CN108474777A - 评估氯化物浓度的***和相应方法及传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于评估在例如钢筋混凝土结构的多孔或复合材料的一个预定区域的氯化物浓度的***，包括嵌入在材料的预定区域中的传感器(1)，连接至传感器的分析仪(2)，以及连接至分析仪的处理模块(4)。传感器(1)包括两个面对的或共面的电极(11)，称为电极，中间层(13)布置在电极之间，所述中间层与结构的预定区域的材料接触并且包括铝酸钙。分析仪(2)被配置为在电极之间施加交流电并且输出中间层的阻抗值或电容值。处理模块(4)被配置为基于由分析仪输出的阻抗值或电容值计算材料的预定区域中的氯化物浓度评估。
Description
技术领域
本发明总体关于材料耐久性领域，并更具体地关于多孔或复合材料中(例如钢筋混凝土、预应力混凝土或钢-混凝土混合结构)的氯浓度的评估。本发明特别地关于评估在多空或复合材料的预定区域内的氯化物浓度的***和方法，以及该***和方法使用的传感器。
背景技术
氯离子侵蚀是影响结构可用性和安全性的钢筋混凝土(RC)劣化的主要原因之一。氯离子是在钢筋表面腐蚀过程的促进剂，降低结构的寿命。对于其他材料，检测到氯离子是海水防水性或材料耐久性的指示物。
氯化物诱发的腐蚀在钢筋上的氯化物浓度到达破坏惰性防护物薄层(由混凝土在施工结束时的强碱性导致)的阈值时开始，该防护物保护钢筋免于腐蚀。在服饰开始后，存在由各种机理导致的未成熟的劣化：辅助区域缺失、钢-混凝土结合的缺失、混凝土开裂和分层等。在钢腐蚀开始后，钢筋混凝土的物理和机械性能以依环境条件的速度衰退。此衰退过程产生更大的维修和维护成本，对耐久性和生命周期的性能产生严重影响。
在水泥覆盖部的氯化物内容检测可被用于估测腐蚀开始的风险，从而用于优化维修和维护成本。
氯离子侵蚀进入混凝土的现象非常复杂，因为它基于多个变量，尤其是混凝土构成、其开裂状态和其暴露的气候。
在过去的30年里，测量氯化物的不同技术被研发，其中一些是破坏性或侵入性的，其他的为非破坏性。其中一些甚至能原地应用。这些最新的技术是维护和预测钢筋混凝土耐久性的所需技术。
最常见的技术是电视测定法和伏尔哈德法(Volhard method)。其测量从使用的结构中抽出的混凝土核中的自由和总氯化物。然而，这些技术大多有半破坏性、耗时且昂贵。而且，这些技术的破坏性的性质导致额外的间接成本，如交通阻塞、交通管理、道路封闭和生产率丧失，其进一步增加了成本。此外，破坏性的性质使得不可能测量在场所的同一位置的，或在实验室里的统一样本的变化。
也存在非破坏性技术(Non-destructive techniques，NDT)。它们指不改变环境和进行测量的材料未来的可用性的方法。这些技术例如对外部或嵌入式设备适用。经过最多研究开发的通常技术可以被分为下述三类：
(i)离子选择性电极(ion selective electrodes，ISE)，
(ii)阻抗(electrical resistivity，ER)，以及
(iii)光纤传感器(optical fiber sensor，OFS)。
这三种非破坏性技术在"Non-destructive methods for measuring chlorideingress into concrete:Sate-5of-the-art and future challenges"，M.Torres-Luque，E.Bastidas-Arteaga，F.Schoefs，M.Sanchez-Silva，J.F.Osma，Construction andBuilding Material，Volume 68，pp 68-81，2014中被阐述。
