專利名稱：一種鋼筋混凝土在線腐蝕檢測儀及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼筋混凝土在線腐蝕檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種基于自適應(yīng)電流約束 的鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀，是一種無需破壞混凝土結(jié)構(gòu)、直接測量混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋 銹蝕狀態(tài)的便攜式腐蝕檢測儀，適用于已建混凝土工程的腐蝕調(diào)查、阻銹劑效率以及陰極 保護(hù)效果的在線評價(jià)。
背景技術(shù)：
鋼筋混凝土的健康狀態(tài)直接關(guān)系到橋梁、碼頭、高速公路等大型建筑結(jié)構(gòu)的安全 和耐久性，因此鋼筋銹蝕狀態(tài)的在線監(jiān)測已成一個(gè)十分重要的工程問題?；炷两Y(jié)構(gòu)的早 期失效是由Cl_離子侵入和混凝土碳化引起的，而鋼筋腐蝕是第一因素，且最為直接和嚴(yán) 重。海工建筑中由于Cl—的滲透超過臨界濃度后，造成鋼筋銹蝕，腐蝕產(chǎn)物體積膨脹使混凝 土保護(hù)層出現(xiàn)順筋開裂，嚴(yán)重時(shí)混凝土保護(hù)層會(huì)完全脫落，反過來加速鋼筋銹蝕?；炷凉こ痰姆牢g措施包括使用阻銹劑和陰極保護(hù)，然而這些防護(hù)措施一直沒有 好的在線評價(jià)方法。鋼筋銹蝕是一個(gè)電化學(xué)為主的過程，但現(xiàn)行諸多監(jiān)測方法需要在混凝 土結(jié)構(gòu)中埋入探頭，不能對已建工程實(shí)施在線無損監(jiān)測。而采用線性極化或電化學(xué)阻抗進(jìn) 行腐蝕監(jiān)測時(shí)，由于極化電流在鋼筋表面分布不均勻和極化面積不確定，導(dǎo)致腐蝕速率測 量值的可信度較低。混凝土鋼筋腐蝕檢測的關(guān)鍵是作為工作電極的鋼筋極化面積的確定，由于工程結(jié) 構(gòu)中所有鋼筋通過鋼筋扎互連在一起，形成為一個(gè)電連接且與大地相連的鋼筋網(wǎng)架，所以 很難確定實(shí)際工程中鋼筋極化面積。對此有人提出了護(hù)環(huán)電極法(Guard Ring electrode method, GRM)來約束輔助電極的極化電流，使極化面積限定在特定范圍，但是該技術(shù)是基于 完全電流約束實(shí)現(xiàn)的，且沒有根據(jù)混凝土電阻率和鋼筋銹蝕狀態(tài)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，導(dǎo)致現(xiàn) 場測試中經(jīng)常出現(xiàn)電流的過約束或欠約束。美國專利5，259，944是關(guān)于護(hù)環(huán)電極腐蝕監(jiān) 測的專利，其內(nèi)部電路采用全補(bǔ)償模式，沒有根據(jù)不同混凝土體系進(jìn)行護(hù)環(huán)電極電流約束 的自動(dòng)調(diào)整，根據(jù)該專利形成的國外某型商品儀器在建筑施工質(zhì)量監(jiān)理中測得的結(jié)果偏差 大，遠(yuǎn)離真實(shí)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于自適應(yīng)電流約束的高精度鋼筋混凝土腐蝕檢測 方法及其實(shí)現(xiàn)，通過監(jiān)測額外增加的兩個(gè)參比電極RE2、RE3之間的電位差，對電流約束回 路的反饋系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，來實(shí)現(xiàn)極化回路電流的準(zhǔn)確約束，使極化電流的電力線準(zhǔn) 確限制在輔助電極投影面區(qū)域內(nèi)，解決了護(hù)環(huán)電極對輔助電極極化電流過分約束或欠約束 引起的測量誤差，提高了混凝土中鋼筋腐蝕速率測量的準(zhǔn)確度。基于恒電位極化方法，對混凝土內(nèi)一定區(qū)域內(nèi)的鋼筋施加一恒定的極化電位，同時(shí) 測定鋼筋的極化電流，當(dāng)電流穩(wěn)定后，讀取該電流值，并借助Stern公式計(jì)算出單位面積上的 極化電阻和鋼筋腐蝕速率，技術(shù)方案的關(guān)鍵是如何將極化電流約束在限定的鋼筋表面。
