[00031938]埋置型多功能钢筋混凝土腐蚀传感器及监测技术

一、项目简介 我国每年因金属腐蚀造成的经济损失高达上万亿元，其中因钢筋腐蚀导致钢筋混凝土 结构过早失效破坏现象和突发性事故日益严重，随着跨海大桥、海底隧道、滨海核电站、高 速铁路等重大基础设施不断涌现，钢筋混凝土结构的耐久性和安全性倍受到世人严重关切， 如何实现钢筋混凝土结构安全的精准监测和腐蚀的有效控制已成为世界性的一大难点。目前 我国面临着工业用钢筋混凝土结构腐蚀监测探头和仪器几乎全部依赖进口产品的尴尬困境， 发展先进的腐蚀监测技术，提高钢筋混凝土结构的耐久性和安全性，对于社会和经济发展具 有重大意义。 可同时监测钢筋腐蚀电流、腐蚀电位及混凝土中 Cl-浓度和 pH 多功能腐蚀传感器。钢 筋混凝土腐蚀是一个气-液-固三相共存、多尺度、不均一、闭塞的复杂电化学过程，与一般 敞开体系的腐蚀明显不同，钢筋表面钝性破坏及腐蚀动力学行为影响因素错综复杂，其中最 关键的因素是 Cl-浓度和 pH 等钢筋/混凝土界面化学微环境。绝大部分进口的钢筋混凝土腐 蚀监测探头，一般只能监测钢筋腐蚀电位或电偶电流，通常难以获得可靠的钢筋混凝土腐蚀 信息，近年来美国 ERC 腐蚀探头大量进口，该探头除了可以测量钢筋电位和腐蚀速度，还 可测量混凝土中 Cl-浓度，但依然不能测量混凝土中 pH 这个关键参数。 我们在多个国家重点课题的支持下，进一步探明了钢筋/混凝土界面特征、腐蚀机理、 动力学规律及关键性影响因素，建立了钢筋腐蚀动力学与钢筋/混凝土界面 Cl-浓度和 pH 等 微环境的定量关系，首次在国际上研制成功可在工业现场同时监测钢筋腐蚀速度、腐蚀倾向 性和混凝土中 Cl-浓度和 pH 等关键性参数的复合型多功能腐蚀传感器，实现了钢筋混凝土 结构腐蚀的精准、高效、全程的监测，目前该技术已超越国际先进水平。表二是本技术与国 际上最主流的埋置式钢筋混凝土腐蚀传感器技术比较，可见至今国际上只有我们研制的腐蚀 探头兼具有 pH 监测功能，这是一个独特的核心技术。 钢筋混凝土腐蚀速度的电化学交流阻抗测量技术。埋置在混凝土中腐蚀传感器还需要 通过电化学技术进行跟踪监测。目前国际上通常采用零阻检流计测量电偶电流或线性极化法 测量钢筋腐蚀速度，但电偶电流只意味混凝土电阻变化，不完全表征钢筋腐蚀速度；而线性 极化法存在外加直流极化干扰，使钢筋自腐蚀电位难以恢复，测量误差大。我们首次发展了 电化学交流阻抗技术用于原位测量钢筋混凝土腐蚀速度，该方法对钢筋极化扰动微小，测量 精度高，检测信息丰富。进而研制成功二种钢筋混凝土腐蚀监测模式：（1）基于电化学交流 阻抗技术的便携式钢筋混凝土腐蚀检测仪器，精确检测钢筋在混凝土中的腐蚀速度、腐蚀倾 向性、pH 值、Cl-离子浓度及混凝土电阻率等；（2）多功能腐蚀传感器与测量模块复合，形 成一体化钢筋混凝土腐蚀传感/监测器，大幅度提高测量精度和工业适用性，为实时、在线 监测大型钢筋混凝土结构腐蚀速度、服役寿命、安全预警提供了强有力的技术支撑。目前已 应用于厦门翔安海底隧道、宁波甬江隧道、大亚湾核电站、沪昆高铁、台湾电力及港珠澳跨 海大桥等重大结构工程。 二、技术成熟程度 技术已经成熟，可直接转化生产。 三、应用领域及市场前景 主要用于海洋工程、跨海大桥、海底隧道、滨海核电站、高速铁路等国家重大基础设 施，大型钢筋混凝土结构的耐久性和安全性监测和评估，市场前景巨大。 四、投产条件与预期经济效益 按中等规模计算，初期投产 500 万，预期年产值 1000 万。 五、合作方式 面商。