ISE、ER和OFS显示了一些优势：ISE在侵略性环境中显示了良好的化学稳定性，ER对氯化物的存在敏感，OFS显示了比其他方法更好的对氯化物的敏感性。然而，存在一些尚未被解决的问题。例如，这三种方法中的多数对混凝土结构内的条件非常敏感(例如，温度、相对湿度、pH变化)，其中一些需要仔细的校准过程。
更具体地，ISE对电极的位置、碱性和温度非常敏感。此外，参考电极的耐久性没有适应混凝土结构的使用期。ER对混凝土的水含量、钢筋的存在、碳化和电磁场的存在非常敏感。最后，OFS理论上适应于测量低数值并且受环境因素影响更少，但光纤脆弱并且需要额外的保护套以与混凝土(混凝土是腐蚀性介质)隔绝。
发明内容
因此，对非破坏性并且至少部分减轻现存NDT技术的缺陷的测量方法有需求。
根据本发明，提出使用一种新类型的嵌入到多空或复合材料(例如钢筋混凝土)的传感器，该传感器包括适应于收集、检测以及测量来自复合材料自由氯离子的铝酸钙层。自由氯离子在上述层的集聚导致该层的电学性质，特别是层的阻抗和相对介电常数的改变。在传感器附近的多孔或复合材料的氯化物浓度因而能够基于传感器的层的阻抗和相对介电常数的改变而被评估。该层集成在***中，该***设置为度量层的阻抗和相对介电常数的改变，并且基于这些改变计算与传感器相邻的多孔或复合材料的氯化物浓度评估。
更具体地，本发明关于用于评估多孔或复合材料(如钢筋混凝土结构)的一个预定区域的氯化物浓度的***，包括
-嵌入预定区域的传感器，
-连接该传感器的分析器，以及
-连接该分析器的处理模块，
其中该传感器包括两个面对的或共面的电极，称为电极，布置在该两个电极中间的中间层，该中间层与预定区域接触并包括铝酸钙，
其中分析器设置为在电极之间施加交流电并输出中间层的阻抗值或电容值，并且
其中处理模块设置为基于分析器输出的阻抗值或电容值计算预定区域中的氯化物浓度评估。
在第一实施例中，电极是面对的电极且分析器设置为输出电容值。为计算预定区域中的氯化物浓度，分析单元设置为由电容值计算电极之间的中间层的相对介电常数，并且基于计算的相对介电常数计算预定区域中的氯化物浓度评估。
在此实施例中，交流电的频率优选地包含在[100Hz，5MHz]中。
在第二实施例中，分析器设置为通过在共面电极之间施加交流电测量共面电极之间的阻抗值，且处理模块设置为基于测量的阻抗值计算预定区域中的氯化物浓度评估。
在此实施例中，电极优选地是共面电极。此外，交流电的频率优选地包含在[100Hz，100kHz]中并且优选地在下述频率组之一中：[15kHz，37.5kHz]；[52kHz，65kHz]；[81kHz，99kHz]。
本发明也考虑通过使用嵌入在预定区域中的传感器评估多孔或复合材料(例如钢筋混凝土结构)的预定区域中的氯化物浓度的方法，该传感器包括两个面对或共面的平端面电极，布置在该两个电极之间的中间层，该中间层与该预定区域的材料接触并包括铝酸钙，该方法包括下述步骤：
-通过在电极之间施加交流电测量中间层的电容值或阻抗值；和
-基于测量的阻抗值或电容值计算在预定区域中的氯化物浓度评估。
在第一实施例中，电极是面对电极且测量的值是位于面对电极之间的中间层的电容值，并且氯化物浓度评估由下述计算：
-计算电极之间的中间层的相对介电常数，和
-基于计算的相对介电常数计算预定区域内的氯化物浓度评估。
在该实施例中，交流电的频率优选包括在[100Hz，5MHz]中。
在第二实施例中，测量的值是电极之间的中间层的阻抗值，且氯化物浓度评估基于测量的阻抗值计算。
在此实施例中，电极优选地是共面电极。此外，交流电的频率优选地包含在频率范围[100Hz，100kHz]内且优选地在下述频率范围组内：[16kHz，37.5kHz]；[52kHz，65kHz]；[81kHz，99kHz]。
最后，本发明还涉及嵌入在多孔或复合材料(例如钢筋混凝土)的预定区域内的氯化物传感器，包括：
-壳体，
-壳体内的至少两个面对的或共面的平端面电极，
-中间层，布置在壳体内的电极之间，该中间层通过至少一个壳体内的孔，与预定区域的材料接触并且包括铝酸钙，以及
