1.成果名称及简介

（1）成果名称：磁感式混凝土结构钢筋锈蚀率定量化监测系统

（2）成果关键词：磁传感器，钢筋混凝土结构、锈蚀检测与监测，定量化，

（3）成果简介：

钢筋锈蚀是导致桥梁、隧道、大坝、港口及建筑等混凝土结构承载力退化的主要因素之一，对钢筋锈蚀状态进行定量化表征是对混凝土结构开展科学化运维的基础。针对传统的电化学和物理测试技术只能进行定性化检测且受环境干扰大的痛点，磁感式监测系统可以实现对钢筋锈蚀率的原位定量化监测。目前，产品形态针对新建与在役混凝土结构的提出了内置可更换式与外置双探针式方案，实现了对混凝土结构全寿命周期内钢筋锈蚀率的可视化动态表征。通过磁场模型自适应算法和标准化检测流程，克服了混凝土密实度、含水率、电阻率等干扰（图1），提升了复杂环境下的测量精度，完成了可更换、可扩展的工程化结构设计模块，适用于跨海大桥、隧道、工业与民用建筑、泳池、海洋平台等高风险腐蚀环境，满足施工期预埋与服役期检测需求。面向我国未来百亿级的基础设施检测与运维市场，该监测系统以无损、可重复、可规模化部署的优势，支撑精细化养护与碳减排目标，并在浙江省山六横公路大桥进行工程验证（图2），具备专利壁垒与广阔推广前景。

图1 磁感式钢筋锈蚀监测系统

图2 磁感式钢筋锈蚀监测系统在浙江舟山六横公路大桥的应用

2.知识产权情况

（1）知识产权类型：

√专利  □软著  □技术秘密  □植物新品种  □集成电路布图设计 □其他：           

（2）具体清单（包括成果名称、专利号、申请时间、授权时间、发明人、权利人等，技术秘密写名称和技术要点）：

1 实用新型专利

表1 知识产权申报情况

3.技术领域/行业分类

本项目属于结构检测领域的钢筋锈蚀检测。

4.行业/产业现状和专利布局

目前国内外的对标企业主要有三家。

Virginia Technologies Inc（弗吉尼亚技术公司）成立于1995年，总部位于美国弗吉尼亚州，是一家专注于传感器技术、生物医药研发及工业自动化解决方案的科技企业。本项目对标该公司的核心业务之一，即ECI系列混凝土结构耐久性监测传感器。其拳头产品ECI-2是一种可嵌入式无损检腐蚀监测仪。它能够测量长期腐蚀监测中重要的参数，包括线性极化电阻、开路电位、电阻率、温度以及与氯离子浓度相关的电位，但是不能直接获得钢筋的锈蚀率。ECI-2在商业和民用建筑的建设和维护中有着广泛的应用。这些建筑结构包括但不限于高层建筑、停车场、桥梁、水坝、溢洪道、防洪渠道、码头、桥墩和防冲刷结构。

FORCE Technology是一家世界上领先的技术咨询和服务的丹麦公司，1939年由丹麦科技部批准成立，至今已经有81年的历史，公司总部位于丹麦首都哥本哈根市，业务领域涉足能源与环境、材料与焊接、海事服务、无损检测与测试、传感器开发、认证、教育与培训课程，尤其在船舶、能源、建筑和制药行业具有全球影响力。FORCE Technology在挪威、瑞典、美国、俄罗斯、新加坡和中国均设有子公司，全球有1400名多员工，公司每年的营业收入约在2亿欧元，研发预算超1600万欧元（2023年数据）。本项目与该公司对标的产品包括Galva Pulse与CorroWatch钢筋锈蚀测试仪。Galva Pulse用于无损检测钢筋混凝土构件的电阻率，以此评价内部结构的腐蚀程度。CorroWatch多传感器是一种预埋式传感器，需将其嵌入新混凝土结构的混凝土保护层中。这两种产品都是通过电化学参数间接判别钢筋锈蚀状态，其结果受到环境作用的影响较显著，也不能用来定量化计算钢筋锈蚀率。

