[发明专利]混凝土内部微环境参数原位动态监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土耐久性监测技术领域，尤其涉及一种对混凝土内部微环境参数原位动态监测系统。

背景技术

海洋经济的发展带动了海洋地区的建设，这种飞速发展离不开海港码头、海洋平台、跨海通道等基础设施的建设，这些大型海洋基础设施绝大部分是钢筋混凝土结构，其服役寿命大多要求在100年以上。但据我国建设部的调查表明：国内大多数工业建筑物在使用25～30年后即需大修，处于海洋等严酷环境下的建筑物使用寿命仅15～20年。这并不满足服役寿命的要求，况且海洋对于各种结构材料来说是一个十分严酷的腐蚀环境，海洋环境下混凝土的防护及修复，重大混凝土工程的耐久性和服役寿命一直是国内外混凝土科学界和工程界高度关注的问题，也是当今困扰海洋开发的世界性难题。混凝土破坏的主要原因为钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境下的物理化学作用等。其中，钢筋腐蚀破坏被确认为第一要害，而氯离子的侵蚀又是引起钢筋腐蚀的首要因素，尤其是海洋环境以及除冰盐环境条件下服役的混凝土结构。氯离子进入混凝土中并到达钢筋表面，当它吸附于局部钝化膜处时，可使该处的pH值迅速降低，破坏钢筋表面钝化膜。使这些部位露出了铁基体，与尚完好的钝化膜区域间构成电位差。铁基体作为阳极而受腐蚀，大面积的钝化膜区作为阴极，导致钢筋表面产生点蚀。由于大阴极对应于小阳极，坑蚀发展十分迅速。氯离子不仅促成了钢筋表面腐蚀电池的产生，由于其极强的极化作用，进一步加速电池作用的过程。并且在这个过程中氯离子只起到了“搬运”Fe²⁺的作用，并不被“消耗”。也就是说，凡是进入混凝土中的氯离子，会周而复始地起破坏作用。另外，混凝土中的氯离子降低了阴、阳极之间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化学腐蚀过程。氯盐对钢筋腐蚀的强弱，与其达到钢筋表面的浓度有关，通常情况下氯盐对钢筋锈蚀是起主导作用的。钢筋锈蚀的发生使得钢筋的截面积减小，导致构件应力集中。锈蚀产物的体积远大于钢筋的体积，钢筋锈蚀产物的体积膨胀使钢筋与混凝土界面产生膨胀压力，最终将导致混凝土保护层顺筋开裂。所以，获取混凝土内部氯离子的分布规律对于钢筋混凝土结构的耐久性至关重要。文献报道表明，混凝土内部的温度和含湿状态对混凝土中氯离子的传输影响很大，pH值的大小也会影响钢筋锈蚀的发展。并且混凝土内部温度、湿度与pH值不仅影响混凝土中氯离子的传输，还影响混凝土的强度，断裂能等力学性能以及混凝土碳化等耐久性性能。同时，在不同深度安装有宏电池组传感器，用于监测混凝土中不同深度处钢筋锈蚀的发生，从而为混凝土耐久性参数提供更全面的反馈信息。因此单一的混凝土内部微环境参数均无法全面反映混凝土内部的真实情况。如何在混凝土达到服役寿命之前，给出预警信号以便采取有效的防护与修复措施，来提高混凝土的安全性并延长其使用寿命是现在亟待解决的问题。为此，实时在线长期监测混凝土内部的温度、湿度、pH值、氯离子含量等重要参数，在钢筋混凝土结构破坏之前给出预警信号，这对钢筋混凝土结构的科学维护、结构的安全性和耐久性评估具有重大意义。混凝土内部微环境参数原位动态监测系统能够为重大工程结构的耐久性评估与修复提供科学依据。因此，开发混凝土内部微环境参数原位动态监测系统意义重大。CN 104075756A公开了一种混凝土结构耐久性多元复合无线监测系统，优点是该系统能够无线监测混凝土中的相关参数，缺点是传感元件不能移动，监测位置单一，且外部采集器需要长期更换电池。CN 101334353A公开了一种用于监测钢筋混凝土结构腐蚀的多功能传感器，该传感器也能够监测混凝土中的相关参数，将各个传感器集成为一体，但监测点唯一，需要多个传感器埋入到混凝土中监测，并不能够反映出真实数据，且集成时所用的金属外壳为不锈钢圆筒，成本较高。

相比现有技术中的混凝土结构耐久性多元复合无线监测系统，本发明提供的原位动态监测系统定位准、测试全面、安装灵活，且带有自供电系统，即与外部连接一个太阳能供电板装置，利用太阳能供电，不需定时更换电池，方便快捷。

发明内容

为克服上述现有技术中的混凝土结构耐久性多元复合无线监测系统存在的诸多问题，本发明提供一种新型的混凝土内部微环境参数原位动态监测系统，方便研究混凝土内部温度、湿度、氯离子含量、pH值以及钢筋锈蚀的变化规律，该系统定位准、测试全面、安装灵活，且带有自供电系统，利用太阳能供电，不需定时更换电池，方便快捷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种新型的混凝土内部微环境参数原位动态监测系统，其包括：

温度传感器，用于测量混凝土内部温度；

湿度传感器，用于测量混凝土内部湿度；