混凝土中栓釘或鋼筋腐蝕主動控制系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種金屬腐蝕主動控制系統，尤其涉及一種混凝土中栓釘或鋼筋腐蝕 適時主動控制系統及方法，屬于土木工程技術領域。
【背景技術】
[0002] 混凝土結構中鋼筋腐蝕的防護方法可以分為主動處理方法與被動處理方法。其中 所述主動處理方法是指在新建混凝土結構中安裝外加電流或犧牲陽極的陰極防護系統，除 此之外的其他防護措施都可歸為被動處理方法。
[0003] 現有的陰極防護或保護系統通常是基于鋼筋的腐蝕電位大小來實施控制的，即當 鋼筋的電位到達某一腐蝕電位或控制電位時，電化學陰極保護系統才得以啟動，而此時的 鋼筋通常已經發生了腐蝕，產生了一定損傷，通常需提供較大的保護電流才有可以阻止其 進一步腐蝕。在鋼筋初始完好時就持續地對鋼筋實施小的陰極保護電流的技術被稱為是陰 極"防護"技術，不過，所施加的防護電流密度通常也不小于幾y A/cm2,故對鋼筋過早地實 施陰極防護，不僅顯著增加經濟成本，持續的電流累積還會對混凝土的成長產生一定危害。 因此，無論是當前的陰極保護技術，還是防護技術均存在明顯的不足，需要更新的思想和技 術。
[0004] 有害離子(如氯離子)向混凝土中滲入是危害鋼筋化學穩定的重要因素。但若所述 有害離子僅僅是進入到混凝土中，而沒有到達鋼筋的表面，即使所述有害離子在混凝土中 具有較高的濃度也不會誘發鋼筋腐蝕。現有技術中有一種較為先進的處理混凝土中氯離子 污染的技術是電除鹽技術，該技術的原理是利用電場作用下的離子電迀移，將氯離子從混 凝土中驅離出去。然而該項技術本質上仍然是一種被動處理技術，且需要對鋼筋施加很大 的驅動電流，其電流密度通常高達幾十yA/cm 2。此技術對中低強度混凝土(通常小于C60) 中的氯離子去除十分有效，但該技術對鋼筋/混凝土界面的物理損傷一直備受質疑。
[0005] 混凝土中栓釘的腐蝕和防護現在還沒引起人們的足夠重視，迄今為止還沒有有效 的電化學保護或腐蝕修補案例。從原理上講，混凝土中鋼筋的防護技術也可用于栓釘的防 護，只是在具體工藝上應當與鋼筋的電化學防護有所區別。
[0006] 由此可見，上述的現有保護方法均存在一定弊端，現有技術中，還沒有一種可以對 混凝土中的栓釘或鋼筋進行適時的主動防護的系統及方法。
【發明內容】
[0007] 有鑒于此，確有必要提供一種能夠對混凝土中的栓釘或鋼筋進行適時主動防護的 系統及方法。
[0008] -種腐蝕主動控制系統，用于混凝土中栓釘或鋼筋的腐蝕控制，所述腐蝕主動控 制系統包括：滲透傳感器、供電系統以及嵌入式控制系統；所述滲透傳感器用于監測外界 腐蝕介質滲入的深度，并與所述嵌入式控制系統進行通訊；所述供電系統用于對被保護對 象施加保護電流，所述供電系統包括至少一個正極與至少一個負極，所述正極預先埋入混 凝土中或后裝在混凝土表層，所述負極與被保護對象電連接；所述嵌入式控制系統接收所 述滲透傳感器獲得的監測信號，并根據預裝模型控制所述供電系統輸出的保護電流的大 小、頻率及加電時長。
[0009] -種腐蝕主動控制方法，用于混凝土中栓釘或鋼筋的腐蝕控制，所述腐蝕主動控 制方法包括：測量混凝土結構中外界腐蝕介質的滲入深度，若所述外界腐蝕介質的滲入深 度到達混凝土內部的預設位置，則判定該混凝土結構發生腐蝕，對該混凝土結構中的栓釘 或鋼筋施加保護電流，所述保護電路為脈沖直流負電流，當所述外界腐蝕介質停止滲入時， 停止或降低所述保護電流。
[0010] 與現有技術相比，本發明所提供的栓釘或鋼筋腐蝕主動控制系統及方法是基于腐 蝕介質滲入限制深度來對混凝土中的栓釘或鋼筋進行適時主動的、脈沖式防護的，它不僅 能有效地避免所述栓釘或鋼筋發生腐蝕，而且運行功耗大大降低，在顯著降低混凝土結構 維護成本的同時，還能顯著降低對所保護對象的負作用風險。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明提供的用于鋼筋的腐蝕主動控制系統示意圖。
[0012] 圖2為本發明提供的用于栓釘的腐蝕主動控制系統示意圖。
[0013] 圖3是本發明提供的腐蝕主動控制系統用于撒除冰鹽的鋼-混凝土組合結構橋梁 中栓釘的腐蝕控制。
[0014] 圖4是本發明提供的腐蝕主動控制系統用于海上大橋下部潮差區/浪濺區的混凝 土結構中的鋼筋的腐蝕控制。
[0015] 主要元件符號說明
如下【具體實施方式】將結合上述附圖進一步說明本發明。1
【具體實施方式】
