背景介紹

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工程領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)存的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體量也在不斷增加。如今，大量服役的混凝土結(jié)構(gòu)都面臨著耐久性問題，而鋼筋作為結(jié)構(gòu)的主要組成部分之一，其隨著時(shí)間的銹蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素之一。

鋼筋腐蝕破壞尤其對(duì)于沿海、處于鹽堿地區(qū)的公路、鐵路橋以及采用除冰鹽的公路橋、城市立交橋等影響尤其巨大，這些設(shè)施甚至在幾年、十幾年內(nèi)就不得不修復(fù)或重建, 遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)使用年限的要求。

由于混凝土的不均質(zhì)或離散的局部缺陷導(dǎo)致其不同部位侵蝕介質(zhì)的擴(kuò)散速率不同，內(nèi)部鋼筋表面鈍化膜破壞也存在隨機(jī)性，這將導(dǎo)致鋼筋會(huì)在不同位置產(chǎn)生不同程度的銹蝕。

同時(shí)當(dāng)構(gòu)件帶裂縫工作時(shí)，裂縫的存在會(huì)大幅提高裂縫處空氣水以及氯離子的擴(kuò)散速率，加快鋼筋鈍化膜的破壞，在裂縫附近引發(fā)嚴(yán)重的局部坑蝕。

如何準(zhǔn)確評(píng)價(jià)鋼筋的不均勻銹蝕以及局部坑蝕情況，成為鋼筋混凝土構(gòu)件剩余承載能力評(píng)估必不可少的環(huán)節(jié)。

由于蝕坑形狀的不規(guī)則性使得截面損失很難精確計(jì)量，以往會(huì)采用質(zhì)量銹蝕率來表征鋼筋銹蝕程度，但這種方法只能反映鋼筋的整體銹蝕情況，無法反應(yīng)蝕坑和銹蝕沿鋼筋長(zhǎng)度方向的不均勻分布情況，也已被證明難以準(zhǔn)確地評(píng)估鋼筋性能退化。因此，上海同濟(jì)大學(xué)相關(guān)科研人員采用激光三維掃描技術(shù)獲取銹蝕鋼筋的形態(tài)，以此測(cè)量蝕坑形態(tài)并計(jì)算截面銹蝕率。

項(xiàng)目過程

本項(xiàng)目為同濟(jì)大學(xué)的工程科研項(xiàng)目，研究鋼筋在不同酸堿度環(huán)境下的受腐蝕情況，研究人員使用手持三維激光掃描設(shè)備來全方位地獲取鋼筋銹蝕后的形態(tài)，并用于計(jì)算鋼筋的局部銹蝕率。

同濟(jì)大學(xué)是中華人民共和國(guó)教育部直屬的全國(guó)ZD大學(xué)，是歷史悠久、享有盛譽(yù)的中國(guó)著名高等學(xué)府，是國(guó)內(nèi)土木建筑領(lǐng)域規(guī)模ZD、學(xué)科Z全的工科大學(xué)。先后承擔(dān)了一系列國(guó)家重大專項(xiàng)、重大工程科研攻關(guān)，取得了大跨度橋梁關(guān)鍵技術(shù)、結(jié)構(gòu)抗震防災(zāi)技術(shù)、新能源汽車研發(fā)、大洋鉆探等標(biāo)志性科研成果。

鋼筋長(zhǎng)900毫米，直徑5毫米，此類細(xì)長(zhǎng)型易產(chǎn)生形變的模型不好放置及掃描，且精度要求較高。滬敖的技術(shù)人員使用的手持激光三維掃描儀靈活度高、細(xì)節(jié)好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，掃描速度快，能得到微米級(jí)的JZ數(shù)值，為科研的進(jìn)一步分析做好數(shù)據(jù)采集工作。

展望

鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的重要因素，鋼筋銹蝕的不均勻性對(duì)鋼筋混凝土銹脹開裂、結(jié)構(gòu)承載力與失效概率評(píng)估等過程有著重要影響。