厦门乐钢材料科技有限公司，成立于2010年，位于福建省厦门市，是一家以从事仪器仪表制造业为主的企业。企业注册资本198.235万人民币，实缴资本100万人民币，并已于2023年完成了A轮融资。厦门乐钢材料科技有限公司拥有14项专利（含国际发明专利）；5项软件著作权；此外企业还拥有行政许可3个，在2016年被认定为国家高新技术企业。该公司的钢筋混凝土结构腐蚀监测系统为埋置式多功能腐蚀传感器，采用交流阻抗和高输入阻抗放大器技术，实现了多路高阻信号的同步精密测量；并且配合多功能混凝土监测探头，监测混凝土电阻率、Cl^-浓度、pH 值、钢筋腐蚀电位、钢筋锈蚀速率等参数，判定钢筋在混凝土中腐蚀状态、腐蚀趋势及腐蚀速度，为工程结构耐久性和安全服役提供明确的判断。其工作原理与美国弗吉尼亚技术公司的ECI-2相似，是一种通过间接参数获得钢筋锈蚀状态的传感器，而非直接测量钢筋锈蚀率的检测设备。

5.创新链/产业链上下游的校内外其他科研团队

（1）上游：依赖稀土永磁材料（中国占全球储量40%）、霍尔元件和芯片设计；

（2）下游：建筑、能源、交通等领域的检测需求以及相应的检测系统和检测服务.

6.技术/行业痛点

当前，我国基础设施建设规模持续扩大，钢筋年消耗量预计将从2023年的2.5亿吨增长至2030年的3.5亿吨，年均复合增长率达4.3%。在建筑安全标准升级和《建筑结构安全检测技术标准》强制检测要求的双重推动下，钢筋锈蚀检测设备的市场渗透率有望提升至40%。与此同时，既有建筑维护改造需求的持续释放，将进一步推动钢筋锈蚀检测市场以8%-10%的年均增速稳健扩张。从市场规模来看，2023年全球钢筋锈蚀检测市场总规模约为60-85亿元，其中我国市场占比约50%，体量达30-50亿元。行业预测显示，2025年我国市场规模将增长至45-60亿元，到2030年更有望突破百亿大关。在此背景下，开发能够实现工程化应用、精准表征混凝土中钢筋锈蚀率的动态监测技术与设备，将成为解决行业核心痛点的关键突破口。这一技术方向不仅蕴含巨大的市场潜力，更将在提升建筑结构安全性、延长基础设施服役寿命等方面创造显著的社会效益。

前述Virginia Technologies Inc（弗吉尼亚技术公司）、丹麦FORCE Technology以及厦门乐钢材料科技有限公司的多种钢筋锈蚀传感器已应用于我国多项重大工程，如厦门翔安隧道、浙江嘉绍大桥、曹妃甸大桥及港珠澳大桥等。然而，目前市场上的钢筋锈蚀传感器但仅能对钢筋是否发生锈蚀进行定性或概率性判断。而在实际工程应用中，准确获取钢筋的真实锈蚀率不仅是预测混凝土结构服役寿命的关键依据，更是制定科学维护与维修方案的基础。但遗憾的是，目前全球市场上尚未出现能够无损测量钢筋真实锈蚀率的成熟设备或系统。

7.解决方案与技术优势

为了更加直接地表征钢筋锈蚀率并满足科研与工程实际需求，综合目前各种检测技术的优点，申请人与澳门大学李宗津教授基于磁场介质理论合作开发了一种新型的钢筋锈蚀动态监测技术，并成功研发了新型的磁介质理论钢筋锈蚀监测仪（MCD监测仪）。MCD监测仪主要构件包含一个永磁体、导磁框架、测试电路、霍尔传感器构成。在检测时，将MCD传感器埋入混凝土结构构件内部。将钢筋放入传感器卡口位置处。如图3所示，传感器在钢筋位置处构造了一个恒定的单路磁场，通过霍尔传感器将采集的磁场信号转换为电场信号，从而可以表征磁场内的组成材料的总相对磁导率。由于总相对磁导率中钢筋的体积起到了决定性作用，因此就可以量化表征钢筋锈蚀过程中钢筋体积的变化。在钢筋锈蚀监测系统中，除了MCD监测仪外，还主要包括数据采集器、电脑与配套软件系统。如图1所示，在监测时，由MCD监测仪的霍尔传感器将采集到的磁场信号转换为电信号，接下来由数据采集仪将电信号转换为数字信号，最终由电脑上的软件系统进行数据处理与可视化分析。室内试验表明，MCD监测仪获得的电信号与钢筋锈蚀率之间存在良好的线性关系（图4）。利用图4，就可以定量化地测量混凝土中钢筋锈蚀率。

