检测在役电杆混凝土碳化和氯离子渗透深度的仪器和方法

摘要

本发明公开了一种检测在役电杆混凝土碳化和氯离子渗透深度的仪器和方法，仪器包括成像装置、摄像装置和操作装置，成像装置包括凸透镜和固定凸透镜的支架，摄像装置包括摄像头、LED灯，操作装置包括控制器、显示屏和键盘；其中，凸透镜固定在支架上，支架通过不锈钢杆连接摄像装置，摄像头位于摄像装置一侧的圆周中心，LED灯圆周均匀分布于摄像头周围，摄像装置通过视频线与控制器连接，控制器设置于一个壳体内，显示屏、键盘设置于壳体表面，且均与控制器连接。本发明方法克服已有的在役钢筋混凝土电杆碳化深度和氯离子渗透深度检测方法的局限性，保护电杆的继续服役能力、适应野外现场检测的特殊性。

说明书

技术领域

本发明涉及在役输电线路钢筋混凝土电杆损伤评估和修复技术领域，尤其涉及一种检测 在役电杆混凝土碳化和氯离子渗透深度的仪器和方法。

背景技术

在役电杆混凝土的碳化是一个物理和化学作用同时进行的过程，具体来说，空气中的二 氧化碳通过混凝土表面毛细孔溶入孔溶液中形成碳酸，碳酸与硬化水泥浆体中的Ca(OH)₂等 作用形成碳酸钙。电杆混凝土的碳化在一定程度上类似于混凝土脱水过程，碳化产物CaCO₃等堵塞水泥石孔隙，使水泥石密实度提高；但对于在役钢筋混凝土电杆来说，碳化过程使混 凝土中的pH值降低，从而导致钢筋表面钝化膜失钝，诱发钢筋生锈。

氯离子同样是引起在役电杆钢筋锈蚀的重要原因之一，来自于骨料、外加剂等混凝土原 料或沿海环境中的盐雾等。在潮湿的环境中，Cl^-作为一种极强的阳性活化剂，与Fe²⁺结合形 成易溶的FeCl₂(即绿锈)，绿锈从钢筋阳极区向含氧量高的混凝土孔隙液中迁移，分解为 Fe(OH)₂(即褐锈)，褐锈沉积于阳极区周围，同时放出H⁺和Cl^-，降低了混凝土的碱性，从而 进一步促进铁的阳极氧化速度，促进了电化学腐蚀。氯离子对钢筋的腐蚀作用一旦发生，就 会持续地进行下去，由此可见，其危害性是相当巨大的。

碳化和氯离子可以诱发钢筋锈蚀，而锈蚀的发生使钢筋断面受损，降低钢筋的力学性能， 特别是处于高应力状态下的高强预应力钢筋，腐蚀敏感性更高，可能发生突然断裂。因此， 及时检测钢筋混凝土电杆的碳化深度和氯离子渗透深度，对钢筋混凝土电杆的健康状态作出 评价，为电力部门及时作出决策提供参考依据，对制定相应的技术方案和采取相应的修复措 施具有重要意义，以便更好地保证电力系统的正常运行。

现阶段，钢筋混凝土电杆中混凝土的碳化深度和氯离子渗透深度检测，采用一般钢筋混 凝土结构碳化深度和氯离子渗透深度检测的方法。

电杆混凝土碳化深度的检测方法为：测定时用冲击钻或钢钎打孔，测孔直径在15mm左 右，以能清楚地分辨碳化深度为准，碳化深度小时孔径直径可以小一点，反之亦然。当混凝 土碳化深度较大时，可以分段打孔，逐级测量以减小测量误差。孔打好后用洗耳球吹净孔内 粉尘，向测孔内壁的边缘处喷射质量百分比为1%酚酞酒精溶液，约15min以后，再用深度 测量工具测量已碳化混凝土（表面不变色）与未碳化混凝土（表面呈紫红色）交界面到混凝 土表面的垂直距离多次，取其平均值，该距离即为该测孔混凝土的碳化深度。