[0016] 下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的腐蝕主動控制系統及方法作進一 步的詳細說明。
[0017] 請一并參見圖1與圖2,本發明實施例提供一種腐蝕主動控制系統100,用于混凝 土中栓釘53或鋼筋57的腐蝕控制，所述腐蝕主動控制系統100包括：滲透傳感器10、供電 系統20以及嵌入式控制系統30。所述滲透傳感器10用于監測外界腐蝕介質滲入深度，所 述滲透傳感器10與所述嵌入式控制系統30之間通過有線或無線方式進行通訊。所述供電 系統20用于對被保護對象施加保護電流，所述供電系統20與所述嵌入式控制系統30之間 通過有線或無線方式進行通訊，所述供電系統20包括至少一個正極21與至少一個負極22， 所述負極22與被保護的對象電連接。所述嵌入式控制系統30接收所述滲透傳感器10獲 得的監測信號，并根據預裝模型控制所述供電系統20輸出的保護電流。
[0018] 所述滲透傳感器10可以是測量不同深度下混凝土電阻的探針，也可以是測量不 同深度下有害離子濃度的探針。所述有害離子可以為氯離子、硫酸根離子等。
[0019] 所述供電系統20為直流電流供電裝置，用于對被保護的對象施加保護電流，其輸 出的電流大小、頻率及加電時長由所述嵌入式控制系統30調控，所述保護電流通常為脈沖 直流負電流。所述供電系統20的正極21與負極22相互絕緣，所述正極21可預先埋入混 凝土52中或后裝在混凝土52表層，所述負極22與被保護的對象電連接。
[0020] 所述嵌入式控制系統30接收來自滲透傳感器10獲得的監測信號，并根據所述監 測信號以及預裝模型控制供電系統20輸出電流。所述嵌入式控制系統30包括：滲透監測 模塊31與負電流控電模塊32。所述滲透監測模塊31接收來自滲透傳感器10獲得的監測 信號，并根據所述監測信號以及預裝模型計算供電系統20需要施加的保護電流的大小、頻 率及加電時長。所述負電流控電模塊32控制供電系統20輸出保護電流。所述嵌入式控制 系統30還可以進一步包括一個通訊模塊33,用于與上位機進行通訊、數據傳輸以及系統更 新。所述通訊模塊33可以采用有線通訊方式，也可以采用無線通訊方式。
[0021] 外界腐蝕介質由混凝土的外表面向混凝土的內部滲透，上述滲透過程會導致所述 混凝土中有害離子濃度的升高或所述混凝土電阻的改變。所述滲透傳感器10可以監測距 混凝土表面不同位置處的混凝土電阻或有害離子濃度的變化。當所述滲透傳感器10監測 到外界腐蝕介質滲入到混凝土內部的預控深度位置時，所述供電系統20對被保護對象施 加保護電流。所述預控深度位置可以為被保護對象靠近外界腐蝕介質一側的表面，或距離 該表面一定深度的位置。所述保護電流的大小、頻率及加電時長由所述嵌入式控制系統30 中的預設模型決定，當所述外界腐蝕介質停止滲入，所述供電系統20停止輸出保護電流或 維持很低的保護電流供給。
[0022] 所述供電系統20輸出的保護電流的大小可隨有害離子濃度的變化而動態改變， 即有害離子濃度增大時所述保護電流也隨之動態增大，有害離子濃度減小時所述保護電流 也隨之動態減小。所述保護電流可根據實際要求、被保護結構的特點而進行調整。所述保 護電流通常為脈沖直流負電流。本實施例中所述供電系統20輸出的保護電流的大小與頻 率根據所述嵌入式控制系統30中預裝的模型適時計算獲得。
[0023] 請參見圖3,該圖為本發明提供的腐蝕主動控制系統100應用于撒除冰鹽的鋼-混 凝土組合結構橋梁的具體實例。所述腐蝕主動控制系統100包括：滲透傳感器10、供電系 統20以及嵌入式控制系統30。在該應用實例中，所述腐蝕主動控制系統100保護的對象為 撒除冰鹽區域的混凝土 52中的栓釘53及鋼梁54。所述栓釘53焊接在鋼梁54的表面，在 所述栓釘53與鋼梁54的周圍填充有混凝土 52,所述混凝土 52的外表面鋪設有一層瀝青混 凝土 51 〇
[0024] 所述滲透傳感器10為氯離子滲透傳感器，用于檢測環境中的氯離子濃度，其最小 氯離子檢出濃度為IX 10 5m〇l/L。所述滲透傳感器10自混凝土 52外表面到鋼梁54底面 垂直埋設，所述滲透傳感器10包括多個氯離子濃度探針，所述多個氯離子濃度探針的排列 方向垂直于混凝土 52的外表面，與混凝土 52外表面的距離依次增加，可以監測混凝土中不 同深度下氯離子的濃度。所述滲透傳感器10監測深度梯度為5_，即相鄰兩個探針之間的 距離為5mm〇
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