图3 钢筋锈蚀磁场传感器

图4 电信号与钢筋锈蚀率之间的关系

本项目组研发的钢筋锈蚀监测系统在采集数据过程中不会对样品造成损伤，并且可以内置在钢筋混凝土结构中实现对钢筋锈蚀过程的动态监测，是对钢筋锈蚀率进行直接测量的一种创新性技术。在钢筋混凝土构件中的应用表明，MCD监测仪具有较高的稳定性与检测精度，也适用于混凝土结构中钢筋锈蚀过程的动态监测。

在试验研究过程中，本项目组研发的钢筋锈蚀监测系统已经显示出较高的测量精度与稳定性。但是在市场调研时，相关的检测工程师普遍提出两个待改进的问题。第一，由于混凝土结构中钢筋锈蚀是一个长期过程，即使在海洋环境下，钢筋混凝土结构最早出现锈蚀问题也需要5~10年时间。在此期间，需要保证传感器本身在外部环境与荷载作用下也具有与建筑结构相同的服役寿命。确保实际工程中的钢筋锈蚀监测系统在混凝土结构服役期间具有较高的存活率是目前亟需解决的问题。第二，前期研发的钢筋锈蚀监测系统必须在建筑结构施工过程中埋设进入混凝土结构中，因此不能获得既有混凝土结构的钢筋锈蚀率。但是，目前大量的既有建筑结构面临改造、维修、维护等问题。实际上对既有混凝土结构中钢筋锈蚀状态进行检测的市场需求与体量要远大于新建混凝土结构。研发适用于既有建筑结构的钢筋锈蚀检测设备势在必行。

针对上述两个问题，项目组对原有的钢筋锈蚀检测设备进行了改进，设计研发了两种新型的钢筋锈蚀监测技术与设备。具体内容如下：

（1）可更换式钢筋锈蚀监测系统

为了保证混凝土结构中的钢筋锈蚀监测系统在50年~100年的混凝土结构服役寿命周期中具有100%的存活率，本项目研发了一种可更换式钢筋锈蚀监测系统。其主要思路是在已研发的钢筋锈蚀监测系统基础上为增加一个保护壳。如图5所示，此保护壳右侧一端的卡槽抵靠在待测钢筋上，另一端为在结构内部空腔的开口。保护壳长度与结构厚度相同。

图5 可更换式钢筋锈蚀监测仪保护壳

图6 可更换式钢筋锈蚀监测系统安装示意图

如图6所示，在检测过程中，将本项目研发的钢筋锈蚀传感器放置于保护壳端部，将数据线从保护壳开口引出，由混凝土结构内部空腔处连接的电脑或工业机采集数据。可更换式钢筋锈蚀监测系统最大的特点是系统中所有的部件，包括MCD传感器、数据采集器、数据线、电脑等在检测过程中随时可以进行更换。因此，彻底解决了钢筋锈蚀监测系统的使用寿命与混凝土结构服役寿命可能存在不匹配的问题，并且保证了所有测点的存活率。而可更换式设计也方便了对钢筋锈蚀监测系统进行有计划的升级，从而保证了对混凝土结构钢筋锈蚀监测数据的准确性。

