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钢筋混凝土结构的耐久性问题已成为当今世界最为亟需解决的难题之一,耐久性不足将导致结构性能劣化,达不到预定服役寿命而提前失效。因此,有必要尽早获知混凝土结构开始劣化的信息,及时对结构进行有效地维护,从而保证其结构安全,满足其服役要求。为此,迫切需要研发一种有效的监测系统对钢筋混凝土结构进行实时监测并在劣化初期提供有效预警。 本文对国内外9种钢筋混凝土结构耐久性监测系统的结构设计、监测原理、工程实用特点及存在的不足进行了系统总结和分析,通过设计梯形电极监测体系对混凝土中钢筋的锈蚀行为进行了有效追踪,并基于以上研究提出了混凝土结构耐久性多元复合无线监测系统,以实现无需破损即可大范围、多目标、多参数、远距离、长时间的实时无线监测。主要研究包括: (1)通过氯盐侵蚀加速钢筋锈蚀试验,对两种配比砂浆试件中梯形分布钢筋的锈蚀进程进行了跟踪监测。结果表明,沿深度方向的各层钢筋依次发生锈蚀,其间隔时间渐次增大;钢筋保护层厚度与其开始锈蚀时间之间符合指数函数增长,拟合曲线与试验结果吻合良好;水灰比越小,相同深度处氯离子侵入达到临界含量所需要的时间越长;两种配比砂浆中梯形分布钢筋开始锈蚀时的临界氯离子含量为0.3%~0.5%。梯形监测体系可有效追踪混凝土中的钢筋锈蚀行为,对结构安全性提供及时预警,组装方便,所用材料价格低廉且容易获得,测试方法简单、可靠、实用。 (2)当钢筋电位迅速降低或电位低于-350mV时可认为钢筋已经发生锈蚀。自然电位法本是一种定性评定钢筋锈蚀的检测方法,但通过对梯形电极的电化学阻抗谱测试,使得该方法的测试结果得到量化。 (3)设计了由多元传感器、数据采集单元、无线通信模块和电脑终端组成的混凝土结构耐久性多元复合无线监测系统。其中多元传感器由宏电池传感器、温度传感器、pH传感器、湿度传感器组成,并对相应传感器进行了结构设计、封装与固定;数据采集单元是基于单片机技术设计;无线通信模块内置SIM卡采用GPRS技术进行无线传输;电脑终端辅以应用软件,对耐久性数据进行处理和分析。