鋼筋混凝土腐蝕檢測儀，包括護(hù)環(huán)圓盤電極、極化回路、電流約束回路、單片機(jī)、自 動(dòng)量程選擇、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和電源模塊。所述護(hù)環(huán)圓盤電極用于極化電流的約束，該護(hù)環(huán)圓盤電極包括3個(gè)參比電極RE1、 RE2、RE3 (由飽和Cu/CuS04、Ag/AgCl或MnO2電極組成)，一個(gè)輔助電極CE和一個(gè)圓環(huán)電極 GE，CE與GE電極同軸放置并鑲嵌在絕緣圓盤內(nèi)，CE電極的正中有一小孔用于放置參比電極 RE1，二者與鋼筋一起構(gòu)成極化回路輸入端；在絕緣圓盤的CE與GE之間等距離開兩小孔，用 于插入RE2、RE3，并與GE組成電流約束回路輸入端。所述極化回路用于對鋼筋進(jìn)行電位或電流極化，該極化回路包括電壓跟隨器Al， 加法器A2，電流取樣放大器A3和數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A1，D/A1的輸出信號(hào)可以是方波、三角波或 正弦波，并借助A2對鋼筋進(jìn)行極化，同時(shí)通過Al和A2測量響應(yīng)電壓V1與電流信號(hào)Ip所述電流約束回路用于約束極化電流，其包括差分放大器A4，加法器A5和模數(shù)轉(zhuǎn) 換器D/A2。通過A4測量RE2、RE3之間的電勢差V2,并借助A5輸出約束電流，從而將極化 回路的極化電流限制在CE電極投影區(qū)內(nèi)。所述檢測儀還包括單片機(jī)，該單片機(jī)內(nèi)置的雙路DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)輸出，內(nèi)置多 路A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)采樣；并計(jì)算電流約束系數(shù)和腐蝕速率，由外部存儲(chǔ)器儲(chǔ)存測量結(jié) 果，并在需要時(shí)通過USB接口將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)數(shù)據(jù)庫中；使用外部鍵盤和液晶顯示屏 進(jìn)行人機(jī)交互。所述檢測儀還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、電源模塊、充電電池、USB通信接口、鍵盤、液晶顯 示屏，如附圖1。檢測儀密封在IP65防護(hù)等級的機(jī)箱內(nèi)，其中的單片機(jī)分別連接所述極化回 路、電流約束回路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、USB通訊接口、自動(dòng)量程選擇模塊、電源模塊、鍵 盤和液晶顯示屏。極化回路和電流約束回路均通過導(dǎo)線連接到圓盤電極上。所述檢測儀采 用多種供電模式，適于野外現(xiàn)場使用。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀采用自適應(yīng)電流約束的 護(hù)環(huán)電極技術(shù)，提高了混凝土中鋼筋腐蝕測量的準(zhǔn)確度，使護(hù)環(huán)電極方法測量誤差范圍從 200%減小到20%，采用高速低功耗單片機(jī)作為信號(hào)發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和存儲(chǔ)單元，達(dá)到 了快速、準(zhǔn)確測量鋼筋腐蝕速率的目的。本發(fā)明與現(xiàn)有護(hù)環(huán)電極鋼筋銹蝕檢測裝置相比，具 有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)1、鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀通過單片機(jī)對鋼筋進(jìn)行電化學(xué)極化和電流約束，使 電流完全約束在限定面積之內(nèi)，提高了腐蝕速率測量準(zhǔn)確性。