电杆混凝土氯离子渗透深度的检测方法与碳化深度的检测方法相同，只是原理不同。混 凝土中氯离子渗透深度的检测原理是，将0.1N硝酸银溶液喷洒到混凝土上，在含有氯离子的 区域，氯离子与硝酸银反应生成白色的氯化银沉淀；在没有氯离子的区域，硝酸银和氢氧根 离子反应生成氢氧化银并分解为氧化银，形成棕色的沉淀。白色和棕色两种颜色的反差形成 一个分界线，从而可测出氯离子的渗透深度。

该方法虽然能测得电杆混凝土碳化深度和氯离子渗透深度，但需要在在役电杆上打直径 为15cm的测孔，属于有损检测，影响电杆的继续服役能力；需要用测量工具（常用游标卡 尺）伸进孔内测量颜色分界线到混凝土表面的垂直距离，操作上存在困难，且不易看清分界 线造成读数误差；碳化深度有的时候只有几毫米甚至不到1毫米，用测量工具读数时误差较 大。

目前，该方法主要应用于废弃电杆碳化深度和氯离子渗透深度的测量，若需要检测在役 电杆的这两项指标，一般选取与待检测电杆同批次同服役环境同服役时间的废弃电杆进行检 测，将检测结果作为待检测电杆的检测结果。一方面，寻找与待检测电杆同批次同服役环境 同服役时间的废弃电杆，存在一定的困难；另一方面，实际工程中，往往选择近似满足条件 的废弃电杆进行检测，将检测结果作为待检测电杆的检测结果，但每根电杆的实际服役损伤 是不一样的，检测结果会存在一定的误差。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种在役钢筋混凝土电杆碳化和氯离子渗透 深度检测仪器和方法，该仪器具有结构简单、操作方便、检测迅速、测试精度高、实用性强 等优点；该方法对在役电杆破坏很小，且立刻进行修补，对电杆的继续服役能力几乎无影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种检测在役电杆混凝土碳化和氯离子渗透深度的仪器，包括成像装置、摄像装置和操 作装置，成像装置包括凸透镜和固定凸透镜的支架，摄像装置包括摄像头、LED灯，操作装 置包括显示屏、键盘和控制器；其中，凸透镜固定在支架上，支架通过不锈钢杆连接摄像装 置，LED灯圆周均匀分布于摄像头周围，摄像装置通过视频线与控制器连接，控制器设置于 一个壳体内，显示屏、键盘设置于壳体表面，且均与控制器连接。

所述凸透镜直径为6mm，放大倍数为10，凸透镜上刻有刻度，精确到0.01mm。

所述凸透镜支架为不锈钢材质，固定凸透镜，且角度自由调节。

所述摄像装置直径8mm，包括摄像头和LED灯，摄像头边缘处装有LED灯，中间是分 辨率达45万像素的防水摄像头，用于传输凸透镜上所成的碳化区域或氯离子渗透区域的像， 传输给操作装置；采用防刮防油污的玻璃壳，精密模具注塑成型。

所述LED灯为6个，用于根据空洞亮度调节敏感度，确保摄像头能采集到清晰的图像。

一种采用上述检测仪器的使用方法，具体包括以下步骤：

（1）制定技术方案：了解检测区域电杆的情况，选定已经服役多年且必须进行碳化深度 和氯离子渗透深度检测的电杆作为研究对象，并制定相应的技术方案；

（2）选择测区：根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》，对于长度不小于3m的 混凝土构件，其测区不少于10个，碳化深度的测定位置数应不少于测区数的30%，即总的 不少于3个测区；针对待测在役电杆，最少选定3个测区来检测混凝土碳化深度和氯离子渗 透深度；

（3）选择测点；

（4）开凿测孔：用冲击钻或钢钎打孔，测孔直径为5-10mm，在役电杆的碳化深度和氯 离子渗透深度小于6mm，可直接打孔测量；当碳化深度和氯离子渗透深度大于6mm时，可 以分段打孔，逐级测量以减小测量误差；