-插头连接器，经由导线连接到电极且布置为连接电极至外部设备。
在一个特定实施例中，传感器包括多对电极，该多对电极沿传感器的轴相对彼此偏移并连接至多个插头连接器，布置在每对电极的电极之间的中间层，以及至少一个布置在壳体内的孔，接近每对电极且向中间层开口。
在一个特定实施例中，从下述中选择铝酸钙：CA(＝CaO.Al2O3)，C3A(＝3(CaO).Al2O3)以及C12A7(＝12(CaO).7(Al2O3))。
在一个特定实施例中，壳体的材料是玻璃纤维或胶木(Bakelite)或陶瓷或特氟龙(Teflon)。
附图说明
可以参考以下说明和附图更好地理解本发明，说明和附图以示例的方式提供且不限制本发明的范围，其中：
-图1是根据本发明的氯化物传感器的实施方式的透视图；
-图2是图1所示的传感器的部分透视图；
-图3是图1所示的传感器的分解图；
-图4是沿着图1的IV-IV轴的垂直截面图；
-图5是图2的细节A的放大图；
-图6是根据本发明的***的示意图；
-图7是根据本发明的第一方法的连续步骤的流程图；
-图8示出了针对不同频率的，当0.7M NaCL溶液以规律的时间加入CA层时表示CA层的相对介电常数对时间的曲线；
-图9示出了针对不同浓度的NaCL溶液的表示CA层的相对介电常数对时间的曲线；
-图10示出了表示CA层的相对介电常数对不同浓度的NaCL溶液和不同时间的曲线；
-图11示出了表示CA层的相对介电常数对氯化物浓度的曲线；
-图12是根据本发明的第二方法的连续步骤的流程图；
-图13和14示出了表示阻抗数量级和相位角对CA层暴露于两个共面电极之间的0.50％w的Cl-/w的全溶液的时间的曲线；
-图15和16示出了各自表示阻抗强度|Z|和相位角对CA层暴露于对面电极的第一对的电极之间的0.50％w的Cl-/w的全溶液的时间的曲线；
-图17和18示出了各自表示阻抗强度|Z|和相位角对CA层暴露于对面电极的第二对的电极之间的0.50％w的Cl-/w的全溶液的时间的曲线；
-图19示出了表示干燥的CA和暴露于不同NaCL溶液的CA之间的，在两个共面电极之间测量的阻抗差异ΔZ对频率的曲线；
-图20示出了表示在两个不同时间t1和t13的阻抗差异ΔZ对在频率范围[16kHz，37.5kHz]中的频率的曲线；
-图21示出了表示时间平均阻抗差异ΔZ对在频率范围[16kHz，37.5kHz]中的频率的曲线；
-图22示出了表示在两个不同时间t1和t13的阻抗差异ΔZ对在频率范围[52kHz，65kHz]中的频率的曲线；
-图23示出了表示时间平均阻抗差异ΔZ对在频率范围[52kHz，65kHz]中的频率的曲线；
-图24示出了表示在两个不同时间t1和t13的阻抗差异ΔZ对在频率范围[81kHz，99kHz]中的频率的曲线；并且
-图25示出了表示时间平均阻抗差异ΔZ对在频率范围[52kHz，65kHz]中的频率的曲线。
具体实施方式
如后续描述的，本发明用于混凝土结构，例如钢筋混凝土、预应力混凝土或钢-混凝土混合结构。当然，本发明能应用于其他多孔或复合材料。
虽然示例性实施方式可以具有各种修改和代替方式，实施方式由此在附图中以示例的方式示出并且将在本文中被详细地描述，然而，应当理解不存在以公开的特定形式限制示例性实施方式的意图，相反地，示例性实施方式覆盖所有在权利要求范围内的变化、等同和替换。所有附图说明中的相同数字指相同元件。
在更详细地讨论示例性实施方式之前，应注意一些示例性实施方式被描述为过程或者以流程图描述的方法。尽管流程图以顺序过程描述操作，许多操作可以并发地或者同时地并行执行。此外，操作的顺序可以重新排列。过程可以在其操作完成时终止，但同样可以具有未包括在附图内步骤。过程可以对应方法、功能、工序、子过程、辅助程序等。
