前言

为了保持钢筋混凝土结构的长期使用性能，对缺陷和劣化的检测和监测越来越受到重视。根据钢筋混凝土结构耐久性的预检，钢材腐蚀是结构恶化的主要原因。混凝土中钢筋腐蚀的评价方法一般分为破坏性试验(DT)和无损检测(NDT)。常规DT技术要求对混凝土进行检查。然后，通过重量测量的质量损失，或者通过3D扫描的体积损失或横截面积减少，确定嵌入钢的腐蚀程度。然而，作为最精确的腐蚀测量方法，重力测量的前提是破坏混凝土结构，这限制了它的应用。在这方面，无损检测技术已被广泛用于检测和监控混凝土中钢筋的腐蚀，无论是在早期阶段的常规检查期间，还是在出现损坏后的调查期间。钢的腐蚀涉及电化学反应，因此电化学测量技术在评估钢筋混凝土结构中的钢腐蚀方面发挥着重要作用。

研究内容

浙江工业大学的研究人员初步探讨外部电磁传感器定量评价混凝土中钢筋腐蚀的可行性。电磁传感器测试区域的磁场是通过驱动直流电流通过线圈产生的。为了全面了解电磁传感器的性能，通过数值模拟进行了参数研究，研究了影响磁响应的因素。值得注意的是，不同程度的钢腐蚀是通过外加电流法获得的。虽然在真实的钢筋混凝土结构中可能不是这种情况，在真实的钢筋混凝土结构中，嵌入的钢会受到不均匀的腐蚀，特别是在含氯化物的环境中。在对外部电磁传感器的可行性进行初步调查后，将对其在实验室和现场测量的自然非均匀钢腐蚀中的应用进行进一步研究。

实验方法

研究中开发的电磁传感器的测试表面被设计成倾斜的，其目的是通过将设备从外部定位在混凝土结构上来评估嵌入钢的腐蚀，特别是对于混凝土梁和柱中的主要钢筋。在这方面，电磁传感器的倾斜表面可以直接接触混凝土结构的表面，与正常表面相比，减少了测试区域中的空气场。测试区域空气场的减小会导致更高的磁通量密度，这反过来会增加电磁传感器的灵敏度。一旦发生腐蚀，由于钢的质量损失或横截面积减少而引起的磁性变化会改变通过测试表面上霍尔效应传感器的磁通量。因此，霍尔效应传感器的输出电压相应地改变。每个输出电压下相应的磁通密度可以通过连接高斯计获得。厚度为10毫米的硅钢用于制备电磁传感器。为了防止实验中硅钢的腐蚀，在硅钢表面涂上一层锌。通过线圈的驱动轴颈预检测直流电流为1 A。使用高斯计通过霍尔效应传感器测量测试区域的磁通量密度。

外部电磁传感器示意图。

加速腐蚀试验装置示意图。

通过电磁传感器测量磁通量密度。

结论

研究人员研制了一种具有倾斜测试表面的外部电磁传感器，用于定量测量混凝土中钢筋的腐蚀。考虑到测试表面的倾斜度，电磁传感器可以安装在混凝土结构的外部，与具有正常表面的传感器相比，减少了测试区域表面之间的空气场。采用加速腐蚀法获得了混凝土试件中不同腐蚀程度的钢筋。在霍尔效应传感器的基础上，用高斯计测量磁通密度。无论是从实验结果还是通过数值模拟进行的理论计算来看，磁通密度的变化对估算钢的质量损失都有很好的准确性。通过数值模拟研究了钢筋的尺寸和位置、电磁传感器测试表面之间的距离以及磁场强度的大小对测量结果的影响。

https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112371。