（2）外置式钢筋锈蚀监测系统

为了实现对既有钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀率进行定量化分析，本课题组研发了一种外置式钢筋锈蚀监测系统。外置式钢筋锈蚀监测系统与内置式钢筋锈蚀监测系统的最大区别再用采用探针式钢筋锈蚀传感器替代了MCD传感器。探针式钢筋锈蚀传感器主要两个磁场探针构成。如图7所示，磁场探针内部包含电路板、永磁体、圆柱形导磁体、隔离内壳、金属外壳与霍尔元件构成。检测时，在混凝土中待测钢筋两侧打两个孔，并将电子探针放入孔中。一旦将电子探针中霍尔元件对应的检测窗口朝向钢筋一侧，则两个电子探针之间即可构成一个完整的磁通路，而霍尔元件即可测得磁场信号并将磁信号转换为钢筋锈蚀率。

图5 外置式钢筋锈蚀传感器

8.课题资助与所获奖励

课题项目：浙江省建设厅科研项目《多磁路下混凝土中钢筋非均匀锈蚀的磁场响应机理及绿色动态监测设备研发》

9.技术成熟度

□构思  √研发  √样品  √小试   □中试  □产业化、推广  □其他：           

10.应用前景

（1）适用领域：混凝土结构、钢结构、电力塔架、风电设施、金属管道、金属缆绳等结构的钢筋锈蚀检测；

（2）目标客户：大型基建单位（桥梁、隧道、工业与民用建筑的甲方及工程承包商）、能源运营商（核电、风电、海洋平台）、第三方检测机构及政府安全监管部门；

（3）消费群体：需要进行锈蚀检测的机构和单位；

（4）商业计划及市场前景：

①. 本项目商业模式初步规划（包括：未来产品、目标客户、解决问题、销售渠道、主要成本、主要收入来源）

本项目计划推出混凝土结构钢筋锈蚀定量化监测系统及衍生产品，包括可更换内置式监测设备与外置式监测设备，也包混凝土结构钢筋锈蚀的检测与监测服务。目标客户聚焦于大型基建单位（如桥梁、隧道、工业与民用建筑的甲方及工程承包商）、能源运营商（核电、风电、海洋平台）、第三方检测机构及政府安全监管部门。系统通过磁介质原理实现钢筋锈蚀率的无损、实时、定量化监测，解决传统检测技术（如电化学法、超声波法）无法精准量化锈蚀程度、破坏结构完整性的痛点。销售渠道以直销+渠道合作为主：直接对接重大工程项目签订设备与服务协议，同时联合检测机构覆盖区域市场；远期规划推出在线数据分析平台提供数据订阅服务。主要成本集中于硬件制造（传感器、电路模块，占比40%）、个性化定制服务设计（20%）及工程实施（40%）。收入来源包括设备销售（单个传感器1500~2000元，整套监测设备5万–10万元）、检测与监测服务（根据工程量，服务费用10~20万元）及特殊场景定制开发（如海洋高盐雾环境模块等，整套监测设备20~40万元）。

②. 行业上下游介绍，项目所处的行业位置

产业链上游为磁传感器、电子元件供应商，下游为基建、能源终端用户。本项目定位于中游核心技术环节，依托自主研发的定量化钢筋锈蚀率检测与监测技术（已申请4项发明专利）和工程化设备（内置/外置双轨方案），填补钢筋锈蚀率定量监测的市场空白。通过整合硬件制造与数据分析能力，形成从传感器研发到监测服务的闭环价值链，推动行业从定性判断向定量化、自动化检测升级。

③. 市场需求、规模、规模化生产的可能性及本项目形成的产品将占有的市场空间；

据项目背景分析，2023年全球钢筋锈蚀检测市场规模达60–85亿元，中国占50%（约30–50亿元），2025年预计增至45–60亿元，2030年将突破百亿。需求增长驱动因素包括：国家强制检测标准推行（《建筑结构安全检测技术标准》）、既有建筑改造浪潮（年均增速8–10%）及新能源基建扩张（风电/海洋工程腐蚀监测需求增速超30%）。规模化生产具备坚实基础：核心传感器零件已标准化采购，整机组装通过代工厂轻资产模式实现，初步的单月产能目标200台。如果实现产业化，预估五年内可实现混凝土基建领域2%渗透率（营收约1000万元）及风电/海洋工程领域1%渗透率（营收1500万元）。

