基于布里渊光纤传感线圈的钢筋混凝土结构锈蚀监测与评估

Corrosion is the most important factor that leads to reliability deterioration of steel reinforced concrete structures. However，traditional corrosion monitoring techniques confined with some disadvantages, such as, lower reliability, poor anti-interference ability, etc. are not suitable for the corrosion monitoring in long term. In order to resolve this problem, one kind of sensing method using Brillouin optical sensing coiling is proposed to monitor steel corrosion, with the ability of corrosion expansion strain monitoring. Theoretical analysis, model test, numerical simulation and field monitoring are used to research the common issues of optical sensing coiling sensing technique. Damage mechanism is studied from the new way of corrosion expansion. And new kinds of corrosion sensors will be developed, and also the corrosion evaluation methods. Furthermore, corrosion monitoring system integration technique with high reliability will be researched, and the monitoring system will be mounted in the demonstration project. The research works involved in this proposal will provide scientific support for the safe operation of the infrastructure of the protection of large-scale reinforced concrete structure.

钢筋锈蚀是引起钢筋混凝土结构耐久性降低并造成重大损失的最重要影响因素，然而，目前的锈蚀监测技术受到，诸如耐久性差、抗干扰能力差等瓶颈的制约，难以实现对结构钢筋锈蚀的长期监测与评估。针对这一难题，本项目充分利用光纤传感高耐久性、高稳定性等优点，发掘其锈胀应变监测潜力，提出一种基于布里渊分布式光纤传感原理的光纤传感线圈锈蚀监测方法。采用理论分析、模型试验、数值模拟和现场实测等研究手段，研究光纤传感线圈锈蚀监测共性技术，从锈蚀膨胀应变这一新的角度揭示钢筋锈蚀损伤机理，研制新型高耐久性锈蚀传感器，研究基于锈蚀膨胀应变的锈蚀评估方法，实现对钢筋混凝土结构长期的锈蚀监测与评估，发展面向工程应用的高耐久性锈蚀监测系统集成技术，建立锈蚀监测评估系统，并在示范工程中长期综合验证，为保障我国大规模钢筋混凝土结构基础设施的安全运营提供科学支撑。

钢筋锈蚀是引起钢筋混凝土结构耐久性降低并造成重大损失的最重要影响因素，然而，目前的锈蚀监测技术受到，诸如耐久性差、抗干扰能力差等瓶颈的制约，难以实现对结构钢筋锈蚀的长期监测与评估。针对这一难题，本项目充分利用光纤传感高耐久性、高稳定性等优点，发掘其锈胀应变监测潜力，提出一种基于布里渊分布式光纤传感原理的光纤传感线圈锈蚀监测方法。采用理论分析、模型试验、数值模拟和现场实测等研究手段，研究光纤传感线圈锈蚀监测共性技术，从锈蚀膨胀应变这一新的角度揭示钢筋锈蚀损伤机理，研制新型高耐久性锈蚀传感技术。研究基于锈蚀膨胀监测信息的评价方法。同时研制工程实用化技术，在实际工程验证。.本项目开展了系列研究，建立精细锈胀模型，研究锈蚀损伤演化规律，提出钢筋锈蚀膨胀损伤评定因子，实现基于监测结果的寿命预测方法。针对钢筋混凝土结构锈蚀监测的需求，研发三种新型、高耐久性的光纤锈蚀监测传感器，同时发展面向工程应用的高耐久性锈蚀监测系统集成技术，针对光纤布里渊测试成本过高问题，联合开发出基于白光干涉技术的锈蚀监测仪将光纤布里渊的测试技术硬件成本削减80%以上，为技术实用化推广开辟了道路。成果已经应用于深圳大亚湾核电站、辽宁红沿河核电站、广西防城港核电站、大连星海湾跨海大桥4项重大工程。获2013年第十五届中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖。国家973项目“环境友好现代混凝土的基础研究”首席科学家、香港科技大学土木工程系国际知名学者李宗津教授在2015年发表于水泥混凝土领域顶级期刊《cement and concrete research》的综述文章:《Recent durability studies on concrete structure》中高度评价本成果为“国际前沿方法”。