專利名稱：混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及分析及測(cè)量控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)類型之一。影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素較為復(fù)雜，它們之間又有相互耦合作用。大量的工程結(jié)構(gòu)病害研究表明，鋼筋銹蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最主要因素。Mehta教授指出:“當(dāng)今世界，混凝土結(jié)構(gòu)破壞的原因，按重要性遞減的順序是:鋼筋銹蝕，寒冷氣候下的凍害，侵蝕環(huán)境的物理、化學(xué)作用”。由鋼筋銹蝕引起的混凝土結(jié)構(gòu)過早破壞，已成為全世界普遍關(guān)注并日益突出的一大災(zāi)害。特別是在沿海、近海及特種橋梁等使用環(huán)境中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可能因?yàn)殇摻钿P蝕而喪失其耐久性，并導(dǎo)致鋼筋混凝土構(gòu)件承載能力的下降和延性的降低，最終造成結(jié)構(gòu)不能達(dá)到預(yù)定的服役年限而提前失效。因此及早掌握混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕狀況，采取預(yù)防措施防止銹蝕的進(jìn)一步加劇，對(duì)延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命意義重大。傳統(tǒng)的鋼筋銹蝕現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)一般分為破損檢測(cè)和非破損檢測(cè)兩種。破損檢測(cè)，方法比較直觀和準(zhǔn)確，可以定性定量判斷局部區(qū)域處鋼筋腐蝕程度，鋼筋但比較費(fèi)時(shí)，費(fèi)力，對(duì)建筑物或構(gòu)件會(huì)造成一定程度的破壞。非破損檢測(cè)又可以分為物理法和電化學(xué)法兩大類。物理法主要通過測(cè)定鋼筋銹蝕引起電阻、電磁、熱傳導(dǎo)、聲波傳播等物理特性的變化來反映鋼筋銹蝕情況用于混凝土中鋼筋銹蝕檢測(cè)的物理方法有電阻棒法、渦流探測(cè)法、射線法、聲發(fā)射探測(cè)法及紅外熱像法等，物理方法目前主要停留在實(shí)驗(yàn)室階段，用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程相對(duì)較少。電化學(xué)方法通過測(cè)定鋼筋混凝土腐蝕體系的電化學(xué)特性來確定混凝土中鋼筋銹蝕程度或速度。較常用的電化學(xué)方法有三種:自然電位法、交流抗譜法和極化測(cè)量技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，米用光纖光柵傳感器不僅精度高，輸出范圍寬，體積小，耐久性好，更重要的其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)普通混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。下面對(duì)應(yīng)用光纖光柵技術(shù)監(jiān)測(cè)鋼筋銹蝕的研究現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)介:2006年，嚴(yán)云等基于混凝土中鋼筋腐蝕后體積變化的事實(shí)，提出一種用于測(cè)量混凝土中鋼筋腐蝕的新型傳感器，并進(jìn)行了將光纖光柵拉伸后固定在圓形鋼筋的表面，放入腐蝕溶液中加速鋼筋腐蝕的試驗(yàn)。2008年，李俊等基于光纖光柵應(yīng)變中心波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生漂移的原理，設(shè)計(jì)了光纖Bragg光柵腐蝕傳感器。通過將鋼筋放在兩不銹鋼凹槽內(nèi)，對(duì)其采用恒流儀通電加速銹蝕，并且布設(shè)一根光柵用AB膠粘貼在兩不銹鋼支座表面，另外單獨(dú)放置一根自由狀態(tài)的光柵，測(cè)量由于溫度引起的應(yīng)變，從而分離出鋼筋銹蝕體積膨脹所引起的光柵應(yīng)變。2009年，李俊等又提出了一種新型測(cè)量鋼筋銹蝕的雙筋腐蝕光柵傳感器。該傳感器將光纖布拉格光柵粘貼固定于兩根緊密排列的鋼筋上表面。當(dāng)鋼筋銹蝕后，體積膨脹而使光纖光柵產(chǎn)生拉伸應(yīng)變，光纖光柵的反射光波長(zhǎng)將發(fā)生變化，所以通過測(cè)量光纖光柵的波長(zhǎng)能夠間接反映鋼筋銹蝕程度。2010年，李俊等再次提出了一種新的鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器及溫度補(bǔ)償方法。在兩根緊靠的鋼筋中心附近粘貼光纖光柵，鋼筋腐蝕體積膨脹，致使光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變，通過布設(shè)一個(gè)鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器來監(jiān)測(cè)由于鋼筋腐蝕和溫度變化引起的光柵應(yīng)變，同時(shí)單獨(dú)布設(shè)一個(gè)不銹鋼光纖光柵傳感器來測(cè)量溫度引起的光柵應(yīng)變，可分離出鋼筋由于腐蝕所引起的體積變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋腐蝕程度及速率的監(jiān)測(cè)。