以下讨论的方法，其中一些以流程图说明，该方法可以通过硬件、软件、固件、中间设备、微编码硬件描述语言或者任何其组合物实现。当在软件、固件、中间件或者微编码中实现时，执行必要任务的程序代码或者代码段可以存储在机器或者计算机可读介质，诸如存储介质中。处理器可以执行必要任务。本文中公开的特定结构的和功能的细节仅是代表性的，以描述本发明的示例性实施方式为目的。然而，本发明可以在多个替换的形式里实施并且不应被解释为仅局限于本文中阐述的实施方式。
本文中使用的专业词汇仅是以描述具体实施方式为目的并且不限制示例性实施方式。本文中使用的单数形式“一”、“一个”、“和”、“该”、旨在包括同样的复数形式，除非上下文清晰的表示了其他意思。将进一步理解所述术语“包含”、“包含的”、“包括”、和/或“包括的”，当在本文中使用时，指存在陈述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或元件，但不排除存在或额外的一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组合。类似地，应注意术语“偶合”不应解释为仅局限于直接连接。因此，词组“耦接至设备A的设备B”的范围不应局限于其中输出设备A直接连接到输入设备B的设备或***。其表示存在输出设备A与输入设备B之间的路径，其可以是包括其他设备或者方法的路径。除非另行定义，本文中使用的全部术语(包括技术和科学术语)具有相同的意义，如示例性实施方式所属领域的技术人员共通理解的。将进一步理解例如用词典共同限定的术语，应解释为具有符合其相关技术背景下的意义并且不以理想化或者过度形式化的意义解释，除非本文中明确的如此限定。
根据本发明，提出新的嵌入式传感器，包括与来自混凝土结构的自由氯离子反应的特定层，该反应引起层的电学性质(阻抗、导电性和相对介电常数)的改变。进入传感器的氯化物的量可以因此通过电性能改变被估计。根据本发明，特定层包括铝酸钙。
图1至5示出根据本发明的传感器的实施方式。
氯化物传感器1包括壳体10，由三个部分10a、10b和10c制成。因为传感器是视为在混凝土中嵌入的，其应能够面向混凝土内的环境(混凝土的温度、湿度、残存应力)。壳体需要可以承受该环境条件的高强度材料。在优选实施方式中，壳体10具有通常显示良好的物理的与化学特性的纤维玻璃矩阵。可以使用其它材料，如胶木或者特氟龙。
更具体地，壳体10包括下部10a、中间部10b和上部10c。下部10a和上部10c是印刷电路板。铜或金材料的导电的电极11，被打印在上部10c的下表面和下部10a的上表面上。孔12由中间部10b中制成并且充满铝酸钙粉末，形成铝酸钙层13。在这个实施方式中，电极11和孔隙12的形状是矩形。
电极11和孔12被相对地定位，使当该三个部分被组装在一起时，上部10c的每个电极11面向下部10b的电极11，铝酸钙层的孔12位于二个电极之间。
在图1至5示出的实施方式中，传感器包括八对面对的电极11和四个充填铝酸钙层的孔。八对面对的电极分为四排的两对面对的电极和两列的四对面对的电极，充填铝酸钙层的孔12(形成室)与每行的面对的电极对关联。
在这些附图中，两对面对的电极11与同一个孔12(或者室)关联，使得同一铝酸钙层13(所谓的中间层)存在于这两个电极对的电极之间。
在上部10c和/或和/或下部10a中制成孔14，使得当传感器嵌入混凝土结构中时，中间层13与混凝土经由孔14接触。在所示实施方式中，上部10c中的一个孔14和下部10a中的一个孔14对每行面对的电极制成并且通向中间部的一个孔12。在每个部分10a或10c中，孔隙14被相对于彼此水平地偏移以接触混凝土的交错区域。每个孔14居中于在共面电极11之间。
此外，上部和下部的每个电极11经由导线16连接至插头连接器15该插头连接器被视为连接电极11至外部装置。
