ECI-1埋入式钢筋混凝土的腐蚀检测系统 (产地：美国) ECI-1

ECI-1埋入式钢筋混凝土的腐蚀检测系统 (产地：美国)

1、技术背景

公共设施如桥梁和大坝等工程造价巨大,需花费数百万乃至上亿美元,并延续数年时间.仅在美国,每年维修联邦大桥腐蚀破坏的费用就高达500多亿美元.这些混凝土结构不仅在商业上很重要,而且与人民的生活水平息息相关.据估计,世界上钢筋混凝土维修价格按暴露面积计算,平均为200美元/平方米,这些混凝土结构由于过早的或未能预料到的腐蚀失效通常会造成时间、财长甚至生命的灾难性损失。由于腐蚀导致混凝土结构过早的维修和失效，其代价昂贵，因此迫切需要有整套的、现场的无损检测系统（NDE）。这些NDE系统根据混凝土结构内的腐蚀条件变化可以给出必要的信息，以便于及时有效的实施维修。

基于无损检测的BCI-1检测系统已经广泛应用于在建的或已运营的商业和公共建筑上。这些建筑包括：高层建筑，车库，桥梁，大坝，泄洪道，拍洪渠，码头，高塔以及腐蚀防护装置，但不仅仅局限于此。在混凝土建造过程忠，工程技术人员通过检测于腐蚀相关的重要参数，可以及早的发现问题，例如在浇筑混凝土时错误的使用含氯离子的海水或污水。并且在混凝土的养护（熟化）过程中，可以监测混凝土内部的湿度和温度，从而确保混凝土的*大强度。在混凝土建完成后，ECI-1可以长期的监测混凝土的腐蚀状态。

2、整个系统的原理

2.1、系统的基本原理

ECI-1是一种基于无损检测（NDE）的埋入式腐蚀监测仪。它能够长期监测钢筋腐蚀的一些重要参数，包括线性极化电阻（LPR）、开路电位（OCP），电阻率、氯离子浓度（【cl】）和温度。每一只ECI-1就是一个数字终端，它连接在局部区域埋设的监测网络上。监测系统与混凝土外部的数据采集器之间的数据通讯采用SDI-12工业标准协议。储存在数据采集器中的数据既可以在现场直接下载到便携式电脑中也可以通过远程无线通讯。

ECI-1内部的单片机通过数一模（DAC）和模一数（ADC）转换器调节和依次控制每个传感器进行测量并采集数据。单片机还承担了腐蚀测量所有必需的计算。数据可以存储在ECI-1板载的固件内存里可通过网络直接传送。所有至校准和探头位置的测量数据以及一一对应的地址都储存载板载的内存里，单片机可设置不同的系统部件载节能或休眠模式下运行，为低功耗的远程操作（电池供电，太阳能）提供电源管理和控制。通常ECI-1用来监测混凝土结构内的钢筋的腐蚀。监测仪在混凝土浇筑之前安装。放置ECI-1使其电极面朝上，并与顶端的钢筋持平，这样的定位放置确保了ECI-1的传感电极与将要监测的钢筋处在同样的环境和腐蚀条件下。

2.2、与传统方法的对比

在ECI-1出现之前，钢筋混凝土的结构的腐蚀监测曾采用放置埋入式探头。探头测量的模拟信号由混凝土外部的电子设备读数，由于这些探头上产生的信号微弱，而且收到附件的电磁干扰（EMI）源如电力线、无线电、蜂窝电话等的影响，因此导线的长度必然收到限制。

为了克服上述缺点和局限，VTI公司研制出了一种全埋入式、非破坏性的腐蚀监制“仪器”，它融合了所有腐蚀测量需要的电极和进行信号处理的电子元件。ECI-1方法说断了微弱的模拟信号与信号处理电子元件间的连线（大约1英寸）。缩短模拟信号的导线可以得到更高的信噪比，重现性好/读书更准确。ECI-1与其他仪器以及混凝土外部的数据采集器之间的通讯采用数字的通信协议，对附近的EMI源具有很强的抗干扰能力。