11.合作转化方式

√普通许可    □排他许可    □独占许可   □转让      □作价入股    

√技术开发    √技术咨询    √技术服务   □其他：           

12.意向合作方

√国有企业  √上市公司  √行业龙头企业  □其他：       

13.意向合作金额

□10万—50万     √50万—100万  √100万—500万

□500万—1000万  □1000万以上    □其他金额：         □ 面议     

14.科研团队

（1）项目负责人：姓名   田野     ，职务职级   副教授     

（2）主要成员：

姓名    程健      ，职务职级   正高级工程师  

姓名    乔仲发    ，职务职级   高级工程师    

姓名    张帼一    ，职务职级      讲师       

姓名    倪进华    ，职务职级    高级工程师   

（3）科研团队的简介

田野，浙江大学，副教授，硕士生导师。长期致力于钢筋混凝土结构耐久性及可靠性方面的研究工作。2007年7月于浙江大学建工学院获得博士学位，2007年9月赴香港科技大学李宗津教授课题组从事博士后研究，2009年开始于浙江大学任教。作为课题负责人主持了国家自然科学基金项目、浙江省自然科学基金项目、高等学校博士学科点项目、中央高校基本科研业务费青年科研创新专项项目、铁道部科技研究开发计划子课题、浙江省重点创新团队子项目等科研项目，同时作为课题骨干参与了国家高技术研究发展计划（863计划）子课题、国家重点基础研究发展计划（973计划）子课题、国家自然科学基金国际合作项目等重大课题等10余项纵向科研项目的研究工作。以第一作者及通信作者发表SCI与EI收录论文90余篇。获得国家授权专利10项，获得省部级科科技进步奖二等奖2项、省厅级科技成果奖一等奖1项、国家一级学会奖5项。

田野为本项目的总负责人。在前期的研究工作中，参与钢筋锈蚀监测传感器的理论分析、数值模拟、结构设计与试验验证。在本项目中，负责产品的环境测试、用户测试、产品优化，并协调产业化与工程应用工作。

程健，浙江省省直同人集团，正高级工程师，浙江省省直建筑院有限公司副总，技术管理中心副主任。长期从事钢筋混凝土结构的分析设计及服役性能测试方面的研究工作。2005年3月于浙江大学建工学院获得硕士学位，作为专业负责人或主要成员参与了萧山机场、七堡地铁上盖、湖滨国际名品街、常州凯纳商务广场、树人学院杨汛桥校区、丽水莲都灵山未来社区等重要项目的设计，作为课题负责人或主要研究成员参与了《复杂超限高层建筑结构抗震设计研究》、《既有建筑和拟建建筑在地震及偶然荷载作用下基于ABAQUS平台的仿真分析》、《多磁路下混凝土中钢筋非均匀锈蚀的磁场响应机理及绿色动态监测设备研发》3个浙江省建设厅科研项目。以第一作者及通信作者发表核心期刊论文10余篇。获得国家授权专利4项，获得省部级科科技进步奖一等奖1项，获得省部级勘察设计奖项10余个，市级勘察设计奖项10余个，参与了2本国家规范、2本行业规范和1本省标图集的编制。

在前期研究工作中，程健正高级工程师与项目负责人共同参与申请了浙江省建设厅科研项目“多磁路下混凝土中钢筋非均匀锈蚀的磁场响应机理及绿色动态监测设备研发”。在此项目中，程健工程师基于其丰富的工程经验，研制了多款新型混凝土结构中钢筋锈蚀传感器。在本项目中，程健工程师将主要负责内置传感器的优化，以及外置式钢筋锈蚀检测仪的设计与研发工作，并进行相应的整机测试和环境测试工作。

