定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的电磁感应装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的电磁感应装置及方法，包括霍尔效应传感器、交流电源、电压采集系统、信号传输系统以及数据分析系统；所述交流电源连接螺线圈，混凝土中钢筋的待检测部位置于螺线圈内，使其周围产生磁场；所述霍尔效应传感器粘贴在钢筋的待检测部位表面上，用于将钢筋腐蚀导致的磁场的变化转化为电场的变化；所述霍尔效应传感器、电压采集系统、信号传输系统以及数据分析系统依次连接。本发明专利技术通过霍尔效应传感器反馈的电压变化，可对不同的钢筋混凝土构件中钢筋的锈蚀损伤信息进行长期全面的监测，同时监测不受人工操作和环境影响，结果真实可靠，为各类型的钢筋混凝土构件的结构安全提供了有效的评价标准。

【技术实现步骤摘要】
定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的电磁感应装置及方法
本专利技术涉及钢筋混凝土建筑物安全监测，特别涉及一种高效、稳定，能对钢筋混凝土构件进行长期、稳定的锈蚀速率监测装置及量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的方法。
技术介绍
钢筋混凝土结构充分利用了钢筋与混凝土两种材料的优势，具有取材方便、经济适用、成型方便、延性破坏、耐水耐火等优点，因此在土木、建筑、水利等工程中得到了广泛的应用。随着土木、建筑、水利等相关行业的不断发展，钢筋混凝土建筑物的安全稳定越来越受到人们的重视。在影响混凝土结构耐久性的众多因素中，钢筋锈蚀引起的混凝土结构开裂被认为是钢筋混凝土结构耐久性失效的最主要原因之一。混凝土结构在服役过程中，环境中的有害介质侵入到混凝土内部，破坏钢筋表面的钝化膜，引发钢筋锈蚀和铁锈膨胀，锈蚀产物的体积是原有体积的2～4倍，其体积膨胀行为受到周围混凝土的限制，在钢筋与混凝土的界面上产生压力，即钢筋锈胀力。随着钢筋锈蚀量的增加，逐渐增大的钢筋锈胀力将导致混凝土保护层受拉而开裂。锈胀裂缝首先在钢筋周边的混凝土内界面产生，由内而外逐渐扩展；当锈胀裂缝贯通混凝土保护层时，环境中的有害介质经锈胀裂缝直接侵入混凝土内部，接触到钢筋，钢筋锈蚀速度大大加快，进一步加剧混凝土锈胀裂缝的扩展，甚至导致混凝土保护层剥落，严重影响混凝土结构的耐久性。裸露钢筋的锈蚀程度可以采用酸洗的方法进行准确测定，然而钢筋一旦埋入混凝土中，其在腐蚀环境作用下的锈蚀演化过程就难以进行无损的实时在线监测。目前尚缺少一种能够定量表征混凝土中钢筋腐蚀速率的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的应用较为广泛的声发射技术、半电池电位技术以及电流耦合法等只能对腐蚀速率进行定性分析的缺陷，提供一种长期有效的用于定量分析钢筋腐蚀速率的装置和方法。专利技术操作简单，通过霍尔效应传感器反馈的电压变化，可对不同的钢筋混凝土建筑物中钢筋的锈蚀损伤信息进行长期全面的监测，同时监测不受人工操作和环境影响，结果真实可靠，为各类型的钢筋混凝土建筑物的结构安全提供了有效的评价标准。本专利技术所采用的技术方案是：一种定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的电磁感应装置，包括霍尔效应传感器、交流电源、电压采集系统、信号传输系统以及数据分析系统；所述交流电源连接螺线圈，钢筋混凝土构件中的钢筋的待检测部位置于所述螺线圈内，使得所述钢筋的待检测部位周围产生磁场；所述霍尔效应传感器粘贴在所述钢筋的待检测部位表面上，用于将所述钢筋腐蚀导致的磁场的变化转化为电场的变化；所述电压采集系统外接所述信号传输系统、内连所述霍尔效应传感器，用于采集所述霍尔效应传感器的电压变化情况；所述信号传输系统用于将所述电压采集系统采集到的电压信号进行放大并以电磁波的形式发射给所述数据分析系统。