2.3、ECI-1的优点

ECI-1埋入式腐蚀监测仪把五种传感器集成在一个坚固小盒内。在混凝土浇筑过程中，整个系统很容易安装和放置在建筑物的任何部位。仪器采用模块化和独特的可寻址设计，同样适合安装在特殊结构的混凝土中，由于ECI的模拟线路极短，因此在市场上其它腐蚀探头相比，它对EMI的敏感性较小，很多埋入式腐蚀监测系统使用混凝土外部的电路激励埋入地探讨并测量其响应信号。通常这样测量需要10米或更长的导线，如此以来，这么长的导线将会成为EMI干扰源（诸如电力线/蜂窝idianhua革无限电波等）的接收天线。而ECI-1的电极和数据采集电路之间的导线仅仅只有1英寸，并且进入信号发射源之前就已经准换成了数字信号。数据通过数字网络传输，其抗干扰能力就相当强了。

综上所述，ECIde特征如下：

*  无损检测技术

*  同时测量于腐蚀相关的几个*重要参数

*  包含了所有必需的电极和电路元件

*  作为数字网络的终端装置

*  数字信号对附近的EMI源有抗干扰能力

*  采用SDI-12工业标准协议

*  测量网络每个终端*长连接可达200英尺

*  系统可以选用太阳能电池和可充电电池供电

*  可以通过混凝土外部的蜂窝式收发装置进行无限远程通讯

2.4、数据采集系统

本铲平的数据收集系统是一个数据采集器，安装在混凝土的外部，其外壳采用抗环境干扰的机箱，例如NEMA-4机箱盒，数据采集器与多点串口通讯网络线路相连。数据采集器给SDI-12通讯网路供电然后再供给所有与之相连的监测仪，数据采集器自身则由当地电线或者太阳能可充电电池供给。可以对数据采集器进行编程来实现ECI-1的周期性开启以及发出收集和发送数据指令，然后，数据采集器可以把返回的腐蚀数据与对应仪器的特征号码和位置一一对应，这些数据就可以在现场下载到漆上型电脑或其它便携式计算机上，此外来数据采集器可以与无限收发器或蜂窝式电话调制解调器进行数据交互，从而实现远程数据采集和操作。当采集到数据和对应监测仪位置后，经过数据处理就可以形成整个混凝土结构的“腐蚀轮廓图”。利用这些信息就可以根据混凝土结构的现现实情况来确定需要维护的时间、地点和方法。通过获知混凝土结构的腐蚀速率，就可以预测剩余寿命和维修时间表，就不需要耗时、费力的、破坏性评估方法了，数据采集系统的标准配置如图2所示。

数据采集器采用的是128K内存的CR510型，电源死PS12LA，带有充电和整流的功能以及附带一个密封的充电电池。调制解调器为COM210，蜂窝电话为COM100系统。机箱是ENC12/14（12×14）型的，带有一个导管线（图中右下角所示），上面的两个导管线是在安装过程中才加上去的。7839单凹槽机箱底板（见图中右边），是用来固定机箱的，可以固定在大桥底部，也可以把机箱固定在一根杆上，图中没有展示的部分有8分贝的引向反射蜂窝式电话天线（10530COM100 ASP962），天线的电缆（10531COM）和10瓦的太阳能电池板（MSX10）。如果笔记本电脑或台式机与数据采集器进行通讯的话，还需要有SC32A型光电隔离接口，式Canpbell公司的一款非标的9针接口，它把TTL电平信号转换能够与PC机的RS232串口通讯的信号。

3、系统主要组成及监测系统具体布置方式（包括是否对配筋产生影响、如何分布？）

3.1、系统组成

整套监测系统主要组成如下：

*  ECI-1：腐蚀监测仪

*  CR150：基础型数据采集器，带有128K内存

*  ENC 12/14：12×14防水机箱，带一个导管

*  单凹槽机箱地板

*  SC32A：9针转25针RS232数据通讯设备接口

*  PS12LA：12V供电电源，带有充电和整流功能以及充电电池远程数据通讯系统是可选配件，主要包括：

*  COM210：电话调制解调器

*  COM100：蜂窝式电话

*  10530：COM100ASP9628分贝，引向反射蜂窝式电话天线

*  10531：COM蜂窝电话天线电缆

*  MSX10：10W太阳能电池板

3.2、安装

BEI-1系统安装在混凝土的关键部位和容易腐蚀的地方，这些地方必须经过土木结构工程师和腐蚀工程师测量后确定，ECI-1的安装不会影响配筋的布置，通常每100平方英尺埋设一个ECI-1，但是美在用以积水或盐分较多的区域以及腐蚀条件较苛刻的位置，都应该增设ECI-1。图3是如何把ECI-1安装在支撑钢筋上的示意图，支撑钢筋提供了对监测仪的保护，同时这种安装方法还把ECI-1的工作电极定位安置在与顶部的钢筋相适应的、恰当的高度上。