如上所述，每个孔12填充包括铝酸钙的粉末。该粉末是例如包括一铝酸钙CA(＝CaO.Al2O3)或三铝酸钙C3A(＝3(CaO).Al2O3)或C12A7或的粉末或者包括该铝酸钙的混合的粉末。
图5是示出将在本文中随后阐述的传感器的不同元件的尺寸的示图。中间部中的矩形孔12的尺寸是c*d并且矩形电极的尺寸是a*b。仅电极11a的一部分a'*b暴露于存在于孔12中的中间层。孔14是圆形并且其直径是6埃米(10-10m)。该直径大于水分子直径(几埃米)，氯离子直径(几埃米)和混凝土的细孔直径(大约1000埃米)。因此水分子和氯离子能进入传感器或经由孔14达到中间层。
如图6所示，传感器1嵌入包括钢筋SB的钢筋混凝土结构RC。传感器1竖直地嵌入在钢筋混凝土结构中，垂直于钢筋混凝土结构的外壁，以测量在钢筋混凝土结构中不同深度的氯化物浓度。在一个变化的这些测量通过经由连接线3连接传感器1至分析器2执行。在变化例中，其可被水平地设置以测量特定深度中的氯化物含量。
这些测量通过经由连接线3连接传感器1至分析器2执行。分析器2连接至处理模块4。
在本发明的第一实施方式中，基于两个面对的电极之间的中间层的电容计算氯化物浓度评估。在本实施方式中，分析器2是电容分析器。
在本发明的第二实施方式中，基于两个面对的或者共面的电极之间的中间层的阻抗值计算氯化物浓度评估。在该第二实施方式中，分析器2是阻抗分析器。
这两个实施方式将在下文中更详细地描述。
第一实施方式
在这个实施方式中，使用以上描述的传感器的用于评估氯化物浓度的方法在图7的流程图中详细描述。
在第一步骤S1中，传感器1测量每对面对的电极11之间的电容值C。电容值通过在电极之间施加交流电测量。该电容值由分析器2测量。
在第二步骤S2中，从电容值C用以下等式计算相对介电常数值εr：
其中：
-ε0是真空介电常数(ε0＝8.85×10-12F/m)；
-d是两个电极间的距离，并且
-S是电极暴露于铝酸钙层的面积(S＝a'*b)。
由分析器2和/或处理模块4计算该相对介电常数εr。
在第三步骤S3中，由处理模块4基于相对介电常数值εr计算氯化物浓度评估。
在这个实施方式中，分析仪2是例如耦接至电介质测试夹具(Dielectric testfixture)16451B的安捷伦(Agilent)4294A分析仪。对该特定设备，可以施加在频率范围100Hz-5MHz，最高电压0.5V的交流电直接测量电容。
该方法已通过使用如图1至5所示的传感器被实验。暴露于中间层13的电极的面积S是1.13x 10-3m2。实验在19℃±1℃温度下实现。中间层13通过下述完成：在每个孔(室)12中加入6.6g一铝酸钙粉末(CA)并用捣槌在120秒期间填实，直至其到达1.84x 10-3m和2.27x10-3m之间的厚度。
去离子水(0M)和具有三种不同NaCl浓度的三种NaCl溶液用于测试0.5M、0.7M以及1.0M一铝酸钙层(CA层)的电介质行为。
表1列出每个测试的名称和特征。
表1
此外，在1ml(毫升)NaCl溶液被加到CA 1分钟之后和1小时内每10分钟执行测量以确定时间依赖性。每个实验执行三次。NaCl溶液通过孔隙14引入传感器。
图8显示表示当每十分钟添加1ml 0.7M的NaCl溶液时，对于不同交流电频率计算的CA层的相对介电常数对时间的图。最初，CA层是干燥的。
所有这些图均显示相同的趋势。在每个实验的最初的10分钟里，相对介电常数到达稳定值并且近似地保持该值直至测量周期结束。这些图示出相对介电常数既不取决于时间也不取决于该频率范围中的频率。
图9显示相对介电常数随氯化物溶液浓度增加的变化。氯化物溶液的效果是提高了测量的相对介电常数。其表示，由于在材料内引起离子极化的Cl和Na离子的进入，电极之间的电容升高。
图10和图11示出了CA层的相对介电常数εr与其氯离子浓度依下述关系成比例：
εr＝2.438+1.391X (1)
其中:εr是相对介电常数且X是氯化物的摩尔浓度。