儀器內(nèi)置實(shí)時(shí)電路、電源管理 電路、USB通訊模塊，以及約束系數(shù)和腐蝕速率算法，自帶液晶顯示屏和控制鍵盤，具有響應(yīng) 靈敏，功耗低，操作方便，便于攜帶的特點(diǎn)。2、通過使用RE2、RE3參比電極來監(jiān)控CE電極極化電流的發(fā)散性，采用電流約束回 路進(jìn)行極化電流的約束，準(zhǔn)確控制鋼筋的極化面積。3、提出了根據(jù)鋼筋自腐蝕電位E。m*混凝土電阻率R。計(jì)算電流約束系數(shù)λ的經(jīng) 驗(yàn)公式，對不同的混凝土腐蝕體系，自動(dòng)選擇合適的λ，更有效約束極化電流分布，提高了 混凝土中鋼筋腐蝕速率測量精度。


圖1 鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀設(shè)計(jì)框圖。
其中，1.圓盤電極，2.極化回路，3.電流約束回路，4.自動(dòng)量程選擇，5.電源模塊， 6.單片機(jī)，7. USB通信接口，8.充電電池，9.實(shí)時(shí)時(shí)鐘，10.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，11.鍵盤，12.液晶 顯不器。圖2 鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀的護(hù)環(huán)電極結(jié)構(gòu)及極化電流分布示意圖。其中，13.輔助電極CE，14.參比電極REl，15.參比電極RE2，16.參比電極RE3， 17.護(hù)環(huán)電極GE，18.電極絕緣外殼，19.飽水海綿，20.鋼筋，21.混凝土。圖3 鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀電路工作示意圖。圖4 護(hù)環(huán)電極電流約束的無約束、欠約束、過約束及正約束示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見附圖1，本發(fā)明的鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀包括護(hù)環(huán)圓盤電極1、極化回 路2、電流約束回路3、單片機(jī)6。如圖2所示，所述護(hù)環(huán)圓盤電極用于極化電流的約束，該護(hù)環(huán)圓盤電極包括3個(gè)參 比電極REU RE2、RE3 (由飽和Cu/CuS04、Ag/AgCl或MnO2電極組成)，一個(gè)輔助電極CE和 一個(gè)圓環(huán)電極GE，CE與GE電極同軸放置并鑲嵌在絕緣圓盤內(nèi)，CE電極的正中有一直徑為 1 5mm的小孔用于放置參比電極RE1，二者與鋼筋一起構(gòu)成極化回路輸入端；在絕緣圓盤 的CE與GE之間等距離開兩個(gè)直徑為1 5mm的小孔，用于插入RE2、RE3電極，并與GE組 成電流約束回路輸入端。測試過程中，圓盤電極與鋼筋混凝土之間墊入一層飽水海綿，用于 潤濕混凝土。所述極化回路用于對鋼筋進(jìn)行電位或電流極化，該極化回路包括電壓跟隨器Al， 加法器A2，電流取樣放大器A3和數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A1，D/A1的輸出信號(hào)可以是方波、三角波或 正弦波，并借助A2對鋼筋進(jìn)行極化，同時(shí)通過Al和A2測量響應(yīng)電壓V1與電流信號(hào)Ip所述電流約束回路用于約束極化電流，其中包括差分放大器A4，加法器A5和模數(shù) 轉(zhuǎn)換器D/A2。通過A4測量RE2、RE3之間的電勢差V2,并借助A5輸出約束電流，從而將極 化回路的極化電流I1限制在CE電極投影區(qū)內(nèi)。所述檢測儀還包括單片機(jī)6，該單片機(jī)6使用高速低功耗C8051F型MCU，其它模塊 全部通過IO或模擬端口連接到單片機(jī)6并由其控制。