ECI-1埋入式鋼筋混凝土的腐蝕檢測系統(tǒng)（產(chǎn)地：美國） 

ECI-1埋入式鋼筋混凝土的腐蝕檢測系統(tǒng)（美國）是一種基于無損檢測（NDE）的埋入式腐蝕監(jiān)測儀。它能夠長期監(jiān)測鋼筋腐蝕的一些重要參數(shù)。

ECI-1（產(chǎn)地：美國）  的詳細(xì)介紹

1.技術(shù)背景

  公共設(shè)施如橋梁和大壩等工程造價巨大,需花費數(shù)百萬乃至上億美元,并延續(xù)數(shù)年時間.僅在美國,每年維修聯(lián)邦大橋腐蝕破壞的費用就高達(dá)500多億美元.這些混凝土結(jié)構(gòu)不僅在商業(yè)上很重要,而且與人民的生活水平息息相關(guān).據(jù)估計,世界上鋼筋混凝土維修價格按暴露面積計算,平均為200美元/平方米,這些混凝土結(jié)構(gòu)由于過早的或未能預(yù)料到的腐蝕失效通常會造成時間、財長甚至生命的災(zāi)難性損失。由于腐蝕導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)過早的維修和失效，其代價昂貴，因此迫切需要有整套的、現(xiàn)場的無損檢測系統(tǒng)（NDE）。這些NDE系統(tǒng)根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的腐蝕條件變化可以給出必要的信息，以便于及時有效的實施維修。

  基于無損檢測的BCI-1檢測系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在建的或已運營的商業(yè)和公共建筑上。這些建筑包括：高層建筑，車庫，橋梁，大壩，泄洪道，拍洪渠，碼頭，高塔以及腐蝕防護裝置，但不僅僅局限于此。在混凝土建造過程忠，工程技術(shù)人員通過檢測于腐蝕相關(guān)的重要參數(shù)，可以及早的發(fā)現(xiàn)問題，例如在澆筑混凝土?xí)r錯誤的使用含氯離子的海水或污水。并且在混凝土的養(yǎng)護（熟化）過程中，可以監(jiān)測混凝土內(nèi)部的濕度和溫度，從而確?；炷恋拇髲姸取Ｔ诨炷两ㄍ瓿珊?，ECI-1可以長期的監(jiān)測混凝土的腐蝕狀態(tài)。

2.整個系統(tǒng)的原理

2.1系統(tǒng)的基本原理

 ECI-1是一種基于無損檢測（NDE）的埋入式腐蝕監(jiān)測儀。它能夠長期監(jiān)測鋼筋腐蝕的一些重要參數(shù)，包括線性極化電阻（LPR）、開路電位（OCP），電阻率、氯離子濃度（【cl】）和溫度。每一只ECI-1就是一個數(shù)字終端，它連接在局部區(qū)域埋設(shè)的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)上。監(jiān)測系統(tǒng)與混凝土外部的數(shù)據(jù)采集器之間的數(shù)據(jù)通訊采用SDI-12工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。儲存在數(shù)據(jù)采集器中的數(shù)據(jù)既可以在現(xiàn)場直接下載到便攜式電腦中也可以通過遠(yuǎn)程無線通訊。

  ECI-1內(nèi)部的單片機通過數(shù)一模（DAC）和模一數(shù)（ADC）轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)和依次控制每個傳感器進行測量并采集數(shù)據(jù)。單片機還承擔(dān)了腐蝕測量所有必需的計算。數(shù)據(jù)可以存儲在ECI-1板載的固件內(nèi)存里可通過網(wǎng)絡(luò)直接傳送。所有至校準(zhǔn)和探頭位置的測量數(shù)據(jù)以及一一對應(yīng)的地址都儲存載板載的內(nèi)存里，單片機可設(shè)置不同的系統(tǒng)部件載節(jié)能或休眠模式下運行，為低功耗的遠(yuǎn)程操作（電池供電，太陽能）提供電源管理和控制。通常ECI-1用來監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋的腐蝕。監(jiān)測儀在混凝土澆筑之前安裝。放置ECI-1使其電極面朝上，并與頂端的鋼筋持平，這樣的定位放置確保了ECI-1的傳感電極與將要監(jiān)測的鋼筋處在同樣的環(huán)境和腐蝕條件下。

