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）  的詳細介紹

1.技術背景

  公共設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500多億美元.這些混凝土結構不僅在商業(yè)上很重要,而且與人民的生活水平息息相關.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,這些混凝土結構由于過早的或未能預料到的腐蝕失效通常會造成時間、財長甚至生命的災難性損失。由于腐蝕導致混凝土結構過早的維修和失效，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)混凝土結構內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，工程技術人員通過檢測于腐蝕相關的重要參數(shù)，可以及早的發(fā)現(xiàn)問題，例如在澆筑混凝土時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)測混凝土內部的濕度和溫度，從而確保混凝土的大強度。在混凝土建完成后，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)域埋設的監(jiān)測網(wǎng)絡上。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)標準協(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程無線通訊。

  ECI-1內部的單片機通過數(shù)一模（DAC）和模一數(shù)（ADC）轉換器調節(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板載的固件內存里可通過網(wǎng)絡直接傳送。所有至校準和探頭位置的測量數(shù)據(jù)以及一一對應的地址都儲存載板載的內存里，單片機可設置不同的系統(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)測混凝土結構內的鋼筋的腐蝕。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，鋼筋混凝土的結構的腐蝕監(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短模擬信號的導線可以得到更高的信噪比，重現(xiàn)性好/讀書更準確。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。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*的可尋址設計，同樣適合安裝在特殊結構的混凝土中，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信號。通常這樣測量需要10米或更長的導線，如此以來，這么長的導線將會成為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)準換成了數(shù)字信號。數(shù)據(jù)通過數(shù)字網(wǎng)絡傳輸，其抗干擾能力就相當強了。

綜上所述，ECIde特征如下：

l        無損檢測技術

l        同時測量于腐蝕相關的幾個重要參數(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)標準協(xié)議

l        測量網(wǎng)絡每個終端長連接可達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?shù)仉娋€或者太陽能可充電電池供給。可以對數(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)與對應儀器的特征號碼和位置一一對應，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)器或蜂窩式調制解調器進行數(shù)據(jù)交互，從而實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集和操作。當采集到數(shù)據(jù)和對應監(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構的“腐蝕輪廓圖”。利用這些信息就可以根據(jù)混凝土結構的現(xiàn)現(xiàn)實情況來確定需要維護的時間、地點和方法。通過獲知混凝土結構的腐蝕速率，就可以預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)的標準配置如圖2所示

   數(shù)據(jù)采集器采用的是128K內存的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。調制解調器為COM210，蜂窩為COM100系統(tǒng)。機箱是ENC12/14（12×14）型的，帶有一個導管線（圖中右下角所示），上面的兩個導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公司的一款非標的9針接口，它把TTL電平信號轉換能夠與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       基礎型數(shù)據(jù)采集器，帶有128K內存

l        ENC 12/14    12×14防水機箱，帶一個導管

l        單凹槽機箱地板

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

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

l        COM210      調制解調器

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)安裝在混凝土的關鍵部位和容易腐蝕的地方，這些地方必須經(jīng)過土木結構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，都應該增設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的、恰當?shù)母叨壬稀?/p>

 把支撐鋼筋捆綁到預訂的位置，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＃（美國標準AWG）標準鍍錫銅線。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，參與電極的帽子應該到澆筑之前才能取下。

安裝過程中應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時應該有醒目的標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。其中測量設置包括通訊設置、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，考慮到國內目前的專業(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、階段時間內鋼筋銹蝕率評估以及銹蝕鋼筋力學性能變化評估等等。

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，這將警示混凝土結構的業(yè)主或管理者改善混凝土的防腐措施.

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

7.0保存與維護

  BCI-1應該存放于40F-90F、避免陽關直射的干燥處。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。質保從監(jiān)測儀運抵用戶之日起6個月內或者監(jiān)測儀埋入混凝土之前（二者已先到達者為準）有效。

北京鴻鷗成運科技有限公司    

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