（5）碳化深度和氯离子渗透深度测定；

（6）修补测孔；

（7）放置仪器：使用完毕后，将在役电杆混凝土碳化深度和氯离子渗透深度检测仪器关 闭电源，放置在仪器盒内；相应的修补用具及时用丙酮清洗，晾干后放置到工具盒；

（8）实验室处理数据：分析对比同根电杆不同测区检测的数值，在可变误差范围内，取 检测数值的平均值作为该根电杆碳化深度和氯离子渗透深度的最后结果；如果不同测区的数 值相差超过可变误差范围内，分析造成碳化深度和氯离子渗透深度不同的原因；根据分析结 果，编写检测报告，并制定相应的修复方案。

所述步骤（3）中，具体方法为：在选择测点的时候，一方面要考虑碳化深度和氯离子渗 透深度测量的准确性；另一方面要考虑避开钢筋位置：

（a）由于钢筋混凝土电杆生产时采用离心成型，表面石子和水泥浆体分布不均匀，应选 择水泥浆或砂浆面积大的部位作为检测点，从而减小混凝土破坏面，提高测量准确性；

（b）在检测碳化深度和氯离子渗透深度前，用钢筋检测仪确定测区内钢筋位置，在选择 测点时，取相邻两根钢筋的中间位置。

所述步骤（5）中，具体步骤如下：

（i）碳化深度的测定：测孔打好后用洗耳球吹净孔内粉尘，向测孔内壁的边缘处喷射质 量百分比为1%酚酞酒精溶液，10-20min以后，按照在役电杆混凝土碳化深度和氯离子渗透 深度检测仪器的使用方法进行操作；

（ii）氯离子渗透深度的测定：在混凝土表面钻孔后，用注射器在测孔内壁的边缘处喷洒 0.1N AgNO₃溶液，10-20min以后，按照在役电杆混凝土碳化深度和氯离子渗透深度检测仪 器的使用方法进行操作。

所述步骤（6）中，其具体步骤为：

（1）用毛刷和洗耳球清除测孔和表面的浮灰，用修补胶掺加不超过修补胶重量的干燥 的砂子配成修补砂浆，用油灰刀将修补砂浆嵌填到测孔，保证修补砂浆与老混凝土良好粘结；

（2）填满压实后，将钢尺弯曲成与电杆表面相似圆弧形，将修补砂浆表面刮成圆弧形； 修补完成后，用80mm或更宽的透明胶带固定修补层，待修补材料固化后，可视情况撕去透 明胶带。

所述步骤（5）中的在役电杆混凝土碳化深度和氯离子渗透深度检测仪器的使用方法，具 体步骤如下：

（I）准备工作：将仪器从仪器盒中取出，打开电源；在仪器上设置测区和测点序号；

（II）调整凸透镜支架与水平方向的角度，确定凸透镜的成像角度；

（III）测孔打好后，用洗耳球吹净孔内粉尘，向测孔内壁的边缘处喷射质量百分比为1% 酚酞酒精溶液或0.1N AgNO₃溶液，10-20min以后，将凸透镜部分伸入测孔，通过键盘上的 开关将摄像头上的LED灯打开，将摄像头一边靠近测孔一边在显示屏观看凸透镜的成像，调 整凸透镜的伸入深度，直到碳化区域或者氯离子渗透区域全部反射到凸透镜内为止；

（IV）调整LED灯的亮度，直到摄像头采集到清晰的凸透镜成像，即在显示屏中看到清 晰的放大的碳化区域和氯离子渗透深度区域的图像及清晰的刻度，保存图像；

（V）读出碳化深度和氯离子深度，并记录，多次读数，求平均值作为最后结果；

（VI）检测其他测点，重复步骤II-V步。

所述步骤（III）中，喷洒质量百分比为1%酚酞酒精溶液后，已碳化混凝土的表面不变 色，而未碳化混凝土的表面呈紫红色；喷洒0.1N AgNO₃溶液后，氯离子渗透的区域呈白色， 未被氯离子渗透的区域呈棕色。

