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

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

ECI-1（產(chǎn)地：美國(guó)）  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(jià)巨大,需花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)乃至上億美元,并延續(xù)數(shù)年時(shí)間.僅在美國(guó),每年維修聯(lián)邦大橋腐蝕破壞的費(fèi)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(jì),世界上鋼筋混凝土維修價(jià)格按暴露面積計(jì)算,平均為200美元/平方米,這些混凝土結(jié)構(gòu)由于過(guò)早的或未能預(yù)料到的腐蝕失效通常會(huì)造成時(shí)間、財(cái)長(zhǎng)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(guò)早的維修和失效，其代價(jià)昂貴，因此迫切需要有整套的、現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)損檢測(cè)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(shí)有效的實(shí)施維修。

  基于無(wú)損檢測(cè)的BCI-1檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在建的或已運(yùn)營(yíng)的商業(yè)和公共建筑上。這些建筑包括：高層建筑，車(chē)庫(kù)，橋梁，大壩，泄洪道，拍洪渠，碼頭，高塔以及腐蝕防護(hù)裝置，但不僅僅局限于此。在混凝土建造過(guò)程忠，工程技術(shù)人員通過(guò)檢測(cè)于腐蝕相關(guān)的重要參數(shù)，可以及早的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，例如在澆筑混凝土?xí)r錯(cuò)誤的使用含氯離子的海水或污水。并且在混凝土的養(yǎng)護(hù)（熟化）過(guò)程中，可以監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部的濕度和溫度，從而確保混凝土的大強(qiáng)度。在混凝土建完成后，ECI-1可以長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)混凝土的腐蝕狀態(tài)。

2.整個(gè)系統(tǒng)的原理

2.1系統(tǒng)的基本原理

 ECI-1是一種基于無(wú)損檢測(cè)（NDE）的埋入式腐蝕監(jiān)測(cè)儀。它能夠長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)鋼筋腐蝕的一些重要參數(shù)，包括線(xiàn)性極化電阻（LPR）、開(kāi)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(gè)數(shù)字終端，它連接在局部區(qū)域埋設(shè)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)上。監(jiān)測(cè)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(chǔ)存在數(shù)據(jù)采集器中的數(shù)據(jù)既可以在現(xiàn)場(chǎng)直接下載到便攜式電腦中也可以通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)通訊。

  ECI-1內(nèi)部的單片機(jī)通過(guò)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(gè)傳感器進(jìn)行測(cè)量并采集數(shù)據(jù)。單片機(jī)還承擔(dān)了腐蝕測(cè)量所有必需的計(jì)算。數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在ECI-1板載的固件內(nèi)存里可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接傳送。所有至校準(zhǔn)和探頭位置的測(cè)量數(shù)據(jù)以及一一對(duì)應(yīng)的地址都儲(chǔ)存載板載的內(nèi)存里，單片機(jī)可設(shè)置不同的系統(tǒng)部件載節(jié)能或休眠模式下運(yùn)行，為低功耗的遠(yuǎn)程操作（電池供電，太陽(yáng)能）提供電源管理和控制。通常ECI-1用來(lái)監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋的腐蝕。監(jiān)測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)曾采用放置埋入式探頭。探頭測(cè)量的模擬信號(hào)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(hào)微弱，而且收到附件的電磁干擾（EMI）源如電力線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電、蜂窩等的影響，因此導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度必然收到限制。

為了克服上述缺點(diǎn)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(cè)量需要的電極和進(jìn)行信號(hào)處理的電子元件。ECI-1方法說(shuō)斷了微弱的模擬信號(hào)與信號(hào)處理電子元件間的連線(xiàn)（大約1英寸）?？s短模擬信號(hào)的導(dǎo)線(xiàn)可以得到更高的信噪比，重現(xiàn)性好/讀書(shū)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(duì)附近的EMI源具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

2.3ECI-1的優(yōu)點(diǎn)