更具体地，图10显示氯化物对测量的干燥的CA和暴露于0M，0.5M，0.7M和1M NaCl溶液的CA的相对介电常数的效果，并且图11显示氯化物浓度和相对介电常数之间相关性。
其表示NaCl的离子极化和水的分子极化导致更高的介电常数值，在CA中允许增加的存储电荷。另外，离子穿透进材料导致电阻率的减少，并且当然地，导电性的增加。
第二实施方式
在这个实施方式中，使用以上描述的传感器的用于评估氯化物浓度的方法在图12的流程图中详细阐述。
在第一步骤S'1中，传感器1测量在每对面对的或者共面的电极11之间的阻抗值。通过在二个电极之间施加交流电测量阻抗值。由分析仪2测量该阻抗值。
在第二步骤S'2中，通过处理模块4基于测量的阻抗值计算氯化物浓度评估。
在这个实施方式中，分析仪2是例如耦接至Kelvin clip 16089A的Agilent 4294A分析仪。该仪器在100Hz-100kHz的频率范围中，以0.5V电压工作。由于CA在图8中显示的稳定状态，该频率上的减小是可能的。
该方法已被通过使用与第一实施方式相同的传感器实验。
在实验期间，测量在同一个孔12中的与CA层接触的两对相邻的面对电极11面对电极和共面电极之间的阻抗值，即4个测量：
-在第一对面对的电极11的电极之间的1次测量；
-在第二对面对的电极11的电极之间1次测量；
-在第一对共面的电极11的电极之间的1次测量；
-在第二对共面的电极11的电极之间的1次测量。
对于两对测量，阻抗显示了对氯化物浓度的相反的行为，即，阻抗值随氯化物浓度增加而减小。
表格2列出用于校准过程的实验，并且表格3显示这些实验的随机化。溶液浓度在全溶液的Cl-/w的0％和6％w之间变化，并且为了演示设计适用性，一个传感器是空的(NCA)。溶液直接用橡皮管和注射器加到孔14，并且由于测量时间(大致20秒)，在每个室(充填CA层的孔12)测量两个并排电容器(在面对的电极之间)和仅一个共面电容器(在共面电极之间)。该设计的主要目的是决定线性、时间响应和灵敏度。在表格3中示出的每种溶液被制作4次。总计，我们使用了22个设备，重复4次，并且随时间测量13次。此外，在实验开始时我们测量了干燥的CA的阻抗。
表2.用于校准的实验的设计
表3.实验的随机化
图13示出具有暴露于0.50％w的Cl-/w的全溶液的CA层的传感器的阻抗和相位角的行为，这些测定值取自共面电极之间。在0分钟时CA是干燥的，并且其相位角显示其电容性(≈-90°)。然而，在溶液与CA反应时，其角相位改变直至到达-5°。这表示CA不再是纯电容，而也成为了电阻。
另一方面，阻抗的幅度显示在氯化物溶液与铝酸盐反应时其阻抗在数量级上从10这些结果符合“Study of the dielectric properties in the NaNbO3-KNbO3-In2O3system using AC impedance spectroscopy”，E.Atamanik和V.Thangadurai，2009，Materials Research Bulletin 44(4):931-936公开的研究结果。在该研究中，分析了不同陶瓷材料的电容和阻抗的行为。减小至103Ω。最后介电常数通过以下等式限定：
ε＝ε′+jε″ (2)
其中
-ε’和ε”是介电常数的实部和虚部；
-Z、Z’和Z”是阻抗的量、实部和虚部；
-S是电极暴露于CA的面积，
-d是电极间的距离，
-f是频率，并且
-ε0是真空介电常数(8,8542x 10-12C2/Nm2)。
如等式(3)和(4)说明的，介电常数对阻抗逆相关，这与先前的结果一致。
相比之下，同一室(同一充填CA层的孔12)的平行板电容器(在面对的电极之间)显示不同的结果，由图15至18示出。
图15和图16表示通过暴露于0.50％w的Cl-/w全溶液的CA层分开的第一对面对的电极(第一并排电容器)阻抗值|Z|和相位角的博德图。图17和图18表示同样的通过暴露于0.50％w的Cl-/w全溶液的同样的CA层分开的第二对面对的电极(第二并排电容器)的图。