本发明的有益效果为：

1、适合任意在役钢筋混凝土电杆结构及使用环境条件的特殊性，对电杆损伤最小化；

2、凸透镜成像装置，放大10倍，并且带有刻度，能够将碳化区域或氯离子渗透区域直 接反射到凸透镜上，并且放大10倍后，变色边界清晰且便于读数，减少边界分辨和测量尺放 置与读数带来的误差；

3、检测仪器配有外置可充电池，便携式高清晰彩色液晶显示器，极大的方便了户外长时 间的使用，并可配专用视频采集卡进行实时抓拍，一键便能实现；可与监视器或显示器连接， 实时高清晰显示检测图像；

4、提出用摄像头反射孔洞内部情况的方法，LED灯保证了空洞内部的光线，使采集到的 视频图像明亮，显示图像清晰、色泽逼真、分辨率高；

5、测量造成的破坏小，并且及时修复，避免了常规检测方法对在役电杆继续服役能力造 成威胁的问题。

附图说明

图1为本发明现场操作示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明成像装置和摄像装置示意图；

图4为本发明摄像装置侧视图；

图5为本发明检测区域成像示意图。

其中：1、土地；2、电杆；3、检测仪器；4、凸透镜；5、支架；6、摄像装置；7、不 锈钢杆；8、显示屏；9、键盘；10、控制器；11、视频线；12、LED灯；13、摄像头；14、 反射光线；15、测孔。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图3所示，一种检测在役电杆混凝土碳化和氯离子渗透深度的仪器，包 括成像装置、摄像装置6和操作装置，成像装置包括凸透镜4和固定凸透镜4的支架5，摄 像装置6包括摄像头13、LED灯12，操作装置包括显示屏8、键盘9和控制器10；其中， 凸透镜4固定在支架5上，支架5通过不锈钢杆7连接摄像装置6，摄像头13位于摄像装置 6一侧的中心，LED灯12圆周均匀分布于摄像头13周围，摄像装置6通过视频线11与控 制器10连接，控制器10设置于一个壳体内，显示屏8、键盘9设置于壳体表面，且均与控 制器10连接，电杆2埋置在土地1中。

凸透镜4直径为6mm，放大倍数为10，凸透镜4上刻有刻度，精确到0.01mm。

支架5为不锈钢材质，固定凸透镜4，且角度自由调节。

如图4所示，摄像装置6直径8mm，摄像头13位于摄像装置6一侧的中心，LED灯 12圆周均匀分布于摄像头13周围，中间是分辨率达45万像素的防水摄像头13，用于传输 凸透镜4上所成的碳化区域或氯离子区域的像，传输给操作装置；采用防刮防油污的玻璃壳， 精密模具注塑成型。

LED灯12为6个，用于根据测孔15亮度调节敏感度，确保摄像头13能采集到清晰的 图像。

如图5所示，在役电杆2混凝土碳化和氯离子渗透深度检测仪器的使用方法，具体步骤 如下：

（I）准备工作：将检测仪器3从仪器盒中取出，打开电源；在检测仪器3上设置测区和 测点序号；

（II）调整凸透镜支架5与水平方向的角度，确定凸透镜4的成像角度；

（III）测孔15打好后，用洗耳球吹净孔内粉尘，向测孔15内壁的边缘处喷射质量百分 比为1%的酚酞酒精溶液或0.1N AgNO₃溶液，10-20min以后，将凸透镜1伸入测孔15，通 过键盘9上的开关将摄像装置6上的LED灯打开，手控摄像装置6一边靠近测孔15一边在 显示屏8观看凸透镜4的成像，调整凸透镜4的伸入深度，直到碳化区域或者氯离子渗透区 域全部反射到凸透镜4内为止；碳化深度检测时，喷洒质量百分比为1%酚酞酒精溶液后， 已碳化混凝土的表面不变色，而未碳化混凝土的表面呈紫红色；氯离子渗透深度检测时，喷 洒0.1N AgNO₃溶液后，氯离子渗透的区域呈白色，未被氯离子渗透的区域呈棕色；