2.2與傳統(tǒng)方法的對比

在ECI-1出現(xiàn)之前，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)的腐蝕監(jiān)測曾采用放置埋入式探頭。探頭測量的模擬信號由混凝土外部的電子設(shè)備讀數(shù)，由于這些探頭上產(chǎn)生的信號微弱，而且收到附件的電磁干擾（EMI）源如電力線、無線電、蜂窩等的影響，因此導(dǎo)線的長度必然收到限制。

為了克服上述缺點和局限，VTI公司研制出了一種全埋入式、非破壞性的腐蝕監(jiān)制“儀器”，它融合了所有腐蝕測量需要的電極和進行信號處理的電子元件。ECI-1方法說斷了微弱的模擬信號與信號處理電子元件間的連線（大約1英寸）?？s短模擬信號的導(dǎo)線可以得到更高的信噪比，重現(xiàn)性好/讀書更準(zhǔn)確。ECI-1與其他儀器以及混凝土外部的數(shù)據(jù)采集器之間的通訊采用數(shù)字的通信協(xié)議，對附近的EMI源具有很強的抗干擾能力。

2.3ECI-1的優(yōu)點

 ECI-1埋入式腐蝕監(jiān)測儀把五種傳感器集成在一個堅固小盒內(nèi)。在混凝土澆筑過程中，整個系統(tǒng)很容易安裝和放置在建筑物的任何部位。儀器采用模塊化和*的可尋址設(shè)計，同樣適合安裝在特殊結(jié)構(gòu)的混凝土中，由于ECI的模擬線路極短，因此在市場上其它腐蝕探頭相比，它對EMI的敏感性較小，很多埋入式腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)使用混凝土外部的電路激勵埋入地探討并測量其響應(yīng)信號。通常這樣測量需要10米或更長的導(dǎo)線，如此以來，這么長的導(dǎo)線將會成為EMI干擾源（諸如電力線/蜂窩idianhua革無限電波等）的接收天線。而ECI-1的電極和數(shù)據(jù)采集電路之間的導(dǎo)線僅僅只有1英寸，并且進入信號發(fā)射源之前就已經(jīng)準(zhǔn)換成了數(shù)字信號。數(shù)據(jù)通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸，其抗干擾能力就相當(dāng)強了。

綜上所述，ECIde特征如下：

l        無損檢測技術(shù)

l        同時測量于腐蝕相關(guān)的幾個重要參數(shù)

l        包含了所有必需的電極和電路元件

l        作為數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的終端裝置

l        數(shù)字信號對附近的EMI源有抗干擾能力

l        采用SDI-12工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

l        測量網(wǎng)絡(luò)每個終端長連接可達(dá)200英尺

l        系統(tǒng)可以選用太陽能電池和可充電電池供電

l        可以通過混凝土外部的蜂窩式收發(fā)裝置進行無限遠(yuǎn)程通訊

2.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

本鏟平的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)是一個數(shù)據(jù)采集器，安裝在混凝土的外部，其外殼采用抗環(huán)境干擾的機箱，例如NEMA-4機箱盒，數(shù)據(jù)采集器與多點串口通訊網(wǎng)絡(luò)線路相連。數(shù)據(jù)采集器給SDI-12通訊網(wǎng)路供電然后再供給所有與之相連的監(jiān)測儀，數(shù)據(jù)采集器自身則由當(dāng)?shù)仉娋€或者太陽能可充電電池供給?？梢詫?shù)據(jù)采集器進行編程來實現(xiàn)ECI-1的周期性開啟以及發(fā)出收集和發(fā)送數(shù)據(jù)指令，然后，數(shù)據(jù)采集器可以把返回的腐蝕數(shù)據(jù)與對應(yīng)儀器的特征號碼和位置一一對應(yīng)，這些數(shù)據(jù)就可以在現(xiàn)場下載到漆上型電腦或其它便攜式計算機上，此外來數(shù)據(jù)采集器可以與無限收發(fā)器或蜂窩式調(diào)制解調(diào)器進行數(shù)據(jù)交互，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和操作。當(dāng)采集到數(shù)據(jù)和對應(yīng)監(jiān)測儀位置后，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理就可以形成整個混凝土結(jié)構(gòu)的“腐蝕輪廓圖”。利用這些信息就可以根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)現(xiàn)實情況來確定需要維護的時間、地點和方法。通過獲知混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕速率，就可以預(yù)報剩余壽命和維修時間表，就不需要耗時、費力的、破壞性評估方法了，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置如圖2所示

