jī)連接，便于監(jiān)控和管理，所有電力電子設(shè)備集中置于控制柜內(nèi)，便于操作。如圖1和圖2所示，應(yīng)用時，先要制作試件102:采用一對完全相同的有機(jī)玻璃模板配合鋼模完成混凝土成型過程中鋼筋的定位，試件成型完成后，移入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至28天，然后將容易出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物漏出的薄弱區(qū)域采用環(huán)氧樹脂封堵，作為待測的試件102。試驗(yàn)槽104內(nèi)盛有鹽水105，鹽水105采用氯鹽(即NaCl)或硫酸鹽均可，本例中采用濃度為
3-5%的NaCl溶液。將多個試件102 (最多為40個，圖1中為6個)置于試驗(yàn)槽104內(nèi)并將試件102的下端置于鹽水液面103以下，將試件102的上端置于鹽水液面103以上，每一個試件102上端的鋼筋101露出混凝土并與供電接口 107的正極電源輸出端108對應(yīng)連接，陰極板106與-60V電源模塊的負(fù)極電源輸出端GND連接(效果等同于與供電接口 107的負(fù)極電源輸出端109連接)。連接之后，在鋼筋101與陰極板106之間通過NaCl溶液形成電流通路，通過控制
器可直接換算出鋼筋失重率。下面對上述過程中鋼筋的銹蝕原理進(jìn)行說明:埋在混凝土內(nèi)的鋼筋腐蝕是一種復(fù)雜的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。氯化物侵入使鋼筋表面局部去鈍化成為陽極區(qū)，并發(fā)生陽極反應(yīng)，即鋼筋腐蝕(鐵離子化，溶于混凝土孔隙液)，同時放出自由電子；而仍然鈍化的鋼筋其余表面，則成為陰極區(qū)，與上述陽極區(qū)構(gòu)成腐蝕電池?？梢院唵蚊枋鰹橐韵滤膫€過程:(I)破壞鈍化膜；( 2 )形成“活化——鈍化”腐蝕電池；(3)去極化作用；(4)導(dǎo)電作用；方程式表示 為:Fe+2C1 — Fe2++2C1 +2e陽極反應(yīng):Fe2++20!T— Fe (OH) 2陰極反應(yīng):02+2H20+4e— 4OH若已知試驗(yàn)過程中的總電量(電流X時間)，可采用法拉第定律計算鋼筋的腐蝕失重率。法拉第定律公式在下文中具體描述。但理論計算的鋼筋失重率與實(shí)測鋼筋失重率有差別，通常來說實(shí)測鋼筋失重率小于理論計算值，少數(shù)情況下也會發(fā)生實(shí)測鋼筋失重率大于理論值的情況。這是因?yàn)閷?shí)際條件與理論計算時“陽極只發(fā)生確定原子價金屬溶解而沒有其他物質(zhì)析出”這一假設(shè)不符。為解決上述理論值與實(shí)際值的偏差，采用以下方法:對鋼筋的理論腐蝕失重率進(jìn)行修正，其修正公式如下:W實(shí)際=W理論-A1-A2-A3-A4-A5-A6 (式 I)式I中，為鋼筋的實(shí)際腐蝕失重率；Waife為鋼筋的理論腐蝕失重率；λ 1、λ 2、λ 3、λ 4、λ 5、λ 6依次表不通電時間影響因子、測試電壓影響因子、銹蝕液濃度影響因子、試件尺寸影響因子、試件與負(fù)極板之間的間距影響因子和混凝土強(qiáng)度影響因子；式I中，Waife的計算公式為:
權(quán)利要求1.一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋加速銹蝕實(shí)時控制監(jiān)測裝置，其特征在于:包括電源模塊、控制器、供電接口、信號采集器、試驗(yàn)槽和陰極板，其中，所述電源模塊用于將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫矗龉╇娊涌谟糜谳敵龆鄠€不同電壓的直流電源，所述供電接口包括多個正極電源輸出端和一個負(fù)極電源輸出端，所述信號采集器用于采集所述供電接口的各正極電源輸出端的電流/電壓信息及對應(yīng)的供電時間信息，所述試驗(yàn)槽用于內(nèi)裝銹蝕液和試件，所述陰極板置于所述試驗(yàn)槽內(nèi)并與所述供電接口中的負(fù)極電源輸出端連接，所述信號采集器的信號輸出端與所述控制器的信號輸入端連接，所述控制器的電源輸出端與所述供電接口的電源輸出端的內(nèi)端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋加速銹蝕實(shí)時控制監(jiān)測裝置，其特征在于:所述供電接口的正極電源輸出端同時提供40個通路，所述供電接口的各正極電源輸出端分別串聯(lián) 有由所述控制器控制的開關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋加速銹蝕實(shí)時控制監(jiān)測裝置，包括電源模塊、控制器、供電接口、信號采集器、試驗(yàn)槽和陰極板，供電接口包括多個正極電源輸出端和一個負(fù)極電源輸出端，信號采集器用于采集供電接口的各正極電源輸出端的電流/電壓信息及對應(yīng)的供電時間信息，試驗(yàn)槽用于內(nèi)裝銹蝕液和試件，陰極板置于試驗(yàn)槽內(nèi)并與供電接口中的負(fù)極電源輸出端連接，信號采集器的信號輸出端與控制器的信號輸入端連接，控制器的電源輸出端與供電接口的電源輸出端的內(nèi)端連接。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)同時對40組鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋進(jìn)行試驗(yàn)，并對其分別進(jìn)行實(shí)時控制監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)鋼筋的加速銹蝕和對其腐蝕失重率的實(shí)時顯示。
文檔編號G01N5/04GK203117069SQ20132013001
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者王士民, 何川, 盧岱岳 申請人:西南交通大學(xué)