一种混凝土内钢筋锈蚀与应力状态原位监测方法技术

本发明专利技术是一种钢筋混凝土结构内钢筋锈蚀与应力状态原位监测方法，该方法是通过构造预应力自平衡体系，将与混凝土内钢筋相同材质的钢筋薄片施加初始预应力后埋入混凝土结构之中；在钢筋薄片上不同高度处设置连续应变测点，监测该区域应力状态；钢筋薄片形成平面应力状态，局部腐蚀后产生应力集中，根据截面不同高度处连续测点应变变化以反映钢筋初始锈蚀时间、锈蚀速率与锈蚀程度。本发明专利技术可埋设于距混凝土表面不同深度处，实现不同深度处钢筋锈蚀程度及埋设区域应力状态的监测及锈蚀风险评估。不受混凝土内各种离子、温湿度等环境因素的影响，特别适合海蚀环境浪溅区、潮差区钢筋混凝土结构钢筋锈蚀风险与锈蚀程度的评定。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术是一种钢筋混凝土结构内钢筋锈蚀与应力状态原位监测方法，该方法是通过构造预应力自平衡体系，将与混凝土内钢筋相同材质的钢筋薄片施加初始预应力后埋入混凝土结构之中；在钢筋薄片上不同高度处设置连续应变测点，监测该区域应力状态；钢筋薄片形成平面应力状态，局部腐蚀后产生应力集中，根据截面不同高度处连续测点应变变化以反映钢筋初始锈蚀时间、锈蚀速率与锈蚀程度。本专利技术可埋设于距混凝土表面不同深度处，实现不同深度处钢筋锈蚀程度及埋设区域应力状态的监测及锈蚀风险评估。不受混凝土内各种离子、温湿度等环境因素的影响，特别适合海蚀环境浪滅区、潮差区钢筋混凝土结构钢筋锈蚀风险与锈蚀程度的评定。【专利说明】
本专利技术属于土木工程结构健康监测技术，尤其是涉及钢筋混凝土结构耐久性，应 用于钢筋混凝土结构的锈蚀监测与耐久性评定。
技术介绍
现有技术：钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构耐久性破坏的最主要原因，目前钢筋锈蚀 监测技术主要分为物理和电化学两种手段。电化学手段使用较多，主要围绕钢筋腐蚀过程 产生的腐蚀电流或电极间的电位差的测量表征腐蚀的可能性。具体方法有：（1)梯形阳极 法，通过在混凝土层的不同深度布置若干阳极，通过监测各阳极与同一阴极间的电流来表 征氯离子的侵入或锈蚀发展情况，从而间接预测钢筋的腐蚀，此类方法已有部分工程与试 验室应用，但公开的试验数据较少，有效性有待证实。（2)半电池电位法和线性极化法为代 表的监测、检测方法，通过现场测量钢筋各部位的电位或极化电阻，以此判断各处锈蚀的可 能性，但这些方法不易实现长时间嵌入式在线监测，且由于极化电阻与电位易受多种因素 扰动，不能判断钢筋确切的腐蚀状态。同时，电化学方法监测的多是某一区域锈蚀的可能 性，并不能真实反映钢筋周围的应力情况，且在锈蚀产物产生后不能定量跟踪腐蚀的发展， 存在一定的缺陷。现有的物理监测方法主要基于光纤光栅应变传感器进行设计，主要有： (3) 光纤布拉格光栅缠绕结构中受力钢筋，由于钢筋受锈蚀产生锈蚀产物膨胀导致应变增 力口，据此监测锈蚀发展；（4)将两根钢筋紧邻布置，用支座或直接将两钢筋连接，连接位置 是钢筋端部或上边缘处，由于两根受腐蚀膨胀后相互挤压排斥，便能在光纤光栅上监测到 应变增加的现象。以上的物理方法均为基于钢筋受腐蚀膨胀的原理设计，在初步验证中取 得较理想的结果，但在混凝土中环境复杂，无论是采用缠绕法直接测量受力钢筋的腐蚀情 况，还是布置紧邻钢筋间接测量钢筋腐蚀情况，都破坏了钢筋表面微环境，难以表征真实的 腐蚀情况，且受蚀膨胀受混凝土约束，灵敏性和有效性尚待验证，且目前未见用于工程实 际。 存在的问题：目前钢筋混凝土耐久性监测主要目的是解决钢筋初始锈蚀时间并估 计钢筋锈蚀速率或锈蚀程度。电化学方法由于钢筋混凝土自身固有的腐蚀特征及技术本身 的局限性，难以消除介质欧姆降的问题。如电位测量仅可提供钢筋是否发生腐蚀，腐蚀程度 不得而知。极化电阻测量无法确定扰动信号所影响的钢筋面积，往往对实际腐蚀程度给出 过高的估计，另外一个问题是无法确定合适的激励时间，使得在这一时间内所测定的电流 响应仅包含有关腐蚀界面的电化学信息，而与混凝土本身的电化学信息无关。目前的物理 方法主要集中于钢筋受腐蚀后腐蚀产物膨胀产生的应变、应力的监测，由于这两种参数受 湿度、温度、电磁场、杂散电流及孔隙溶液浓度的影响较小，固物理方法的难点问题主要集 中于方法的设计，由于混凝土与钢筋之间存在复杂的相互作用力，会限制钢筋和混凝土的 相对位移，造成钢筋锈蚀产物膨胀导致的锈胀应力难以监测，而由其引起的钢筋周围的混 凝土应变也因混凝土的相互约束而难以采集，同时结构自身的受力与变形也产生应变，腐 蚀产物膨胀产生的应变湮没其中，难于分辨。