 ECI-1埋入式腐蝕監(jiān)測(cè)儀把五種傳感器集成在一個(gè)堅(jiān)固小盒內(nèi)。在混凝土澆筑過(guò)程中，整個(gè)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(jì)，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(xiàn)路極短，因此在市場(chǎng)上其它腐蝕探頭相比，它對(duì)EMI的敏感性較小，很多埋入式腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用混凝土外部的電路激勵(lì)埋入地探討并測(cè)量其響應(yīng)信號(hào)。通常這樣測(cè)量需要10米或更長(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)，如此以來(lái)，這么長(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)將會(huì)成為EMI干擾源（諸如電力線(xiàn)/蜂窩idianhua革無(wú)限電波等）的接收天線(xiàn)。而ECI-1的電極和數(shù)據(jù)采集電路之間的導(dǎo)線(xiàn)僅僅只有1英寸，并且進(jìn)入信號(hào)發(fā)射源之前就已經(jīng)準(zhǔn)換成了數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸，其抗干擾能力就相當(dāng)強(qiáng)了。

綜上所述，ECIde特征如下：

l        無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

l        同時(shí)測(cè)量于腐蝕相關(guān)的幾個(gè)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(hào)對(duì)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(cè)量網(wǎng)絡(luò)每個(gè)終端長(zhǎng)連接可達(dá)200英尺

l        系統(tǒng)可以選用太陽(yáng)能電池和可充電電池供電

l        可以通過(guò)混凝土外部的蜂窩式收發(fā)裝置進(jìn)行無(wú)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(gè)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(jī)箱，例如NEMA-4機(jī)箱盒，數(shù)據(jù)采集器與多點(diǎn)串口通訊網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)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(cè)儀，數(shù)據(jù)采集器自身則由當(dāng)?shù)仉娋€(xiàn)或者太陽(yáng)能可充電電池供給?？梢詫?duì)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行編程來(lái)實(shí)現(xiàn)ECI-1的周期性開(kāi)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(duì)應(yīng)儀器的特征號(hào)碼和位置一一對(duì)應(yīng)，這些數(shù)據(jù)就可以在現(xiàn)場(chǎng)下載到漆上型電腦或其它便攜式計(jì)算機(jī)上，此外來(lái)數(shù)據(jù)采集器可以與無(wú)限收發(fā)器或蜂窩式調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，從而實(shí)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(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)儀位置后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理就可以形成整個(gè)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(shí)情況來(lái)確定需要維護(hù)的時(shí)間、地點(diǎn)和方法。通過(guò)獲知混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕速率，就可以預(yù)報(bào)剩余壽命和維修時(shí)間表，就不需要耗時(shí)、費(fèi)力的、破壞性評(píng)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(gè)密封的充電電池。調(diào)制解調(diào)器為COM210，蜂窩為COM100系統(tǒng)。機(jī)箱是ENC12/14（12×14）型的，帶有一個(gè)導(dǎo)管線(xiàn)（圖中右下角所示），上面的兩個(gè)導(dǎo)管線(xiàn)是在安裝過(guò)程中才加上去的。7839單凹槽機(jī)箱底板（見(jiàn)圖中右邊），是用來(lái)固定機(jī)箱的，可以固定在大橋底部，也可以把機(jī)箱固定在一根桿上，圖中沒(méi)有展示的部分有8分貝的引向反射蜂窩式天線(xiàn)（10530COM100 ASP962），天線(xiàn)的電纜（10531COM）和10瓦的太陽(yáng)能電池板（MSX10）。如果筆記本電腦或臺(tái)式機(jī)與數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行通訊的話(huà)，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(hào)轉(zhuǎn)換能夠與PC機(jī)的RS232串口通訊的信號(hào)。