即使当两并排电容器具有与共面的电容器(对共面的电容器的电阻性行为和对并排电容器的电容性行为)相同的变化的时候，在实验结尾，并排电容器不达到类似完全的电阻性行为，如铝酸盐在共面的平行板电容器中具有的那样(参见图16和图18)。此外，在实验期间，一个电容器中的阻抗量级随着时间的改变而在另一个电容器中阻抗到达稳定状态(图15和图17)。该差异可以通过扩散过程的区别说明。
这是在这个阻抗测量实施方式中，优选地测量共面电极之间的阻抗的理由。
原始结果显示，对共面电极，在初始干燥CA(Z0)和暴露于溶液(0.5、1.5和6.0％w的Cl-/w的全溶液)的CA之间的阻抗差异ΔZ在15kHz后达到稳定状态，如图19所示。ΔZ通过下述计算：
ΔZ＝Z–Z0 (4)
此外，存在一些响应信号显示大量的噪声的范围：37.6-52kHz和65.1-80.9kHz。必须避免用这些范围测量阻抗。因此，测量有利地在下述范围进行：
16kHz<f<37.5kHz
52kHz<f<65kHz
81kHz<f<99kHz
此外，关于时间响应，我们应注意，在90分钟(t13)的最终的阻抗差异和在2分钟(t1)的第一阻抗差异之间不存在显著差异，如图20至25所示。图20表示对于C15t1、C15t13、C17t1、C17t13、C21t1、C21t13的阻抗差异ΔZ对在频率范围[16kHz；37.5kHz]中的频率，并且图21表示随时间t1至t3(对C15、C17和C21)的时间平均阻抗差值。图22-23和图24-25表示同样的分别对于频率范围[52kHz；65kHz]和[81kHz；99kHz]的图。
这些曲线图(图20至25)显示频率范围[16kHz；37.5kHz]、[52kHz；65kHz]和[81kHz；99kHz]在测量在共面电极之间的阻抗时最适用于交流电。用在这些频率范围中的交流电，氯化物浓度能由测量的在共面电极之间的阻抗评估。
上述方法和***的主要优点是：
-传感器是化学稳定的(对混凝土内的碱性)，
-传感器可以承受温度和机械应力，
-传感器不需要额外保护，因为壳体能从腐蚀环境分离内部材料，
-传感器可以放置在任何地方，靠近角落，
-测量不受电场存在的影响，
-其构建是便宜的。
当然，氯化物传感器1无需对同一充填铝酸钙的室同时包括面对的电极和共面电极。如用基于电容测量的方法，传感器仅仅在室两边具有面对的电极是足够的。如果使用基于阻抗测量的方法，传感器仅在室的两边具有面对的电极或仅在室的一侧具有共面电极是足够的。
尽管本发明的一些实施方式已在附图中示出并且在前述具体实施方式中描述，应当理解本发明不限于已公开的实施方式，而可以具有多个不偏离如上述本发明和有权利要求限定范围的变化、改变和替换。
Claims (16)
1.用于评估多孔或复合材料的一个预定区域的氯化物浓度的***，包括
-传感器(1)，嵌入在所述预定区域中，
-分析仪(2)，连接至所述传感器，以及
-处理模块(4)，连接至所述分析仪，
其中，所述传感器(1)包括两个面对的或共面的平端面电极(11)，称为电极，中间层(13)布置在所述电极之间，所述中间层与所述预定区域的材料接触并且包括铝酸钙，
其中，所述分析仪(2)被配置为在所述电极之间施加交流电并且输出所述中间层的阻抗值或电容值，并且
其中，所述处理模块(4)被配置为基于由所述分析仪输出的所述阻抗值或电容值计算在所述预定区域中的氯化物浓度评估。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述电极(11)是面对的电极，并且其中，所述分析仪被配置为输出电容值，并且其中，为了计算在所述预定区域中的所述氯化物浓度评估，所述处理模块(4)被配置为从由所述分析仪输出的所述电容值计算在所述电极之间的所述中间层的相对介电常数值，并且基于计算的相对介电常数值计算在所述预定区域中的所述氯化物浓度评估。
