[實用新型]一種鋼筋混凝土腐蝕監測用光纖傳感器組合

有效

• 申請號: 201320762002.5
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN203630021U
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 張文鋒;趙金山;馬化雄;趙立鵬;陳韜;秦鐵男
• 申請（專利權）人: 中交天津港灣工程研究院有限公司;中交第一航務工程局有限公司;天津港灣工程質量檢測中心有限公司
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王融生

技術領域

本實用新型屬于光纖傳感器，特別涉及可對腐蝕環境下鋼筋混凝土結構中的鋼筋腐蝕進行在線無損定量監測的一種鋼筋混凝土腐蝕監測用光纖傳感器組合，可應用于土木工程結構的耐久性監測和評估。

背景技術

處于腐蝕環境下的鋼筋混凝土結構在使用過程中材料性能往往會逐步劣化，導致整體結構的耐久性不足。目前，混凝土結構耐久性問題已成為當今世界工程界普遍關注的焦點。影響鋼筋混凝土結構耐久性的常見因素包括混凝土碳化、鋼筋腐蝕、凍融破壞等。其中，鋼筋腐蝕是影響耐久性的首要原因，且具有普遍、隱蔽以及后期加速發展、更難維修等特點。鋼筋腐蝕監測可實時監測鋼筋腐蝕的發生與發展，為盡早分析結構腐蝕破壞因素，及時采取應對措施提供必要條件，是提高結構耐久性的有效措施。

目前，常用的鋼筋腐蝕檢/監測方法主要有：鉆芯取樣法、半電池電位法、線性極化法、宏電流法、脈沖電流法等。鉆芯取樣法能較準確地測量鋼筋腐蝕率，但這種方法會破壞結構的完整性。半電池電位法對結構破壞較小，但其只能定性判斷鋼筋腐蝕狀況。其它三種技術與半電池電位法一樣，屬于電化學測試技術，理論上講能夠定量測量鋼筋腐蝕率。然而實際上，由于混凝土介質中引起鋼筋腐蝕的因素很多（包括Cl^-濃度、O₂含量、pH值等），而且電化學測試容易受介質條件影響，導致單種電化學測試技術往往很難真實反映鋼筋腐蝕狀況，必須將多種技術和參數結合綜合分析才能合理地判斷真實狀況。此外，傳統的檢測方法需要逐點檢測，工作量大，而且易受人為因素和自然條件（如風浪、天氣等）的影響，耗費人力物力。而且，由于是人工定時采集數據，可能會導致腐蝕監測在時間上的不連續性。

與傳統鋼筋腐蝕檢/監測方法相比，鋼筋腐蝕光纖傳感器不僅具有抗干擾能力強、體積小、精度高、耐腐蝕、耐久性好等優點，而且可方便快捷的現已成為國內外鋼筋腐蝕監測技術研究的新熱點。下面對鋼筋腐蝕光纖傳感器的研究進展作簡要介紹：

目前，國內外開發的鋼筋腐蝕光纖傳感器基于的原理大致包括：“腐蝕保險絲”、鐵銹顏色檢測、彈簧銹蝕、腐蝕敏感膜、鋼筋腐蝕膨脹等。

1995年，Bennett等人提出一種基于“腐蝕保險絲”（鋼絲）的光纖傳感器，其原理是將光纖彎曲后用鋼絲綁扎，當鋼絲銹斷后，由于光纖的微彎效應，光纖信號會發生突變，從而判斷鋼絲腐蝕。該傳感器結構簡單，但只能定性判斷腐蝕發生與否，無法監測腐蝕過程，且傳感器未封裝很難滿足工程應用要求。

1995年，Fuhr等人提出一種基于鐵銹顏色檢測的光纖傳感器，其原理是通過腐蝕過程中鋼筋顏色的變化確定腐蝕程度。該傳感器信噪比較小，準確度差，而且同樣屬于定性分析，無法定量監測腐蝕過程。

2005年，陽莎等人提出一種基于彈簧銹蝕的光纖傳感器，其原理利用彈簧銹蝕后彈性系數改變所導致的光纖光柵中心波長漂移來反映鋼筋的銹蝕程度。該傳感器可監測鋼絲的腐蝕程度，但彈簧與支架之間的摩擦力導致波長變化不平滑，而且其定量關系的標定比較復雜。

基于腐蝕敏感膜的光纖傳感器是目前研究比較多的傳感器類型，主要研究單位有重慶大學、天津大學、中國礦業大學、廈門大學、香港科技大學、美國德州大學等。其原理是通過將Fe-C合金膜局部取代光纖介質包層，構成腐蝕敏感膜，從而獲取鋼筋腐蝕信息。這種傳感器靈敏度高，可靈敏的分辨腐蝕的反生與否。但還存在下述問題：腐蝕敏感膜制作工藝復雜；目前只能定性判斷腐蝕發生與否；腐蝕敏感膜有成塊掉落的風險，且腐蝕敏感膜厚度往往不均勻；傳感器比較脆弱，無法滿足混凝土結構的粗方式施工要求。

基于鋼筋腐蝕膨脹的光纖傳感器是近年來研究最多的傳感器類型。其原理是通過監測鋼筋腐蝕過程中體積變化引起的光信號改變來判斷腐蝕程度。下面介紹幾種基于該原理的傳感器。

中國實用新型專利101008620B公開了一種鋼筋混凝土構件中鋼筋腐蝕的檢測方法。該方法所用傳感器直接應變光纖光柵粘貼于兩根靠緊固定的鋼筋頂面，并放置一根自由狀態的光纖光柵用于溫度補償。其工作原理是利用兩根鋼筋腐蝕膨脹所產生推力引起的光柵波長變化來獲得鋼筋腐蝕程度和腐蝕速率等信息。該傳感器光纖貼于表面不利于光纖保護，而且易導致粘貼點失效。此外，鋼筋上下表面易發生不均勻腐蝕，使得傳感器傳遞的信息不準確。