把支撑钢筋捆绑到**的位置，安装ECI-1用的电缆采用氟化乙丙烯橡胶绝缘包裹的三芯22＃（美国标准AWG）标准镀锡铜线。每一条ECI-1电缆必须连接到数据采集器上，呈星型固定电缆，所有电缆要通过公用导线管进入数据采集器机箱。电缆布置的顶部和底部的钢筋框栏之间，必要时在有些地方做些固定，如果所需电缆超过了ECI自带的10米电缆，可以从VirginiaTechnologies有限公司购买电缆和接插件。

建议在混凝土浇筑前覆盖保护ECI-1电极系统，但在浇筑时必须取掉覆盖物，参与电极的帽子应该到浇筑之前才能取下。

安装过程中应小心以避免接触和污染电极。为了防止混凝土浇筑前的机械损伤，安装ECI-1时应该有醒目的标志以提醒建筑工人有监测仪的存在。如有可能，在混凝土浇筑时，ECI-1的位置也应该注明，以免浇筑作业时振荡器等工具的直接接触监测仪。

4、测试方式和方法（数据采集采用人工方式还是自动方式，人工方式是否会影响隧道运营）？

数据采集采用的是自动方式。根据中国大陆地区混凝土工程的特点，我公司开发了基于中文Windows平台的CMRC钢筋混凝土腐蚀监测系统软件，监测软件由测量设置、数据浏览、数据分析、外接程序、帮助等五大部分组成。其中测量设置包括通讯设置、电极参数等：数据分析包括文本查看、数据查看、数据图标等

利用监制软件，用户防自己即可以进行腐蚀监测系统的日程管理，并且更加方便地收集数据、查看历史数据和浏览实时数据等等。

5、如何评估分析（包括采集哪些数据说明）？

在欧美发达国家，混凝土中钢筋的腐蚀监测工作与评估和分析时两个不同阶段的工作，一般腐蚀评估和分析由专业腐蚀咨询公司承担，考虑到国内目前的专业分工现状，我公司专门针对ECI-1腐蚀监测系统开发了一套基于中文Windows平台的钢筋混凝土腐蚀评估软件，软件界面示意图如图6所示。评估软件设置了腐蚀单因素趋势图，双因素腐蚀评估、瞬时腐蚀速率计算、阶段时间内钢筋锈蚀率评估以及锈蚀钢筋力学性能变化评估等等。

6、监测系统本体大致使用年限？

ECI是**性的，由于有特殊的防水和抗压设计，加之功耗极小，所以对防腐水平很好的混凝土而言，其使用寿命是伴随混凝土的全寿期的，理��如下：

在设计时，ECI的电极寿命高于或等于混凝土中的钢筋，如果钢筋混凝土的防腐效果好，则ECI的使用索命将至少等于钢筋的使用年限：反之如果腐蚀环境恶劣，混凝土中钢筋腐蚀就快，同样ECI上的研究电极消耗也快，这将警示混凝土结构的业主或管理者改善混凝土的防腐措施。

BEI-1的外壳设计为埋入的电极和电子元件提供了环境和结构上的保护，并且不会危机所埋入的混凝土结构的整体性.塑模外壳保护了监测仪的电子原件免受湿气和化学物质的侵扰，同时也是电极的坚硬底座。ECI-1的内部用了一种柔韧防水以及耐化学品性的化合物填料，它加强了电子元件的防水和防化学性，并缓冲了外壳上的压力。

7、保存与维护

BCI-1应该存放于40F-90F、避免阳关直射的干燥处。参比电极帽下的海绵需要没三个月用蒸馏水浸湿，以免电解液蒸发掉。

8、质保

监测仪在埋入混凝土钱，可以运行自检模式进行检测，如果自检失败，说明监测系统不能正常工作。不能工作的监测仪可以退回销售点进行更换。质保从监测仪运抵用户之日起6个月内或者监测仪埋入混凝土之前（二者已先到达者为准）有效。