进一步的，所述霍尔效应传感器设置有若干个，分别粘贴在所述钢筋混凝土构件中并列排布的若干个所述钢筋的待检测部位上，若干个所述钢筋的待检测部位均至于所述螺线圈内，使得能同时对所述钢筋混凝土构件中的若干个所述钢筋的腐蚀情况进行实时监测。进一步的，所述霍尔效应传感器设置有若干个，分别粘贴在所述钢筋混凝土构件中的同一根所述钢筋的若干个待检测部位上，所述钢筋的若干个待检测部位均至于所述螺线圈内，使得能同时对所述钢筋混凝土构件中的同一根所述钢筋的不同部位的腐蚀情况进行实时监测。其中，所述待检测部位包括钢筋最大受压区、钢筋最大受拉区、钢筋最大受弯区、钢筋最大受剪区、以及钢筋干湿交替区。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的方法，采用上述定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的电磁感应装置，包括以下步骤：步骤A，在全部待测钢筋的待检测部位预埋霍尔效应传感器，并布置螺线圈，霍尔效应传感器以及钢筋所构成的若干个磁回路通过螺线圈外接交流电源视为若干个并联磁路；步骤B，确定全部待测钢筋的种类，分别进行取样并进行标定实验，得到每种待测钢筋的腐蚀钢筋质量损失值与霍尔效应传感器电压变化值之间的关系：ΔU＝k×ΔM(1)式中，ΔU为霍尔效应传感器电压变化值，单位为％；ΔM为待测钢筋的腐蚀钢筋质量损失值，单位为％；k为不同种类待测钢筋的系数；步骤C，螺线圈通电，在钢筋混凝土构件的待检测部位产生若干个同等磁感应强度的支路；随着钢筋的腐蚀，腐蚀产物引起钢筋周围磁感应强度的变化，霍尔效应传感器将磁感应强度的变化转化为电压的变化，并通过电压采集系统和信号传输系统最终反馈到终端的数据分析系统；步骤D，将步骤C中信号传输系统得到的电压变化值代入到公式(1)中，即得到腐蚀钢筋质量损失值，实现对腐蚀钢筋进行实时的定量检测。进一步的，步骤B中，所述的标定实验包括：步骤B1，确定全部待测钢筋的种类并取样对样本进行称重；步骤B2，将待测钢筋样本至于螺线圈中，螺线圈外接交流电源；霍尔效应传感器粘贴在待测钢筋样本表面，霍尔效应传感器、电压采集系统、信号传输系统以及数据分析系统依次连接；利用霍尔效应传感器测量未锈蚀待测钢筋样本的初始电压信号；步骤B3，在待测钢筋样本表面喷洒饱和氯化钠溶液并使待测钢筋样本腐蚀至设定时间；步骤B4，在设定时间采集霍尔效应传感器输出的电压值并与初始值比较得到电压变化值；步骤B5，用柠檬酸氢二铵溶液去除待测钢筋样本表面锈层；步骤B6，再次对步骤B5处理后的待测钢筋样本进行称重，与初始质量比较得到腐蚀钢筋质量损失值，得到设定时间点的“电压变化值-腐蚀钢筋质量损失值”组值；步骤B7，重复步骤B3至B6，得到若干个设定时间下的若干组“电压变化值-腐蚀钢筋质量损失值”组值；步骤B8，以电压变化值为纵坐标、以腐蚀钢筋质量损失值为横坐标建立平面坐标系，将步骤B7得到的若干组“电压变化值-腐蚀钢筋质量损失值”组值绘于平面坐标系中，采用线性方程进行拟合，得到该种类待测钢筋的系数k。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种全新的可埋入建筑物中的检测装置及定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的方法，能够实时的定量检测混凝土内部钢筋的腐蚀情况。首先腐蚀钢筋周围磁感应强度的变化引起的电压变化，之后通过霍尔效应传感器输出这种电压变化，配合电压采集系统以及信号传输系统来处理这个数据，最终结合标定实验达到量化钢筋腐蚀速率的目的。该专利技术能够对钢筋混凝土建筑物的结构安全进行实时分析和评价，更加准确快捷地判断钢筋混凝土建筑物的安全和运行状况。本专利技术可用于任何环境下进行钢筋检测。例如海洋环境下，海浪对钢筋混凝土的腐蚀，雨水对钢筋的侵蚀以及各种综合复杂环境都会对钢筋有较严重的腐蚀，因此利用本专利技术进行检测显得尤为重要。本专利技术的检测装置随建筑物施工时一并埋入钢筋混凝土内部，检测时直接在结构外部通交流电即可开始进行检测，不需要损伤结构本身就可以进行定量分析，解决了目前尚缺少一种能够定量表征混凝土中钢筋腐蚀速率的方法的问题。