（IV）调整LED灯12的亮度，直到摄像装置6能采集到清晰的凸透镜4成像，即在显 示屏8中看到清晰的放大的碳化区域和氯离子渗透深度区域的图像及清晰的刻度，保存图像；

（V）读出碳化深度和氯离子深度，并记录，多次读数求平均值作为最后结果；

（VI）检测其他测点，重复步骤II-V步。

一种采用上述检测仪器的使用方法，具体包括以下步骤：

（1）制定技术方案：了解检测区域电杆2的情况，选定已经服役多年且必须进行碳化深 度和氯离子渗透深度检测的电杆2作为研究对象，并制定相应的技术方案；

（2）选择测区：根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》，对于长度不小于3m的 混凝土构件，其测区不少于10个，碳化深度的测定位置数应不少于测区数的30%，即总的 不少于3个测区；针对待测在役电杆2，最少选定3个测区来检测混凝土碳化深度和氯离子 渗透深度；

（3）选择测点：在选择测点的时候，一方面要考虑碳化深度和氯离子渗透深度测量的准 确性；另一方面要考虑避开钢筋位置：

（a）由于钢筋混凝土电杆生产时采用离心成型，表面石子和水泥浆体分布不均匀，应选 择水泥浆或砂浆面积大的部位作为检测点，从而减小混凝土破坏面，提高测量准确性；

（b）在检测碳化深度和氯离子渗透深度前，用钢筋检测仪确定测区内钢筋位置，在选择 测点时，尽量选取相邻两根钢筋的中间位置；

（4）开凿测孔：用冲击钻或钢钎打孔，测孔15直径为5-10mm，在役电杆的碳化深度 和氯离子渗透深度小于6mm，可直接打孔测量；当碳化深度和氯离子渗透深度大于6mm时， 可以分段打孔，逐级测量以减小测量误差；

（5）碳化深度和氯离子渗透深度测定：

（i）碳化深度的测定：测孔15打好后用洗耳球吹净孔内粉尘，向测孔15内壁的边缘处 喷射质量百分比为1%酚酞酒精溶液，10-20min以后，按照在役电杆2混凝土碳化深度和氯 离子渗透深度检测仪器3的使用方法进行操作；

（ii）氯离子渗透深度的测定：在混凝土表面钻孔后，用注射器在测孔内壁的边缘处喷洒 0.1N AgNO₃溶液，10-20min以后，按照在役电杆混凝土碳化和氯离子渗透深度检测仪器3 的使用方法进行操作；

（6）修补测孔：

（i）用毛刷和洗耳球清除测孔15和表面的浮灰，用修补胶掺加不超过修补胶重量的干燥 的砂子配成修补砂浆，用油灰刀将修补砂浆嵌填到测孔15，保证修补砂浆与老混凝土良好粘 结；

（ii）填满压实后，将钢尺弯曲成与电杆2表面相似圆弧形，将修补砂浆表面刮成圆弧形； 修补完成后，用80mm或更宽的透明胶带固定修补层，待修补材料固化后，可视情况撕去透 明胶带；

（7）放置仪器：使用完毕后，将在役电杆混凝土碳化深度和氯离子渗透深度检测仪器关 闭电源，放置在仪器盒内；相应的修补用具及时用丙酮清洗，晾干后放置到工具盒；

（8）实验室处理数据：分析对比同根电杆不同测区检测的数值，在可变误差范围内，取 平均值作为该根电杆碳化深度和氯离子渗透深度的最后结果；如果不同测区的数值相差超过 可变误差范围内，分析造成碳化深度和氯离子渗透深度不同的原因；根据分析结果，编写检 测报告，并制定相应的修复方案。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。