3.根据权利要求2所述的***，其中，所述交流电的频率包含在[100Hz，5MHz]中。
4.根据权利要求1所述的***，其中，所述分析仪(2)被配置为通过在所述电极之间施加交流电测量在所述电极之间的阻抗值，并且所述处理模块(4)被配置为基于测量的阻抗值计算在所述预定区域中的所述氯化物浓度评估。
5.根据权利要求4所述的***，其中，所述电极是共面电极。
6.根据权利要求4或5所述的***，其中，所述交流电的频率包含在下述频率范围的组中：
-[100Hz，100kHz]；
-[16kHz，37.5kHz]；
-[52kHz，65kHz]；
-[81kHz，99kHz]。
7.用于评估多孔或者复合材料的预定区域中的氯化物浓度的方法，通过使用嵌入在所述预定区域中的传感器，所述传感器包括两个面对的或者共面的平端面的电极，布置在两个所述电极之间的中间层，所述中间层与所述预定区域的材料接触并且包括铝酸钙，
所述方法包括下述步骤：
-通过在所述电极之间施加交流电测量(S1；S'1)所述中间层的电容值或者阻抗值；并且
-基于测量的阻抗值或者电容值计算(S2，S3；S'2)所述预定区域中的氯化物浓度评估。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述电极是面对的电极并且所测量的值是在所述电极之间的所述中间层的电容值，并且其中，所述氯化物浓度评估由下述计算：
-计算(S2)在所述电极之间的所述中间层的相对介电常数值，并且
-基于计算的相对介电常数值计算(S3)所述预定区域中的所述氯化物浓度评估。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述交流电的频率包含在[100Hz，5MHz]中。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所测量的值是在所述电极之间的所述中间层的阻抗值，并且其中，所述氯化物浓度评估是基于所测量的阻抗值计算的。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电极是共面电极。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述交流电的频率包含在下述频率范围的组中：
-[100Hz，100kHz]；
-[16kHz，37.5kHz]；
-[52kHz，65kHz]；
-[81kHz，99kHz]。
13.嵌入多孔或复合结构的预定区域的氯化物传感器，包括：
-壳体(10)，
-至少两个面对的或共面的平端面电极，称为电极(11)，在所述壳体内，
-中间层(13)，布置在所述壳体内的所述电极之间，所述中间层经由至少一个所述壳体中的孔与所述预定区域的材料接触，并且包括铝酸钙，并且
-插头连接器(15)，经由导线连接至所述电极并且布置(16)为连接所述电极至外部装置。
14.根据权利要求13所述的氯化物传感器，其中，所述氯化物传感器包括多对沿着所述传感器的轴相对彼此偏移的并且连接至多个插头连接器的电极(11)，布置在每对电极的所述电极之间的中间层(13)，以及在所述壳体(10)中接近每对电极布置并且开口至所述中间层的至少一个孔(14)。
15.根据权利要求13至14中任一项所述的氯化物传感器，其中，所述铝酸钙选自下述组：
-CA，
-C3A，
-C12A7。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的氯化物传感器，其中，所述壳体(10)的材料是玻璃纤维或胶木或陶瓷或特氟龙。
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