[發明專利]光纖錨桿腐蝕傳感器

無效

• 申請號: 201310204801.5
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103323385A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 趙雪峰;孫長森;李冬生;巴勤;歐進萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術領域

本發明屬于巖土工程技術領域，涉及到鋼筋類和鋼絞線類錨桿的腐蝕監測，特別涉及到光纖傳感的應變監測的技術，將光纖纏繞在錨桿上，測量錨桿因銹蝕產生的膨脹應變，實現對錨桿鋼筋或鋼絞線的腐蝕程度的定量監測。

背景技術

作為邊坡及巷道支護的一種經濟而有效的方式，錨桿在工程中得到了廣泛的應用，鋼筋類和鋼絞線類錨桿則是常見的兩類錨桿。自上世紀60年代以來，我國的許多鐵路隧道、國防人防坑道、電站地下廠房、巖土高邊坡、港口岸坡、橋墩涵洞和基坑工程中大量地使用著錨桿。隨著使用年限的增長，錨桿成為工程中的“定時炸彈”，對整個工程的安全有十分重要的作用。因此，提高錨桿耐久性，掌握其安全狀況，是十分關鍵的科學問題。

錨桿通過性狀差異的地層，在地層和地下水中的腐蝕介質作用下，錨桿很容易發生腐蝕，成為其耐久性降低的一個重要原因。至今，國內外錨桿腐蝕破壞現象時有發生。國內，安徽梅山水庫的預應力錨桿使用八年后，發現三個孔內部分鋼絲因應力腐蝕而斷裂。西南地區某邊坡的預應力錨桿使用十年后也發現部分錨桿的錨頭處預應力筋出現銹跡。國外，法國朱克斯壩有幾根錨桿預應力鋼絲僅試使用幾個月之后，就因為高拉伸應力狀態下的腐蝕作用而發生斷裂。英國泰晤士河畔的一個碼頭，采用預應力錨桿背拉的鋼板樁工程。在使用21年后，因為錨桿的鋼絞線銹蝕，導致預應力筋斷裂，發生了鋼板樁向外傾斜30米的嚴重事故。因此，解決好錨桿腐蝕問題對于錨固技術的應用和發展有著重要的作用。

錨桿腐蝕受環境、材料和施工等多種因素影響。目前常見的一些防腐措施也是從這三個方面著手。在錨桿的材料選用上，優先選用質量可靠的鋼材和其他材料，避免使用含鹵離子的早強劑或其它添加劑。如張一峰發明了一種耐腐蝕纖維錨桿（專利公開號：CN201043272），據稱其抗腐蝕性能優良。在施工過程上，控制砂漿的水灰比或漿液濃度，注漿時注意采取有效措施使握裹體均勻、連續和密實，并盡可能采用二次注漿，或在漿液中添加適量減水劑，提高錨固體的密實度和抗滲性。并且，可以采用一些構造性措施，蔣楚生等發明了腐蝕地層鋼筋錨桿防腐構造（專利公開號：CN101514634），通過在錨桿桿體上在其表層外沿徑向間隔設置環形金屬網，防止鋼筋錨桿的腐蝕。另外，還可以通過采用套管或一些丙烯酸樹酯、瀝青、改性環氧瀝青涂料或防銹漆等進行防腐處理。朱益軍等發明了一種防漏漿防腐蝕的錨桿（專利公開號：CN102720196A），通過在錨桿上包裹套袋的方式，提高注漿質量和防腐能力。

這些方法和手段一定層度上抑制了腐蝕的發展，但是，對于實際復雜多變的工程情況，仍然難以統一有效地防止腐蝕的發生。因而，除了采用一般性的防腐措施外，利用檢測或監測的手段，隨時了解錨桿的腐蝕程度，判定錨桿的耐久性狀況，對于整個工程來說是有重要意義。但是，目前，這方面的研究還比較少。

發明內容

本發明的目的是提供一種有效的光纖錨桿腐蝕監測傳感器。該腐蝕傳感器應用光纖傳感的應變監測的技術，實現對鋼筋類及鋼絞線類錨桿的易發生銹蝕的部位進行銹蝕的定量監測。該傳感器具有良好的精度和耐久性，可以實現長期的穩定監測，能滿足工程需要。

本發明的技術方案如下：

該錨桿腐蝕傳感器結構包括：光纖銹蝕膨脹監測單元、光纖光柵溫度補償單元和光纖光柵應力修正單元。本發明針對鋼筋類及鋼絞線類錨桿的銹蝕監測問題，對于兩類錨桿，傳感器設置基本相同。下文以鋼筋錨桿為例進行說明，其敘述可同樣適用于鋼絞線類錨桿。

光纖銹蝕膨脹監測單元由多孔介質墊層（如水泥砂漿或透氣膠帶等）、裸光纖纏繞層、外覆水泥砂漿保護層和鎧裝信號傳輸光纜組成。首先，為了防止光纖直接纏繞時鐵銹容易擠出，同時也為了增大光纖的纏繞半徑，減小光損，在錨桿銹蝕監測處包裹一層多孔介質墊層。然后，將裸光纖緊密地一圈圈纏繞在此墊層表面，形成光纖纏繞層。為了保證纏繞線圈與圓柱體表面緊密結合，需要在纏繞過程中，對光纖施加適量的預張拉應力。緊接著，在光纖纏繞層外又包裹一層水泥砂漿層，作為傳感器的封裝，保護光纖不受外部環境損壞。裸光纖和一段鎧裝光纜連接，后者將光纖監測到的應變信號安全的傳輸出去。

光纖銹蝕膨脹監測單元可以監測錨桿的橫截面的環向及徑向應變，此應變主要由于錨桿的銹蝕膨脹引起的，但是光纖監測的應變信號同時也受到環境溫度的改變和錨桿由于受軸向拉力產生的徑向應變的影響，故需要另外設置溫度補償單元和應變修正單元。