該單片機(jī)內(nèi)置的雙路DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 信號(hào)輸出，內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)采樣；內(nèi)置算法計(jì)算電流約束系數(shù)和腐蝕速率，由外部 存儲(chǔ)器儲(chǔ)存測量結(jié)果，并在需要時(shí)通過USB接口將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)數(shù)據(jù)庫中；人機(jī)交互 借助薄膜鍵盤和液晶顯示屏進(jìn)行。所述檢測儀還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10、電源模塊5、充電電池8、USB通信接口 7、鍵盤 11、液晶顯示屏12，如附圖1。單片機(jī)安裝于IP65防護(hù)等級機(jī)箱內(nèi)，并分別連接所述極化回 路2、電流約束回路3、實(shí)時(shí)時(shí)鐘8、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10、USB通訊接口 7、自動(dòng)量程選擇模塊4、電 源模塊5、鍵盤11和液晶顯示屏12。極化回路2和電流約束回路3均通過電纜連接到圓盤 電極1上。所述檢測儀采用多種供電模式，適于野外使用。實(shí)時(shí)時(shí)鐘9采用PCF8563時(shí)鐘芯片；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10采用Flash存儲(chǔ)器或鐵電存儲(chǔ) 器；極化回路2和電流約束回路3的輸出均由單片機(jī)6控制，對圓盤電極1的電壓與電流信 號(hào)采樣由單片機(jī)內(nèi)置的多路12 16bit、IOOk IMsps A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行。腐蝕速率測量原理
本發(fā)明提出了一種基于電流約束的腐蝕測量方法，即采用護(hù)環(huán)電極對極化電流進(jìn) 行約束，將極化電流限制在輔助電極CE投影區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)腐蝕速率的精確測量。為了精確 約束極化電流，采用護(hù)環(huán)電極對CE極化電流進(jìn)行約束，其原理如附圖2，儀器的工作原理則 如附圖3。單片機(jī)(6)通過D/A1輸出信號(hào)，并借助極化回路(2)和CE電極對鋼筋實(shí)施恒電 位極化。單片機(jī)(6)通過D/A2輸出約束信號(hào)，借助電流約束回路(3)對極化回路的極化電 流I1進(jìn)行約束，以確保I1僅分布在X-Y區(qū)間。通過極化電位與極化電流的比值計(jì)算鋼筋的 銹蝕速率。由于REl與鋼筋(TO)之間存在混凝土歐姆降(R。)，因此
AERp = Y^i-~ _ ^c) χ ^D1Lx-Y(1)
ice其中RP代表鋼筋極化電阻，單位為Ω. cm2，y為混凝土中鋼筋的排列密度，單位 根/cm，ΔΕ為鋼筋極化電位，D表示鋼筋(附圖3)的直徑；LX_Y表示X與Y距離(附圖3中 RE2與RE3的中點(diǎn)繞圓盤中心所環(huán)繞的圓環(huán)直徑)，單位均為cm，Ice 來自CE的極化電流 (Ice = I1)；單位:Amp。由Stern-Geary方程計(jì)算鋼筋的腐蝕電流密度Korr = V"⑵
rpIcorr 鋼筋腐蝕電流密度，單位為uA/cm2，B =Stern-Geary常數(shù)，單位mV (當(dāng)鋼筋處 于活化狀態(tài)時(shí)，B值取26mV ；當(dāng)鋼筋處于鈍化狀態(tài)時(shí)，B取52mV)。則腐蝕速率為V = i。。 *C，其中C為比例常數(shù)，對于碳鋼C=Il. 74um/a。在實(shí)際測量過程中，式(1)的Lx-y的長度并不確定，來自CE的電流會(huì)發(fā)散到LX_Y 區(qū)域以外(附圖3)。當(dāng)CE電流施加在面積極大的鋼筋網(wǎng)架上時(shí)，電流會(huì)隨與CE距離的增 加而減弱乃至消失。為此，附圖3中通過護(hù)環(huán)電極GE將來自CE的電流限定在CE正投影面 的鋼筋表面，為控制GE電流大小，采用兩個(gè)額外的參比電極RE2、RE3，二者位于CE電極與 GE電極之間。在GE開始極化之前，儀器先記錄RE2與RE3之間的電位差δφ (Ζ^=Γ2)，通 過電流約束回路(3)約束來自CE的電流，使之僅分布在AB區(qū)域，具體實(shí)施步驟如下1、在進(jìn)行極化前測量RE2、RE3之間的電勢差2、打開極化回路(2)對混凝土中的鋼筋進(jìn)行恒電位極化，極化電位由D/A1輸出；3、根據(jù)確定電流約束回路(3)中D/A2的輸出值，并使D/A2輸出電位等于/！約4、打開電流約束回路(3)對極化回路電流進(jìn)行補(bǔ)償，保證RE2、RE3之間的電勢差 穩(wěn)定在」識(shí)；5、根據(jù)公式(1)、⑵計(jì)算鋼筋的腐蝕電流密度i。。
