[發明專利]用于混凝土結構的現場水化監視和損傷檢測的系統和方法及其使用的傳感器

有效

• 申請號: 201210117329.7
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN102749386A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 李宗津;陸有源;湯盛文
• 申請（專利權）人: 香港科技大學
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07;G01N29/11;G01N29/34;G01H11/08
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 武晨燕;遲姍

技術領域

本發明涉及一種用于混凝土結構的現場水化監視和損傷檢測的系統和方法及其使用的傳感器，更具體地，本發明涉及一種利用超聲波技術進行混凝土結構的現場水化監視和損傷檢測的系統和方法，以及用于該系統和方法的傳感器。

背景技術

在有水的情況下，水泥顆粒中的各種化合物將會水化形成新的化合物，這些化合物逐步形成混凝土結構中硬化的水泥漿的基層結構。水泥中的C₃S和C₂S形成最重要的強度貢獻物，水化硅酸鈣，其非晶質的特性是眾所周知的。它們的反應還產生帶有與眾不同的六邊形片狀形態的氫氧化鈣。C₃A、硫酸鹽和水形成名為硫化鋁酸鈣的六邊形晶體。通常，它們被觀察到呈長的細長針狀。除了水化化合物之外，微孔是水化混凝土結構的另一個主要部分。根據它們的尺寸，微孔可被分類為凝膠微孔、毛細管微孔和圈閉微孔。水化化合物和微孔結構組成水化混凝土結構的基本微觀結構。由于混凝土結構的微觀結構確定其機械特性，所以目前做出了大量努力來研究和評估混凝土結構水化期間的微觀結構發展的過程和機理。

已經有多種方法來探查早期混凝土結構的微觀結構變化。由于在混凝土結構水化期間的化學反應會引起混凝土結構溫度的上升，因而，混凝土結構的溫度表明了水化的程度。當混凝土結構的溫度下降時，就認為其水化程度接近穩定程度。因此，可以采用溫度監視方法來探測混凝土結構的微觀結構變化。此外，非接觸式電阻率方法由Li等人引入以評估早期混凝土結構的水化過程(參見Z.Li，X.Wei，W.Li，“Preliminary?Interpretation?of?Portland?Cement?Hydration?Process?using?Resistivity?Measurements”，ACIMaterials?Journal，100(3)，253-257(2003))。已經發現非接觸式電阻率測量適合于處于非常早的時期的混凝土結構的詳細監視，因為它對液體與孔隙溶液中的離子濃度和遷移率十分敏感，并且各種截然不同的水化階段能被識別出來(參見L.Xiao，Z.Li，“Early-age?Hydration?of?Fresh?Concrete?Monitored?by?Non-contact?Electrical?Resistivity?Measurement”，Cement?and?Concrete?Research，Volume?38，Issue?3，March?2008，Pages?312-319)。

此外，Sayers和Dahlin討論了連續測量超聲壓縮波的速度和幅度以反映水泥漿微觀結構發展的演變的可能性(參見C.Sayers，A.Dahlin，“Propagation?of?Ultrasound?Through?Hydrating?Cement?Pastes?at?Early?Times”，Advanced?Cement?Based?Materials，1993；1：12-21)。基于它們的結果，水泥漿的微觀結構發展被看待為在沒有體積消失和剪切模量的情況下從不規則形狀水泥顆粒的粘性懸浮液到多孔彈性固體的過程。受該思想的啟發，Grosse等人制造和改進了一系列的超聲波測試裝置，旨在表現水泥基材料的水化過程的特性(參見C.Grosse，“About?the?Improvement?of?US?Measurement?Techniques?for?the?Quality?Control?of?Fresh?Concrete”，Otto-Graf-Journal，Vol.13，2002)。Ye等人借助于HYMOSTRUC模型仿真和超聲波脈沖速度測量研究了水泥基材料的微觀結構的發展(參見G.Ye，P.Lura，K.Breugel，A.Fraaij，“Study?on?the?Development?of?the?Microstructure?in?Cement-based?Materials?by?means?of?Numerical?Simulation?and?Ultrasonic?Pulse?Velocity?Measurement”，Cement?and?Concrete?Composites，26(2004)491-497)，他們清楚地識別并生動地說明了微觀結構發展和滲透概念。此外，相比傳統的非接觸式復電阻率監視方法和溫度監視方法，超聲波水化監視方法能更令人滿意地探查早期混凝土的微觀結構發展和水化程度。