   數(shù)據(jù)采集器采用的是128K內(nèi)存的CR510型，電源死PS12LA，帶有充電和整流的功能以及附帶一個密封的充電電池。調(diào)制解調(diào)器為COM210，蜂窩為COM100系統(tǒng)。機箱是ENC12/14（12×14）型的，帶有一個導(dǎo)管線（圖中右下角所示），上面的兩個導(dǎo)管線是在安裝過程中才加上去的。7839單凹槽機箱底板（見圖中右邊），是用來固定機箱的，可以固定在大橋底部，也可以把機箱固定在一根桿上，圖中沒有展示的部分有8分貝的引向反射蜂窩式天線（10530COM100 ASP962），天線的電纜（10531COM）和10瓦的太陽能電池板（MSX10）。如果筆記本電腦或臺式機與數(shù)據(jù)采集器進行通訊的話，還需要有SC32A型光電隔離接口，式Canpbell公司的一款非標(biāo)的9針接口，它把TTL電平信號轉(zhuǎn)換能夠與PC機的RS232串口通訊的信號。

3.系統(tǒng)主要組成及監(jiān)測系統(tǒng)具體布置方式（包括是否對配筋產(chǎn)生影響、如何分布？）

3.1系統(tǒng)組成

整套監(jiān)測系統(tǒng)主要組成如下：

l        ECI-1        腐蝕監(jiān)測儀

l        CR150       基礎(chǔ)型數(shù)據(jù)采集器，帶有128K內(nèi)存

l        ENC 12/14    12×14防水機箱，帶一個導(dǎo)管

l        單凹槽機箱地板

l        SC32A       9針轉(zhuǎn)25針RS232數(shù)據(jù)通訊設(shè)備接口

l        PS12LA      12V供電電源，帶有充電和整流功能以及充電電池遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)是可選配件，主要包括：

l        COM210      調(diào)制解調(diào)器

l        COM100      蜂窩式

l        10530         COM100ASP9628分貝，引向反射蜂窩式天線

l        10531        COM蜂窩天線電纜

l        MSX10       10W太陽能電池板

3.2安裝

BEI-1系統(tǒng)安裝在混凝土的關(guān)鍵部位和容易腐蝕的地方，這些地方必須經(jīng)過土木結(jié)構(gòu)工程師和腐蝕工程師測量后確定，ECI-1的安裝不會影響配筋的布置，通常每100平方英尺埋設(shè)一個ECI-1，但是美在用以積水或鹽分較多的區(qū)域以及腐蝕條件較苛刻的位置，都應(yīng)該增設(shè)ECI-1。圖3是如何把ECI-1安裝在支撐鋼筋上的示意圖，支撐鋼筋提供了對監(jiān)測儀的保護，同時這種安裝方法還把ECI-1的工作電極定位安置在與頂部的鋼筋相適應(yīng)的、恰當(dāng)?shù)母叨壬稀?/p>

 把支撐鋼筋捆綁到預(yù)訂的位置，安裝ECI-1用的電纜采用氟化乙丙烯橡膠絕緣包裹的三芯22＃（美國標(biāo)準(zhǔn)AWG）標(biāo)準(zhǔn)鍍錫銅線。每一條ECI-1電纜必須連接到數(shù)據(jù)采集器上，呈星型固定電纜，所有電纜要通過公用導(dǎo)線管進入數(shù)據(jù)采集器機箱。電纜布置的頂部和底部的鋼筋框欄之間，必要時在有些地方做些固定，如果所需電纜超過了ECI自帶的10米電纜，可以從VirginiaTechnologies有限公司購買電纜和接插件。