2011年，劉宏月等設(shè)計(jì)了一種基于折射率測(cè)量的長(zhǎng)周期光纖光柵鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)傳感器。將鋼筋固定在開有孔洞的不銹鋼基座上，基座內(nèi)填充酚醛樹脂，長(zhǎng)周期光纖光柵傳感器探頭與待測(cè)鋼筋分開4 6mm的距離，避免由于銹蝕帶來的鋼筋體積膨脹對(duì)長(zhǎng)周期光纖光柵傳感器探頭的影響，通過試驗(yàn)可得到長(zhǎng)周期光纖光柵諧振峰波長(zhǎng)與混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕程度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。相關(guān)文獻(xiàn)提出了不同的技術(shù)方法對(duì)鋼筋銹蝕進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并論證了其可行性。但是，嚴(yán)云提出的傳感器和李俊提出的雙筋腐蝕光柵傳感器是將光纖光柵固定在鋼筋上直接進(jìn)行鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)，這就對(duì)鋼筋的預(yù)處理和施工過程中的鋼筋保護(hù)有著更高的要求，且不便于布設(shè)傳感器，同時(shí)增加了監(jiān)測(cè)的難度。另外，嚴(yán)云和劉宏月所做的試驗(yàn)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)所處的環(huán)境并非處在混凝土中，由于所處環(huán)境的差別，可能導(dǎo)致鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)結(jié)果存在一定的差別。因此有待進(jìn)一步從理論上研究用光纖光柵監(jiān)測(cè)鋼筋銹蝕的可行性和提出更方便布設(shè)與監(jiān)測(cè)鋼筋銹蝕的技術(shù)，并發(fā)展實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于新建的混凝土結(jié)構(gòu)，特別是重大工程結(jié)構(gòu)是十分必要的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種測(cè)試結(jié)果精度高、可靠性好、長(zhǎng)期實(shí)時(shí)在線監(jiān)控且便于布設(shè)的混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置；并根據(jù)鋼筋銹蝕的機(jī)理及其對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，建立有效的鋼筋銹蝕識(shí)別方法，確定銹蝕損傷識(shí)別敏感參數(shù)，最終形成一種混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)方法。為解決上 述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:應(yīng)用光纖光柵應(yīng)變傳感器通過對(duì)混凝土保護(hù)層測(cè)定其由于鋼筋銹蝕產(chǎn)物產(chǎn)生的銹脹力引起的拉應(yīng)變，可推導(dǎo)出鋼筋銹蝕速率及鋼筋銹蝕初始腐蝕時(shí)間h，以實(shí)現(xiàn)間接的監(jiān)測(cè)鋼筋銹蝕狀況:一是根據(jù)鋼筋銹蝕的機(jī)理及其對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，建立有效的鋼筋銹蝕識(shí)別方法，確定銹蝕損傷識(shí)別敏感參數(shù)；二是選用合適的光纖光柵傳感器，保證準(zhǔn)確可靠地獲取識(shí)別參數(shù)。具體技術(shù)方案如下:設(shè)計(jì)一種混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置，包括光纖光柵應(yīng)變傳感器、信號(hào)處理單元、不銹鋼斜面支架、至少三只光纖光柵應(yīng)變傳感器及導(dǎo)線，所述光纖光柵應(yīng)變傳感器依次布設(shè)在所述斜面支架的斜面上，其中，離待測(cè)鋼筋最近的光纖光柵應(yīng)變傳感器的底面與該待測(cè)鋼筋的距離為5 10mm，離混凝土保護(hù)層表面最近的光纖光柵應(yīng)變傳感器的頂面離該混凝土保護(hù)層表面的距離為5 10mm，其余光纖光柵應(yīng)變傳感器沿所述斜面支架的斜面方向布設(shè)在上述兩光纖光柵應(yīng)變傳感器之間，各光纖光柵應(yīng)變傳感器采集所得信號(hào)經(jīng)由導(dǎo)線送至信號(hào)處理單元。