由于銹后鋼筋表面銹坑的隨機(jī)分布以及銹坑形狀的不確定性，難以采用傳統(tǒng)方法準(zhǔn)確測(cè)量銹蝕鋼筋的橫截面積，我們采用三維激光掃描技術(shù)對(duì)鋼筋表面形貌進(jìn)行三維重構(gòu)，可用以研究銹蝕鋼筋橫截面積的損失情況，使用相關(guān)軟件（如Geomagic）對(duì)三維掃描獲得的鋼筋點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而得到銹蝕鋼筋的三維實(shí)體模型。之后還可以使用相關(guān)軟件沿鋼筋長(zhǎng)度方向?qū)︿摻钸M(jìn)行切分，讀取并記錄每個(gè)基本單元的面積，結(jié)合鋼筋的初始橫截面積對(duì)鋼筋截面銹蝕率進(jìn)行計(jì)算。

不同鋼筋質(zhì)量銹蝕率對(duì)應(yīng)的混凝土試件的銹脹裂縫分布是不同的，當(dāng)鋼筋銹蝕產(chǎn)物產(chǎn)生并逐漸累積，達(dá)到一定的銹脹力時(shí)，混凝土試件將產(chǎn)生明顯的銹脹裂縫。

隨著鋼筋銹蝕率的增大，銹蝕產(chǎn)物生成增多，銹脹力也就越大，試件的銹脹裂縫寬度也隨之增大。隨著銹蝕率的增大，鋼筋銹蝕程度增大，表面的坑槽增多，不均勻的程度更加明顯。

因此，使用三維掃描的手段準(zhǔn)確評(píng)價(jià)鋼筋的不均勻銹蝕以及局部坑蝕情況，為各類鋼筋混凝土構(gòu)件剩余承載能力評(píng)估具有很大的使用價(jià)值。

三維掃描克服了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的局限性，采用非接觸主動(dòng)測(cè)量方式直接獲取高精度三維數(shù)據(jù)，快速將現(xiàn)實(shí)世界的信息轉(zhuǎn)換成可以處理的數(shù)據(jù)，不僅更JZ，還省去了很多測(cè)量的時(shí)間。本項(xiàng)目中，滬敖使用的手持三維激光掃描儀采用自定位技術(shù)，坐標(biāo)系定位在物體上，因此，被測(cè)物體與掃描儀均可自由移動(dòng)，對(duì)于這類形狀特殊、易形變的模型掃描，有著很大的優(yōu)勢(shì)。

滬敖3D是一家致力于三維數(shù)字化行業(yè)解決方案的技術(shù)型企業(yè)，擁有豐富的三維項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，公司以行業(yè)應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，為客戶提供三維數(shù)字化采集、三維數(shù)據(jù)處理、三維數(shù)據(jù)管理等一系列應(yīng)用服務(wù)。

滬敖3D擁有結(jié)構(gòu)光拍照式三維掃描儀、手持三維掃描儀（大小空間）、地面三維激光掃描儀、無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量、3D打印等多種技術(shù)手段，從幾厘米到幾百米的物體或三維空間，從幾個(gè)微米到幾個(gè)厘米的精度，滬敖均可提供涵蓋軟硬件產(chǎn)品和項(xiàng)目服務(wù)的完整解決方案。

滬敖3D目前主要服務(wù)于制造業(yè)（汽車、航空航天、船舶、模具、鑄造以及各種機(jī)械）、建筑業(yè)（建筑設(shè)計(jì)、施工、裝修等）、文化遺產(chǎn)（博物館、古建筑、考古等）、數(shù)字化工廠、JY公共安全、影視制作、教育等行業(yè)。提供質(zhì)量檢測(cè)、三維建模、逆向工程、數(shù)字存檔、GD/T分析、有限元分析、虛擬安裝、干涉分析、工程測(cè)繪、形變監(jiān)測(cè)、3D打印等技術(shù)方案。