建議在混凝土澆筑前覆蓋保護ECI-1電極系統(tǒng)，但在澆筑時必須取掉覆蓋物，參與電極的帽子應(yīng)該到澆筑之前才能取下。

安裝過程中應(yīng)小心以避免接觸和污染電極。為了防止混凝土澆筑前的機械損傷，安裝ECI-1時應(yīng)該有醒目的標(biāo)志以提醒建筑工人有監(jiān)測儀的存在。如有可能，在混凝土澆筑時，ECI-1的位置也應(yīng)該注明，以免澆筑作業(yè)時振蕩器等工具的直接接觸監(jiān)測儀。

4.測試方式和方法（數(shù)據(jù)采集采用人工方式還是自動方式，人工方式是否會影響隧道運營）？

數(shù)據(jù)采集采用的是自動方式。根據(jù)中國大陸地區(qū)混凝土工程的特點，我公司開發(fā)了基于中文Windows平臺的CMRC鋼筋混凝土腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)軟件，監(jiān)測軟件由測量設(shè)置、數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)分析、外接程序、幫助等五大部分組成。其中測量設(shè)置包括通訊設(shè)置、電極參數(shù)等：數(shù)據(jù)分析包括文本查看、數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)圖標(biāo)等

利用監(jiān)制軟件，用戶防自己即可以進行腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的日程管理，并且更加方便地收集數(shù)據(jù)、查看歷史數(shù)據(jù)和瀏覽實時數(shù)據(jù)等等。

5.如何評估分析（包括采集哪些數(shù)據(jù)說明）？

在歐美發(fā)達(dá)國家，混凝土中鋼筋的腐蝕監(jiān)測工作與評估和分析時兩個不同階段的工作，一般腐蝕評估和分析由專業(yè)腐蝕咨詢公司承擔(dān)，考慮到國內(nèi)目前的專業(yè)分工現(xiàn)狀，我公司專門針對ECI-1腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)了一套基于中文Windows平臺的鋼筋混凝土腐蝕評估軟件，軟件界面示意圖如圖6所示。評估軟件設(shè)置了腐蝕單因素趨勢圖，雙因素腐蝕評估、瞬時腐蝕速率計算、階段時間內(nèi)鋼筋銹蝕率評估以及銹蝕鋼筋力學(xué)性能變化評估等等。

6.監(jiān)測系統(tǒng)本體大致使用年限？

ECI是*性的，由于有特殊的防水和抗壓設(shè)計，加之功耗極小，所以對防腐水平很好的混凝土而言，其使用壽命是伴隨混凝土的全壽期的，理由如下：

l        在設(shè)計時，ECI的電極壽命高于或等于混凝土中的鋼筋，如果鋼筋混凝土的防腐效果好，則ECI的使用索命將至少等于鋼筋的使用年限：反之如果腐蝕環(huán)境惡劣，混凝土中鋼筋腐蝕就快，同樣ECI上的研究電極消耗也快，這將警示混凝土結(jié)構(gòu)的業(yè)主或管理者改善混凝土的防腐措施.

l        BEI-1的外殼設(shè)計為埋入的電極和電子元件提供了環(huán)境和結(jié)構(gòu)上的保護,并且不會危機所埋入的混凝土結(jié)構(gòu)的整體性.塑模外殼保護了監(jiān)測儀的電子原件免受濕氣和化學(xué)物質(zhì)的侵?jǐn)_,同時也是電極的堅硬底座.ECI-1的內(nèi)部用了一種柔韌防水以及耐化學(xué)品性的化合物填料,它加強了電子元件的防水和防化學(xué)性,并緩沖了外殼上的壓力.

7.0保存與維護

  BCI-1應(yīng)該存放于40F-90F、避免陽關(guān)直射的干燥處。參比電極帽下的海綿需要沒三個月用蒸餾水浸濕，以免電解液蒸發(fā)掉。

8.0質(zhì)保

  監(jiān)測儀在埋入混凝土錢，可以運行自檢模式進行檢測，如果自檢失敗，說明監(jiān)測系統(tǒng)不能正常工作。不能工作的監(jiān)測儀可以退回銷售點進行更換。質(zhì)保從監(jiān)測儀運抵用戶之日起6個月內(nèi)或者監(jiān)測儀埋入混凝土之前（二者已先到達(dá)者為準(zhǔn)）有效。

北京鴻鷗成運科技有限公司    

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