因此基于钢筋锈蚀膨胀机理设计的传感器都 会受到较为严重的影响。与此同时，现有钢筋锈蚀监测方法往往会破坏钢筋表面的微环境， 使得氯离子的扩散等造成腐蚀的诱导因素与实际情况存在差别，同时受到外部环境因素的 影响，实测数据与真实情况差别较大，实际使用情况尚待验证。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决在不破坏混凝土内钢筋表面微环境条件下实现混凝土内钢 筋初始锈蚀时间、锈蚀速率、锈蚀程度与区域混凝土应力状态的监测。 为了实现本专利技术的目的，提出以下技术方案： ，所述方法是通过构造预应力自平衡 体系，将与混凝土内钢筋相同材质的钢筋薄片施加初始预应力后埋入混凝土结构之中，与 混凝土共同工作；在所述钢筋薄片上不同高度处设置连续应变测点，监测该区域应力状态； 所述钢筋薄片施加初始预应力后形成平面应力状态，局部腐蚀后产生应力集中，根据截面 不同高度处连续测点应变变化以反映钢筋初始锈蚀时间、锈蚀速率与锈蚀程度。 所述预应力自平衡体系包括框架（1)、中部钢筋薄片（2)、混凝土（3)、分布式连续 应变测点（4)、聚酯材料（5)、防腐层（6)、加载螺母（7)和锈蚀监测面（8)，其中，所述中部钢 筋薄片（2)通过加载螺母（7)安装在框架（1)中，通过两端的加载螺母（7)对中部钢筋薄片 (2)进行预应力加载并锚固；所述中部钢筋薄片（2)的三个表面利用聚酯材料（5)进行封 装，第四个端面作为锈蚀监测面（8)，在钢筋薄片（2)截面上距所述锈蚀监测面（8)不同高 度处设置分布式连续应变测点（4)。 在钢筋薄片（2)截面上距所述锈蚀监测面（8)不同高度处设置分布式连续应变测 点（4 )为1?空间分辨率分布式光纤。 所述高空间分辨率分布式光纤通过高性能胶水粘贴在距腐蚀监测面8的不同截 面高度处，通过传输光纤与相应解调仪连接。 所述分布式连续应变测点（4)上靠近加载螺母（7)处预留一段光纤不与钢筋薄片 (2 )粘贴，用于监测温度并进行温度补偿。 所述连续应变测点（4)采用链式应变片组，所述每个链式应变片组内有10个测量 片和1个用于温度补偿的温度补偿片。 所述链式应变片栅长〇. 6_，相邻应变片中心距1_，通过高性能胶水粘贴在钢筋 薄片（2)截面上距所述锈蚀监测面（8)不同高度处，应变片组通过焊接端子和导线与相应 的应变仪连接，可连续监测长度方向上各测点的平均应变。 本方法设计原理清晰、结构设计精巧合理，仅需通过应变测量即可实现长期在线 监测或离线检测的需求。与现有钢筋锈蚀监测方法相比，既可以避免电化学方法受杂散电 流等引起的电流波动及湿度、离子浓度等造成的电阻变化，又巧妙的规避了物理方法通常 导致的对结构中钢筋表面微环境的破坏，较好的解决了钢筋锈蚀监测问题，同时本方法不 受混凝土内各种离子、温湿度等环境因素的影响。 本专利技术使用的构造钢筋薄片可埋设于距混凝土表面不同深度处，实现混凝土内不 同深度处钢筋锈蚀程度及埋设区域应力状态的监测及锈蚀风险评估。特别适合海蚀环境浪 溅区、潮差区、浸没区钢筋混凝土结构钢筋锈蚀风险与锈蚀程度的评定，如处于浪溅区、潮 差区、浸没区的跨海桥梁钢筋混凝土桥墩，处于大气区的跨海桥梁上部混凝土结构，海工、 港工的钢筋混凝土码头等，实现混凝土内钢筋锈蚀和混凝土局部应力状态的原位监测。 【专利附图】【附图说明】 图la钢筋锈蚀传感器结构图； 图lb钢筋薄片截面图； 图lc钢筋锈蚀传感器中部钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢筋混凝土结构内钢筋锈蚀与应力状态原位监测方法，其特征在于，所述方法是通过构造预应力自平衡体系，将与混凝土内钢筋相同材质的钢筋薄片施加初始预应力后埋入混凝土结构之中，与混凝土共同工作；在所述钢筋薄片上不同高度处设置连续应变测点，监测该区域应力状态；所述钢筋薄片形成平面应力状态，局部腐蚀后产生应力集中，根据截面不同高度处连续测点应变变化以反映钢筋初始锈蚀时间、锈蚀速率与锈蚀程度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：兰成明，肖珣，孙冬柏，李惠，袁杰，周文松，
申请(专利权)人：北京科技大学，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11