所述光纖光柵傳感器的標(biāo)準(zhǔn)量程:±1500// ε , 非線性度:直線:< 0.5%FS ;多項(xiàng)式:彡0.1% F.S.;靈敏度:0.025% F.S.;溫度范圍:_ 20 +80°C ;外形尺寸:Φ10_Χ (儀器長(zhǎng)度因量程不同而異)；傳遞桿為不銹鋼測(cè)桿。[0012]所述斜面支架的斜面傾角為10° 15°，其由不銹鋼制作而成。利用上述監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)的方法，包括如下步驟:(I)將上述混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置中的光纖光柵應(yīng)變傳感器及斜面支架預(yù)埋設(shè)于混凝土結(jié)構(gòu)中，斜面支架順主筋方向布設(shè)，且使斜面支架底邊與鋼筋相貼合，設(shè)置在離待測(cè)鋼筋最近的光纖光柵應(yīng)變傳感器的底面與該待測(cè)鋼筋的距離為5 10mm，離混凝土保護(hù)層表面最近的光纖光柵應(yīng)變傳感器的頂面離該混凝土保護(hù)層表面的距離為5 10_，其余光纖光柵應(yīng)變傳感器沿所述斜面支架的斜面方向布設(shè)在上述兩光纖光柵應(yīng)變傳感器之間，相鄰各光纖光柵應(yīng)變傳感器的間距為50 IOOmm ；(2)鋼筋開始銹蝕的時(shí)刻為初始腐蝕時(shí)間，記為t0 ;在離待測(cè)鋼筋最近的光纖光柵應(yīng)變傳感器開始產(chǎn)生應(yīng)變的時(shí)刻記為h ;任選一在中間部位的光纖光柵應(yīng)變傳感器，記錄其開始產(chǎn)生應(yīng)變的時(shí)刻t2;將離混凝土保護(hù)層表面最近的光纖光柵應(yīng)變傳感器開始產(chǎn)生應(yīng)變的時(shí)刻記為t3 ;在時(shí)刻，經(jīng)由離待測(cè)鋼筋最近的光纖光柵應(yīng)變傳感器測(cè)定出其所在位置處混凝土的拉應(yīng)變g，根據(jù)下述胡克定律公式求出該處混凝土的應(yīng)力ο1:
權(quán)利要求1.一種混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置，包括光纖光柵應(yīng)變傳感器、信號(hào)處理單元及導(dǎo)線，其特征在于，還包括不銹鋼斜面支架、至少三只光纖光柵應(yīng)變傳感器，所述光纖光柵應(yīng)變傳感器依次布設(shè)在所述斜面支架的斜面上，其中，離待測(cè)鋼筋最近的光纖光柵應(yīng)變傳感器的底面與該待測(cè)鋼筋的距離為5 10mm，離混凝土保護(hù)層表面最近的光纖光柵應(yīng)變傳感器的頂面離該混凝土保護(hù)層表面的距離為5 10mm，其余光纖光柵應(yīng)變傳感器沿所述斜面支架的斜面方向布設(shè)在離待測(cè)鋼筋最近的光纖光柵應(yīng)變傳感器與離混凝土保護(hù)層表面最近的光纖光柵應(yīng)變傳感器之間，各光纖光柵應(yīng)變傳感器采集所得信號(hào)經(jīng)由導(dǎo)線送至信號(hào)處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述光纖光柵傳感器的標(biāo)準(zhǔn)量程:± 1500// ε ;非線性度:直線■.( 0.5% F.S.;多項(xiàng)式■.( 0.1% F.S.；靈敏度:0.025% F.S.;溫度范圍:-20 +80°C ;外形尺寸:Φ IOmmX L，儀器長(zhǎng)度因量程不同而異；傳遞桿為不銹鋼測(cè)桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述斜面支架的斜面傾角為10° 15° ，其由不銹鋼材料制作而成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置。該裝置包括光纖光柵應(yīng)變傳感器、信號(hào)處理單元、不銹鋼斜面支架、至少三只光纖光柵應(yīng)變傳感器及導(dǎo)線，所述光纖光柵應(yīng)變傳感器依次布設(shè)在所述斜面支架的斜面上，各光纖光柵應(yīng)變傳感器采集所得信號(hào)經(jīng)由導(dǎo)線送至信號(hào)處理單元；本實(shí)用新型應(yīng)用特定方法布置的光纖光柵應(yīng)變傳感器測(cè)定混凝土保護(hù)層中由于鋼筋銹蝕產(chǎn)物產(chǎn)生的銹脹力引起的拉應(yīng)變，推導(dǎo)出鋼筋銹蝕速率及鋼筋銹蝕初始腐蝕時(shí)間t0，以實(shí)現(xiàn)間接的監(jiān)測(cè)鋼筋銹蝕狀況。本實(shí)用新型鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置便于布設(shè)，測(cè)試結(jié)果精度更高，可靠性更好，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)普通混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，而且是一種非破損性監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N33/38GK203053966SQ20122061562
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者趙 卓, 李大望, 曾力, 申磊, 郝志超 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)