；由于GE輸出電流使回復(fù)到極化回路(2)極化之前的狀態(tài)，因此GE電極開啟 后，在電極RE2和RE3之間的混凝土表面將無電流流過，即來自CE的極化電流只流向附圖 3中的A-B區(qū)域。電流自適應(yīng)約束原理大量研究表明，混凝土層厚度、電阻率以及鋼筋銹蝕狀態(tài)對Ice的分布均有影響。 護(hù)環(huán)極化技術(shù)在應(yīng)用過程中，由于混凝土密實(shí)性、含水率及電阻率的不均勻性，導(dǎo)致GE可能將CE電流約束不充分或過分約束(見圖4)，圖4a是沒用使用護(hù)環(huán)電極的CE電流分布， 極化電流發(fā)散較遠(yuǎn)；圖4b為GE欠電流約束時(shí)CE電流仍有部分發(fā)散，導(dǎo)致鋼筋表面極化面 積偏大，計(jì)算的腐蝕速率偏大；圖4c為GE過電流約束導(dǎo)致CE電流受限，鋼筋的極化面積減 小，計(jì)算的腐蝕速率偏小；圖4d則是理想約束狀態(tài)，來自CE的電流正好均勻分布在其投影 面下，計(jì)算的腐蝕速率反映其真實(shí)狀態(tài)。實(shí)際上由于混凝土表面電導(dǎo)率與內(nèi)部的電導(dǎo)率不一樣，通過GE的約束電流將 RE2、RE3之間的電勢差完全補(bǔ)償?shù)匠跏紶顟B(tài)，并不能保證來自CE的極化電流進(jìn)入圖4d 的狀態(tài)。其關(guān)鍵是要根據(jù)鋼筋的銹蝕狀態(tài)(開路電位)以及混凝土電阻率來確定護(hù)環(huán)電極 GE約束電流的大小，而不是完全依賴Zl^來確定。設(shè)Δ識(shí)=^3 -Vre2，式中VKE3、Vee2分別是圓盤電極中參比電極RE3、RE2相對鋼筋 的電極電位，并設(shè)定—rest、^ce、分別為自然狀態(tài)、CE極化和GE補(bǔ)償后的RE2、RE3 之間的電位差。則定義電流約束系數(shù)λ A= ^cg-A^x1q0O7o (3)當(dāng)λ = 0時(shí)，GE上沒有電流，此時(shí)來自CE的電流將會(huì)發(fā)散A-B區(qū)域以外(附圖 3)，當(dāng)對在CE極化前后的差值進(jìn)行完全補(bǔ)償時(shí)，S卩λ = 1 ；此時(shí)理論上來自CE的極化 電流完全限制在CE的投影面之下，但實(shí)驗(yàn)證明對的完全補(bǔ)償并不能給出正確結(jié)果， 由于混凝土表面電勢差與內(nèi)部的電勢差并不一致，完全補(bǔ)償往往會(huì)對鈍性鋼筋體系的極化 電流造成過約束，使腐蝕速率測量結(jié)果偏低，而對活化體系則約束不足，使測量的腐蝕速率 偏高，因此要根據(jù)混凝土腐蝕狀況對的補(bǔ)償程度進(jìn)行智能調(diào)整。研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)償系數(shù)λ主要與混凝土開路電位艮。 和混凝土電阻率R。有關(guān)，相關(guān) 經(jīng)驗(yàn)公式為λ = Κ0+Κιθχρ (EcorrA2)+K3 X Rc(4)式(4)中，λ的變化區(qū)間為(0，1)。通過大量實(shí)測數(shù)據(jù)擬合，將公式⑷中的擬合系數(shù)= 0，1，2，3)存儲(chǔ)在單片機(jī) Flash中，再通過測量自然狀態(tài)下鋼筋的E。m*混凝土 R。，即可確定約束系數(shù)λ，以實(shí)現(xiàn)對 約束系數(shù)的智能控制，從而較準(zhǔn)確的測量混凝土中鋼筋腐蝕速率。圓盤電極1與鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀的連接圖如附圖3。