【上海沪敖案例】使用三维扫描技术测量钢筋锈蚀情况

背景介绍

钢筋混凝土结构在工程领域应用十分广泛，现存的钢筋混凝土结构体量也在不断增加。如今，大量服役的混凝土结构都面临着耐久性问题，而钢筋作为结构的主要组成部分之一，其随着时间的锈蚀是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一。

钢筋腐蚀破坏尤其对于沿海、处于盐碱地区的公路、铁路桥以及采用除冰盐的公路桥、城市立交桥等影响尤其巨大，这些设施甚至在几年、十几年内就不得不修复或重建, 远达不到设计使用年限的要求。

由于混凝土的不均质或离散的局部缺陷导致其不同部位侵蚀介质的扩散速率不同，内部钢筋表面钝化膜破坏也存在随机性，这将导致钢筋会在不同位置产生不同程度的锈蚀。

同时当构件带裂缝工作时，裂缝的存在会大幅提高裂缝处空气水以及氯离子的扩散速率，加快钢筋钝化膜的破坏，在裂缝附近引发严重的局部坑蚀。

如何准确评价钢筋的不均匀锈蚀以及局部坑蚀情况，成为钢筋混凝土构件剩余承载能力评估必不可少的环节。

由于蚀坑形状的不规则性使得截面损失很难精确计量，以往会采用质量锈蚀率来表征钢筋锈蚀程度，但这种方法只能反映钢筋的整体锈蚀情况，无法反应蚀坑和锈蚀沿钢筋长度方向的不均匀分布情况，也已被证明难以准确地评估钢筋性能退化。因此，上海同济大学相关科研人员采用激光三维扫描技术获取锈蚀钢筋的形态，以此测量蚀坑形态并计算截面锈蚀率。

项目过程

本项目为同济大学的工程科研项目，研究钢筋在不同酸碱度环境下的受腐蚀情况，研究人员使用手持三维激光扫描设备来全方位地获取钢筋锈蚀后的形态，并用于计算钢筋的局部锈蚀率。

同济大学是中华人民共和国教育部直属的全国ZD大学，是历史悠久、享有盛誉的中国著名高等学府，是国内土木建筑领域规模ZD、学科最全的工科大学。先后承担了一系列国家重大专项、重大工程科研攻关，取得了大跨度桥梁关键技术、结构抗震防灾技术、新能源汽车研发、大洋钻探等标志性科研成果。

钢筋长900毫米，直径5毫米，此类细长型易产生形变的模型不好放置及扫描，且精度要求较高。沪敖的技术人员使用的手持激光三维扫描仪灵活度高、细节好、数据准确，扫描速度快，能得到微米级的JZ数值，为科研的进一步分析做好数据采集工作。

展望

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构使用寿命的重要因素，钢筋锈蚀的不均匀性对钢筋混凝土锈胀开裂、结构承载力与失效概率评估等过程有着重要影响。

由于锈后钢筋表面锈坑的随机分布以及锈坑形状的不确定性，难以采用传统方法准确测量锈蚀钢筋的横截面积，我们采用三维激光扫描技术对钢筋表面形貌进行三维重构，可用以研究锈蚀钢筋横截面积的损失情况，使用相关软件（如Geomagic）对三维扫描获得的钢筋点云数据进行分析处理，从而得到锈蚀钢筋的三维实体模型。之后还可以使用相关软件沿钢筋长度方向对钢筋进行切分，读取并记录每个基本单元的面积，结合钢筋的初始横截面积对钢筋截面锈蚀率进行计算。

不同钢筋质量锈蚀率对应的混凝土试件的锈胀裂缝分布是不同的，当钢筋锈蚀产物产生并逐渐累积，达到一定的锈胀力时，混凝土试件将产生明显的锈胀裂缝。

随着钢筋锈蚀率的增大，锈蚀产物生成增多，锈胀力也就越大，试件的锈胀裂缝宽度也随之增大。随着锈蚀率的增大，钢筋锈蚀程度增大，表面的坑槽增多，不均匀的程度更加明显。

因此，使用三维扫描的手段准确评价钢筋的不均匀锈蚀以及局部坑蚀情况，为各类钢筋混凝土构件剩余承载能力评估具有很大的使用价值。

三维扫描克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据，不仅更JZ，还省去了很多测量的时间。本项目中，沪敖使用的手持三维激光扫描仪采用自定位技术，坐标系定位在物体上，因此，被测物体与扫描仪均可自由移动，对于这类形状特殊、易形变的模型扫描，有着很大的优势。

沪敖3D是一家致力于三维数字化行业解决方案的技术型企业，拥有丰富的三维项目经验，公司以行业应用为出发点，为客户提供三维数字化采集、三维数据处理、三维数据管理等一系列应用服务。

沪敖3D拥有结构光拍照式三维扫描仪、手持三维扫描仪（大小空间）、地面三维激光扫描仪、无人机倾斜摄影测量、3D打印等多种技术手段，从几厘米到几百米的物体或三维空间，从几个微米到几个厘米的精度，沪敖均可提供涵盖软硬件产品和项目服务的完整解决方案。

沪敖3D目前主要服务于制造业（汽车、航空航天、船舶、模具、铸造以及各种机械）、建筑业（建筑设计、施工、装修等）、文化遗产（博物馆、古建筑、考古等）、数字化工厂、JY公共安全、影视制作、教育等行业。提供质量检测、三维建模、逆向工程、数字存档、GD/T分析、有限元分析、虚拟安装、干涉分析、工程测绘、形变监测、3D打印等技术方案。