[发明专利]一种混凝土结构耐久性实时监测传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢筋混凝土结构物腐蚀和防护技术领域，特别是一种可对混凝土结构耐久性进行实时监测的长效、无损、多功能传感器。

技术背景

氯离子侵入和混凝土碳化引起钢筋的锈蚀是混凝土结构耐久性下降的最主要原因，严重威胁混凝土结构的服役安全性。因此，密切了解钢筋所处的化学环境和腐蚀状态及腐蚀速率，对于保证钢筋混凝土结构的科学维护、服役剩余寿命评估、结构的安全性和耐久性评价具有重大的实际意义。

传统的混凝土结构耐久性评价方法主要是采用取钻粉取样的方式，通过对粉样进行化学分析从而掌握混凝土结构的耐久性状况，该方法费时、费钱，对混凝土结构具有破坏性，且无法实现实时监测。混凝土结构中氯离子侵入和混凝土碳化引起钢筋的腐蚀主要是电化学腐蚀，电化学监测方法具有原位、无损、快速等特点。因此研制采用多功能电化学传感器对钢筋的腐蚀状态、腐蚀速率及其表面的化学环境进行实时监测从而全面掌握混凝土结构的耐久性状况已成为耐久性监测技术发展的必然趋势。

早在上世纪80年代就出现了基于宏观电池原理制成的“梯型阳极”监测系统和CorroWatch环状阳极耐久性监测系统。基于这种原理的耐久性监测技术只能定性的判断钢筋是否发生腐蚀，对其腐蚀速率及各耐久性参数无法监测。缘于其美国VTI公司开发出了基于线性极化技术直接测量钢筋腐蚀速率的ECI型埋入式耐久性监测仪，ECI内置氯离子探针可实现对钢筋腐蚀速率、氯离子浓度和混凝土电阻率的实时监测。随着混凝土耐久性技术的不断发展，混凝土的pH也是影响混凝土耐久性的重要因素，它与各失效过程均紧密相关，但ECI传感器不具备对pH值进行实时监测功能。

国内在混凝土结构耐久性实时监测方面也做了一些研究，公开号为CN101334353A，公开日为2008年12月31日，发明名称为“一种用于监测钢筋混凝土结构腐蚀的多功能传感器”的中国发明专利申请公开了一种可实现钢筋的腐蚀速率、Cl^-浓度和pH值进行实时监测的多功能传感器。混凝土是一种高阻体系，混凝土的电阻显著影响钢筋的腐蚀速率。该发明专利在用线性极化法监测钢筋腐蚀速率时未对体系电阻进行补偿，监测结果不能真实准确反应钢筋的腐蚀速率。另外，参比电极是监测系统的核心，该发明中采用MnO₂参比电极，参比电解质为液态，采用液体电解质，离子在液体中易传输，不能有效降低电解质的流失，影响参比电极的稳定性和使用寿命。

发明内容

本发明提供一种可实现对钢筋腐蚀速率、Cl浓度、pH值和混凝土电阻率等耐久性参数进行实时监测的长效、无损、多功能传感器，并可根据混凝土电阻率的监测结果对体系电阻进行实时补偿，使钢筋腐蚀速率的监测结果更加准确，为耐久性评估提供更准确的数据。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种用于混凝土结构耐久性实时监测传感器，其包括一传感器外壳，还包括参比电极、钢筋电极、辅助电极、Cl探针、pH值探针及混凝土电阻率监测探针，所述辅助电极平铺于所述外壳的上表面，所述参比电极、钢筋电极、Cl^-探针、pH值探针及混凝土电阻率监测探针至少有部分暴露于传感器外壳上表面作为探测端，另一端连接铜电缆，所述铜电缆从上至下贯穿过所述传感器外壳并伸出于外壳外部。

作为一种实施方式，所述参比电极和钢筋电极纵向安装并固定于外壳内腔，其上端面露于传感器外壳上表面，与所述辅助电极上表面持平。

作为一种实施方式，传感器外壳上表面设置有可容纳所述Cl探针、pH值探针和混凝土电阻率监测探针的水平凹槽，所述Cl^-探针、pH值探针及混凝土电阻率探针安置于所述凹槽中，并用环氧树脂进行固定。

所述参比电极为Ag/AgCl凝胶电解质参比电极，具有一聚四氟乙烯制成的外套，内参比液采用0.5mol/L KCl甲基纤维素凝胶电解质，外套的一端设有微孔陶瓷，既能保持参比电极内外电解质的流通，又能有效控制内电解液的流失速率。

所述混凝土电阻率监测探针为4根平行等距离布置的不锈钢丝。

所述钢筋电极采用与被监测钢筋同材质的钢筋棒。

所述辅助电极为具有化学惰性的MMO钛基混合金属氧化物阳极网，阳极网平铺于传感器外壳上表面，并用环氧树脂进行密封连接。

所述Cl^-探针为采用阳极氯化法制备的Ag/AgCl电极；所述pH值探针为表面覆盖有Ir的氧化物的纯Ti金属探针。