其中極化回路2的 輸出端與圓盤電極的輔助電極CE相連，用于輸出極化電流ICE，電流約束回路3測量RE2與 RE3之間的電位差/！於并通過GE輸出約束電流IeE，混凝土露頭的鋼筋(可不在同一位置， 最遠(yuǎn)與儀器可相距IOm 30m)通過帶鱷魚夾的屏蔽電纜與鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀的 工作電極WE相連，儀器對鋼筋進(jìn)行恒電流或恒電位極化一段時(shí)間(IOs 1000s)，再打開 電流約束回路(3)，根據(jù)公式(3)和(4)使電位差恢復(fù)到設(shè)定狀態(tài)，最后通過公式(1)、 (2)計(jì)算混凝土中鋼筋腐蝕速率。
權(quán)利要求
一種基于圓盤電極的鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀，該在線檢測儀包括極化回路(2)和電流約束回路(3)，所述的圓盤電極(1)包括參比電極RE1、RE2和RE3，一個(gè)輔助電極CE(13)和一個(gè)圓環(huán)電極GE(17)，所述極化回路(2)通過圓盤電極(1)中的輔助電極CE(13)和參比電極RE1對混凝土中的鋼筋進(jìn)行極化，同時(shí)所述電流約束回路(3)通過圓環(huán)電極GE(17)以及參比電極RE2與RE3間的電位差對極化電流進(jìn)行約束，將極化電流限制在輔助電極CE(13)的投影區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)對混凝土中鋼筋腐蝕速率的準(zhǔn)確測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于圓盤電極的鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀，其特征在 于，所述的輔助電極CE(13)位于所述護(hù)環(huán)圓盤電極(1)的中心區(qū)，所述圓環(huán)電極GE(17)與 輔助電極CE(13)同軸呈環(huán)形布置于所述護(hù)環(huán)圓盤電極(1)中，所述參比電極REl位于所述 輔助電極CE(13)的中心，所述參比電極RE2和RE3徑向布置于輔助電極CE(13)和圓環(huán)電 極GE(17)之間，所述輔助電極CE(13)和參比電極REl 二者與鋼筋一起構(gòu)成極化回路輸入 端；所述參比電極RE2和RE3電極與所述圓環(huán)電極GE(17)組成電流約束回路輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于圓盤電極的鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀，其特 征在于，所述極化回路(2)包括電壓跟隨器Al，加法器A2，電流取樣放大器A3和數(shù)模轉(zhuǎn)換 器D/A1，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A1借助加法器A2對鋼筋進(jìn)行恒電位或恒電流極化，同時(shí)通過電壓 跟隨器Al和加法器A2測量極化電位V1與極化電流I1,以計(jì)算極化電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種基于圓盤電極的鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀，其 特征在于，所述電流約束回路(3)用于約束極化電流，其包括差分放大器A4，加法器A5和模 數(shù)轉(zhuǎn)換器D/A2，所述參比電極RE2和RE3之間的電勢差V2通過差分放大器A4測量，約束電 流則通過加法器A5從圓環(huán)電極GE(17)輸出，從而將極化回路(2)的極化電流限制在輔助 電極CE (13)的投影區(qū)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的一種基于圓盤電極的鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀，其 特征在于，所述測試儀還包括單片機(jī)(6)，該單片機(jī)控制所述述極化回路(2)和電流約束回 路(3)，并計(jì)算電流約束系數(shù)和腐蝕速率，由外部存儲(chǔ)器儲(chǔ)存計(jì)算結(jié)果。