附图说明图1：本专利技术装置结构示意图；图2：标定实验中本专利技术装置结构示意图；图3：模拟海洋工作平台下本专利技术装置应用的局部剖面示意图；图4：模拟海洋工作平台下本专利技术装置应用的整体剖面示意图；图5：本专利技术基于电压-质量损失的钢筋混凝土构件标定实验示意图。附图标注：1-霍尔效应传感器，2-交流电源，3-电压采集系统，4-信号传输系统，5-数据分析系统，6-钢筋，7-钢筋混凝土构件，8-外部荷载。具体实施方式为能进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的电磁感应装置，其特征在于，包括霍尔效应传感器、交流电源、电压采集系统、信号传输系统以及数据分析系统；所述交流电源连接螺线圈，钢筋混凝土构件中的钢筋的待检测部位置于所述螺线圈内，使得所述钢筋的待检测部位周围产生磁场；所述霍尔效应传感器粘贴在所述钢筋的待检测部位表面上，用于将所述钢筋腐蚀导致的磁场的变化转化为电场的变化；所述电压采集系统外接所述信号传输系统、内连所述霍尔效应传感器，用于采集所述霍尔效应传感器的电压变化情况；所述信号传输系统用于将所述电压采集系统采集到的电压信号进行放大并以电磁波的形式发射给所述数据分析系统。

【技术特征摘要】
1.一种定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的电磁感应装置，其特征在于，包括霍尔效应传感器、交流电源、电压采集系统、信号传输系统以及数据分析系统；所述交流电源连接螺线圈，钢筋混凝土构件中的钢筋的待检测部位置于所述螺线圈内，使得所述钢筋的待检测部位周围产生磁场；所述霍尔效应传感器粘贴在所述钢筋的待检测部位表面上，用于将所述钢筋腐蚀导致的磁场的变化转化为电场的变化；所述电压采集系统外接所述信号传输系统、内连所述霍尔效应传感器，用于采集所述霍尔效应传感器的电压变化情况；所述信号传输系统用于将所述电压采集系统采集到的电压信号进行放大并以电磁波的形式发射给所述数据分析系统。2.根据权利要求1所述的一种定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的电磁感应装置，其特征在于，所述霍尔效应传感器设置有若干个，分别粘贴在所述钢筋混凝土构件中并列排布的若干个所述钢筋的待检测部位上，若干个所述钢筋的待检测部位均至于所述螺线圈内，使得能同时对所述钢筋混凝土构件中的若干个所述钢筋的腐蚀情况进行实时监测。3.根据权利要求1所述的一种定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的电磁感应装置，其特征在于，所述霍尔效应传感器设置有若干个，分别粘贴在所述钢筋混凝土构件中的同一根所述钢筋的若干个待检测部位上，所述钢筋的若干个待检测部位均至于所述螺线圈内，使得能同时对所述钢筋混凝土构件中的同一根所述钢筋的不同部位的腐蚀情况进行实时监测。4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的电磁感应装置，其特征在于，所述待检测部位包括钢筋最大受压区、钢筋最大受拉区、钢筋最大受弯区、钢筋最大受剪区、以及钢筋干湿交替区。5.一种定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的方法，其特征在于，采用权利要求1至4任意一项所述的定量表征混凝土中钢筋锈蚀程度的电磁感应装置，包括以下步骤：步骤A，在全部待测钢筋的待检测部位预埋霍尔效应传感器，并布置螺线圈，霍尔效应传感器以及钢筋所构成的若干个磁回路通过螺线圈外接交流电源视为若干个并联磁路；步骤B，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张津瑞，韩庆华，侯东帅，王宁，杨友志，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12