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

3.1系統(tǒng)組成

整套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要組成如下：

l        ECI-1        腐蝕監(jiān)測(cè)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(jī)箱，帶一個(gè)導(dǎo)管

l        單凹槽機(jī)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(xiàn)

l        10531        COM蜂窩天線(xiàn)電纜

l        MSX10       10W太陽(yáng)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(guò)土木結(jié)構(gòu)工程師和腐蝕工程師測(cè)量后確定，ECI-1的安裝不會(huì)影響配筋的布置，通常每100平方英尺埋設(shè)一個(gè)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(duì)監(jiān)測(cè)儀的保護(hù)，同時(shí)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)AWG）標(biāo)準(zhǔn)鍍錫銅線(xiàn)。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(guò)公用導(dǎo)線(xiàn)管進(jìn)入數(shù)據(jù)采集器機(jī)箱。電纜布置的頂部和底部的鋼筋框欄之間，必要時(shí)在有些地方做些固定，如果所需電纜超過(guò)了ECI自帶的10米電纜，可以從VirginiaTechnologies有限公司購(gòu)買(mǎi)電纜和接插件。

建議在混凝土澆筑前覆蓋保護(hù)ECI-1電極系統(tǒng)，但在澆筑時(shí)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(guò)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(jī)械損傷，安裝ECI-1時(shí)應(yīng)該有醒目的標(biāo)志以提醒建筑工人有監(jiān)測(cè)儀的存在。如有可能，在混凝土澆筑時(shí)，ECI-1的位置也應(yīng)該注明，以免澆筑作業(yè)時(shí)振蕩器等工具的直接接觸監(jiān)測(cè)儀。

4.測(cè)試方式和方法（數(shù)據(jù)采集采用人工方式還是自動(dòng)方式，人工方式是否會(huì)影響隧道運(yùn)營(yíng)）？

數(shù)據(jù)采集采用的是自動(dòng)方式。根據(jù)中國(guó)大陸地區(qū)混凝土工程的特點(diǎn)，我公司開(kāi)發(fā)了基于中文Windows平臺(tái)的CMRC鋼筋混凝土腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件，監(jiān)測(cè)軟件由測(cè)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(cè)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(hù)防自己即可以進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等等。

5.如何評(píng)估分析（包括采集哪些數(shù)據(jù)說(shuō)明）？

在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，混凝土中鋼筋的腐蝕監(jiān)測(cè)工作與評(píng)估和分析時(shí)兩個(gè)不同階段的工作，一般腐蝕評(píng)估和分析由專(zhuān)業(yè)腐蝕咨詢(xún)公司承擔(dān)，考慮到國(guó)內(nèi)目前的專(zhuān)業(yè)分工現(xiàn)狀，我公司專(zhuān)門(mén)針對(duì)ECI-1腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一套基于中文Windows平臺(tái)的鋼筋混凝土腐蝕評(píng)估軟件，軟件界面示意圖如圖6所示。評(píng)估軟件設(shè)置了腐蝕單因素趨勢(shì)圖，雙因素腐蝕評(píng)估、瞬時(shí)腐蝕速率計(jì)算、階段時(shí)間內(nèi)鋼筋銹蝕率評(píng)估以及銹蝕鋼筋力學(xué)性能變化評(píng)估等等。

6.監(jiān)測(cè)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(jì)，加之功耗極小，所以對(duì)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(jì)時(shí)，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(jì)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(hù),并且不會(huì)危機(jī)所埋入的混凝土結(jié)構(gòu)的整體性.塑模外殼保護(hù)了監(jiān)測(cè)儀的電子原件免受濕氣和化學(xué)物質(zhì)的侵?jǐn)_,同時(shí)也是電極的堅(jiān)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(qiáng)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(hù)

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

8.0質(zhì)保

  監(jiān)測(cè)儀在埋入混凝土錢(qián)，可以運(yùn)行自檢模式進(jìn)行檢測(cè)，如果自檢失敗，說(shuō)明監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能正常工作。不能工作的監(jiān)測(cè)儀可以退回銷(xiāo)售點(diǎn)進(jìn)行更換。質(zhì)保從監(jiān)測(cè)儀運(yùn)抵用戶(hù)之日起6個(gè)月內(nèi)或者監(jiān)測(cè)儀埋入混凝土之前（二者已先到達(dá)者為準(zhǔn)）有效。

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