6.應(yīng)用上述權(quán)利要求1-5之一所述的檢測儀對鋼筋混凝土進(jìn)行腐蝕檢測的方法，具體 步驟為測量之前先將待測混凝土部位濕潤，然后將飽水海綿或濕布緊貼于混凝土表面，將所 述護(hù)環(huán)圓盤電極(1)緊貼于飽水海綿或濕布上，并確保護(hù)環(huán)圓盤電極(1)與飽水海綿或濕 布接觸緊密，將所述護(hù)環(huán)圓盤電極(1)與鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀相連，而檢測儀的工 作電極接頭則通過電纜線與混凝土中露頭鋼筋相連，通過測量鋼筋極化電阻Rp來評估混凝 土內(nèi)部鋼筋腐蝕狀況，具體步驟如下A.采集參比電極RE2和RE3之間的電壓差/！約B.測量混凝土電阻率R。和鋼筋開路電位E。。 ，并計(jì)算電流約束系數(shù)λ；C.打開極化回路(2)使鋼筋處于極化狀態(tài)；D.打開電流約束回路(3)，通過圓環(huán)電極GE(17)的補(bǔ)償輸出約束電流IeE，使參比電極 RE2和RE3之間的電壓差回復(fù)到設(shè)定值，從而使得極化電流Ice限制在CE投影面下的鋼 筋表面；E.采樣極化電位V1與極化電流I1，通過V1A1即可計(jì)算出鋼筋極化電阻Rp和鋼筋腐蝕速率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述電流約束系數(shù)λ通過經(jīng)驗(yàn)公式(1) 計(jì)算得到λ =K0+KieXp(Ec。rr/K2)+K3XRc式中& (j = 0，1，2，3)為待定系數(shù)，通過不同腐蝕條件下實(shí)測腐蝕電流密度i。OT與自腐 蝕電位E。。 和混凝土電阻率R。之間的映射關(guān)系，采用非線性最小二乘法擬合來計(jì)算得到。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述步驟D中，根據(jù)計(jì)算出的電流 約束系數(shù)λ，計(jì)算得到圓環(huán)電極(17)的補(bǔ)償電位Δ%￡，即可使電壓差Z^回復(fù)到初始值，其 中計(jì)算公式如下A(Pge =(!" ^(Pce -仏(Prest ^rest > A^cii分別為自然狀態(tài)和輔助電極CE (13)極化后的參比電極RE2與RE3間的電位差。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8之一所述的方法，其特征在于，所述的鋼筋極化電阻Rp和鋼筋腐蝕速率V分別通過如下公式計(jì)算得到 AFIce其中Y為混凝土中鋼筋的排列密度，Δ E為鋼筋極化電位，D表示鋼筋的直徑；LX_Y表 示參比電極RE2與RE3中心在徑向上的連線中點(diǎn)繞圓盤中心所成圓的直徑，、為來自輔助 電極CE的極化電流；由Stern-Geary方程計(jì)算鋼筋腐蝕速率V V = ^xCRp其中，B為stern-Geary系數(shù)，C為比例常數(shù)。
全文摘要
一種基于圓盤電極的鋼筋混凝土腐蝕在線檢測儀，該在線檢測儀包括極化回路(2)和電流約束回路(3)，圓盤電極(1)包括參比電極RE1、RE2和RE3，輔助電極CE(13)和圓環(huán)電極GE(17)，極化回路(2)通過圓盤電極(1)中的輔助電極CE(13)和參比電極RE1對混凝土中的鋼筋進(jìn)行極化，同時(shí)電流約束回路(3)通過圓環(huán)電極GE(17)以及參比電極RE2與RE3間的電位差對極化電流進(jìn)行約束，將極化電流限制在輔助電極CE(13)的投影區(qū)。本發(fā)明還提出了一種應(yīng)用上述檢測儀進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋銹蝕速率測量的方法。本發(fā)明提高了混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋銹蝕速率測量精度；避免了電流過約束或欠約束引起的測量誤差。
文檔編號(hào)G01N17/02GK101943655SQ201010253580
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者吳成, 董澤華, 郭興蓬 申請人:華中科技大學(xué)