乔仲发，浙江省交通集团检测科技有限公司副总经理，高级工程师。长期从事桥梁结构检测与监测工作，已组织开展了40 余个项目近百个结构物的监测，典型结构物包括文泰高速南浦溪特大桥（主跨280m上承式钢管混凝土拱桥）、洪溪特大桥（主跨265m预应力混凝土矮塔斜拉桥）、景文高速高岭头水库特大桥（主跨300m预应力混凝土斜拉桥）、三插溪特大桥（主跨170m连续刚构桥）、湖州浮玉大桥（主跨228m斜拉-悬索组合体系桥）、杭绍台杭甬运河桥（主跨105m下承式系杆拱桥）、章后隧道（全长4252m特长隧道）、申嘉湖西西延边坡群（最大长度168m，最大高度30m，最大层级4级）等。先后参加4项省厅课题研究，目前均已通过鉴定，成果达到国内领先水平，相应成果在后续多个项目中应用，社会经济效益突显；另有3项省厅课题研究工作正在开展中。《桥梁结构振动疲劳性能劣化机理与精准维护关键技术及工程应用》获得中国振动工程学会科学技术奖一等奖。结合工作实践及课题研究，撰写并发表专业论文4篇，组织申报并获得实用新型专利4项、软件著作权8项。

在前期研究工作中，乔仲发高级工程师基于其丰富的工程检测经验，总结了项目组研发的传感器存在的问题，为钢筋锈蚀监测系统在实际工程中的应用提供了新的研究方向。在本项目中，乔仲发高级工程师将负责钢筋锈蚀监测系统的工程验证工作，并针对工程建设单位的建议对钢筋锈蚀监测系统提出优化建议。

张帼一，浙江农林大学，讲师。长期致力于钢筋混凝土结构耐久性、低碳绿色建筑材料的研发与性能表征、海洋环境下混凝土中钢筋锈蚀机理等方面的研究工作。2017年6月于浙江大学建筑工程学院成本科学业，2022年6月于浙江大学结构工程专业获博士学位。2022年7月起在浙江农林大学任教。作为课题负责人主持了浙江省工程结构与防灾减灾技术研究重点实验室开放基金项目、广东省城市生命线工程智慧防灾与应急技术重点实验室开放课题资助项目等科研项目，同时作为课题骨干参与了后勤军队开放研究项目、浙江省基础公益研究计划等科研项目。已经在《Corrosion Science》《Construction and Building Materials》等国内外高水平期刊发表SCI论文27篇，其中以第一作者或通讯作者发表SCI论文23篇，以第一作者或通讯作者在中科院一区Top期刊上发表SCI论文6篇，以通讯作者发表ESI高被引论文1篇，并授权实用新型专利一项。兼任《Cement and Concrete Composites》等5个国际期刊特约审稿人。

在前期研究工作中，张帼一讲师参与了钢筋锈蚀传感器的数值建模，基于磁介质理论分析了材料特性对传感器测量敏感性的影响。张帼一讲师建立的数值模型为钢筋锈蚀传感器的初步设计奠定了基础。在本项目中，张帼一讲师将基于项目团队提出的钢筋锈蚀传感器的设计思路建立相应的数值模型，通过对传感器的数值模拟验证并调整设计方案。

倪进华，上海邻海腾高科技发展有限公司总经理，高级工程师，一级建造师。公司主要从事科创投资、创业咨询培训、项目申报、法律财税、知识产权、技术成果转化、金融投资、企业孵化全面、专业、持续的服务。在上海运营“企孚会科创服务”与“杨行镇心联新众创空间”两个科创服务平台两个，培育创业项目近二十个。近期重点推进两大科技创新项目。在医疗技术领域，主导可控可视双腔支气管导管的产业化进程，该创新型医疗器械已通过三类产品型式检验，具备可视化插管定位与双通道精准给氧技术优势。在环保科技方向，战略投资浙江大学建工学院牵头的污泥处理智能装备研发项目，其核心技术采用微波活化耦合机械强化的脱水工艺，成功开发出日处理量50吨级的高效干化-资源化一体化机器人系统。

（4）本成果转化的联系老师：姓名：  田野   ，邮箱： cetianye@zju.edu.cn     ，手机/微信： 13858105817