[發明專利]一種混凝土內部水分和氯離子同步傳輸感知裝置

在審

• 申請號: 202110302088.2
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113075390A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 田玉鵬;張鵬;鮑玖文;崔祎菲;薛善彬
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G01N33/38
• 分類號: G01N33/38
• 代理公司: 青島匯智海納知識產權代理有限公司 37335
• 代理人: 王丹丹

本發明公開一種混凝土內部水分和氯離子同步傳輸感知裝置，包括電信號控制模塊、多梯度原位監測傳感器、電信號采集模塊和數據分析與儲存模塊，通過對多梯度原位監測傳感器基于電學和電化學原理進行設計，用于原位測試混凝土內部水分和氯離子同步傳輸的監測；依據不同含水量試塊的介電常數的差異，可直接測量混凝土電容值表征混凝土中水分滲透過程，通過設置多梯度傳感器，監測混凝土中水分和氯離子的傳輸過程，得到水分和氯離子傳輸的速度和深度，為進一步揭示混凝土內部水分和氯離子同步傳輸機理提供了試驗依據，本方案結構設計原理簡單，受環境影響作用小，測試結果迅速，測試結果穩定、可靠，具有較高的實用價值和推廣價值。

技術領域

本發明屬于土木工程材料性能測試設備技術領域，具體涉及一種混凝土內部水分和氯離子同步傳輸感知裝置。

背景技術

當前，鋼筋混凝土是全世界范圍內使用量最大的建筑材料，但混凝土結構常因耐久性不足而達不到設計使用年限，對于極端環境下服役的混凝土，如海工混凝土，往往面臨更加嚴重的耐久性問題，新建橋梁和海港混凝土結構使用不到15年就會出現嚴重的耐久性劣化。

研究結果顯示，海工混凝土的耐久性劣化往往與水和Cl^-離子的傳輸有關?；炷帘旧硎且环N多孔、親水的材料，外界水分可通過毛細吸收作用進入混凝土內部，同時攜帶大量可溶性有害介質，如氯離子、二氧化碳、硫酸根離子等。雖然水分運輸外界有害物質進入混凝土，但是相關研究顯示水分的滲透深度與氯離子的侵入深度并不一致，有害物質的傳輸速度和侵入的深度都低于水，不同物質的傳輸速度也不相同。

氯離子可改變混凝土的酸堿度，溶解鋼筋鈍化膜，是引起鋼筋混凝土耐久性劣化的主要原因之一，研究氯離子傳輸的機理及過程對提高沿?；炷两Y構耐久性具有重要意義。一般來說，外界環境中的氯化物首先溶解在水中，在混凝土毛細吸收的作用下由水分攜帶進入混凝土表層。由于混凝土的“過濾”效應，水分率先進入更深層的混凝土，氯離子在混凝土表層聚集，氯離子濃度逐漸升高，在濃度梯度力的作用下，氯離子向更深層次的混凝土擴散。但是氯離子進一步擴散受到多種因素的影響，如氯離子濃度、水分滲透速度、水分分布等因素的影響，而目前不存在針對檢測水分和氯離子同步傳輸的感知裝置。國內外諸多專家和學者嘗試揭示水分非同步傳輸機理，然而目前沒有可靠方法能同時有效掌握實際水分和內部離子傳輸的過程。混凝土內部含水率一般可通過相對濕度進行表征，通常采用濕度傳感器監測混凝土內部濕度，常見傳感器包括：電阻型濕敏傳感器、電容型濕敏傳感器等濕敏傳感器。但濕敏元件的線性度及環境污染性差，在監測環境濕度時，濕敏傳感器需長期暴露在混凝土內部高堿性環境中，易被污染而影響其測量精度及長期穩定性。而且，實際安裝過程復雜，由于傳感器技術等原因，不同學者對于混凝土內部相對濕度的測量結果差異較大。通過已有傳感器很難實現混凝土的全壽命監測，特別是傳感器易在澆筑過程中發生破壞。混凝土濕度測量一直是國際公認的難題。

對于混凝土中氯離子含量的測定，根據取樣方式可分為有損檢測和無損檢測。常見測試方法：離子色譜法、化學滴定法、分光光度法等為有損檢測，樣品處理過程復雜。無損檢測中，銀/氯化銀傳感器作為離子選擇電極對溶液中氯離子表現為良好的能斯特響應，可根據電極電位變化直接得到混凝土溶液中氯離子的濃度。而且銀/氯化銀電極對氯離子濃度響應快速，能在極短的時間內得到氯離子的濃度。

水分非同步傳輸機理是掌握混凝土結構耐久性劣化原理的重要一環，有利于準確預測結構的服役壽命和采取及時的修復措施。國內外諸多專家和學者嘗試揭示水分非同步傳輸機理，然而目前沒有可靠方法能同時有效掌握實際水分和內部離子傳輸的過程。

發明內容

本發明針對現有混凝土內部水分和氯離子非同步傳輸研究的方法的缺失，提出一種混凝土內部水分和氯離子同步傳輸感知裝置，并配套研發設計了一種多梯度、原位監測傳感器，本發明提供的方法及裝置具有操作簡單、測試結果精確的特點，可實現混凝土原位水分和氯離子同步傳輸的監測。