[發(fā)明專利]一種用于監(jiān)測(cè)混凝土碳化深度的光纖傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110342484.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN112964640A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐福建;林思雨;胡嘉良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/01
• 分類號(hào): G01N21/01;G01N21/25
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于監(jiān)測(cè)混凝土碳化深度的光纖傳感器，包括FP光纖，滑動(dòng)活塞桿，不銹鋼外殼和對(duì)pH值敏感的高分子聚合物。所述傳感器基于多光束干涉原理且結(jié)合利用了pH響應(yīng)聚合物的性質(zhì)，通過(guò)監(jiān)測(cè)不同腔長(zhǎng)條件下法布里?鉑羅腔反射光譜信號(hào)的變化，間接監(jiān)測(cè)混凝土保護(hù)層碳化深度隨時(shí)間的變化以及混凝土保護(hù)層沿深度方向的碳化狀況。該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)混凝土保護(hù)層碳化深度的長(zhǎng)期、無(wú)損、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，測(cè)量精度較高，具有制作相對(duì)簡(jiǎn)單、體積小、強(qiáng)度大，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，易于推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測(cè)混凝土碳化深度(pH值)的光纖傳感器，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土保護(hù)層碳化深度的監(jiān)測(cè)。

背景技術(shù)

鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素之一，其嚴(yán)重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)服役期間的安全性。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土保護(hù)層主要作用就是保護(hù)鋼筋免受外界環(huán)境中侵蝕物質(zhì)的影響。水泥在水化過(guò)程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土孔隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，使鋼筋表面生成難溶的致密的三氧化二鐵和四氧化三鐵，稱為鈍化膜。鈍化膜可以保護(hù)鋼筋，減緩鋼筋被侵蝕的速率。

鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕損傷綜述中表述混凝土碳化時(shí)，鋼筋表面的鈍化膜會(huì)被破壞。實(shí)際上：隨著空氣中二氧化碳?xì)怏w通過(guò)硬化混凝土細(xì)孔滲透到混凝土內(nèi)，其與堿性物質(zhì)(氫氧化鈣)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽(如碳酸鈣)和水，即發(fā)生碳化。碳化使混凝土的堿度降低，鋼筋表面鈍化膜變薄并逐漸消失，失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。在水與空氣存在的條件下，鋼筋發(fā)生銹蝕，導(dǎo)致體積膨脹，進(jìn)而引起混凝土保護(hù)層開裂直到混凝土剝落，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的耐久性。

如果能較早監(jiān)測(cè)到混凝土保護(hù)層的碳化深度，并及時(shí)的診斷和修復(fù)，能大大提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性，從而減小經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土保護(hù)層碳化深度，能夠?yàn)樵u(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的剩余壽命提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和服役期間的安全性具有較大的工程實(shí)踐意義。

龐崇安等人的海港碼頭鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測(cè)與評(píng)估中的的檢測(cè)混凝土碳化深度方法是先在測(cè)區(qū)表面鑿一個(gè)直徑為20mm、深約80mm的孔洞，然后除凈孔洞中的粉末和碎屑，立即用1％酚酞酒精溶液滴在孔洞邊緣處，測(cè)量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離多次，取其平均值，該距離即為混凝土的碳化深度值。該測(cè)量方法除實(shí)施麻煩，耗費(fèi)很多人力和時(shí)間以外，精度也較低，同時(shí)測(cè)量過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷，而且無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的連續(xù)的碳化深度監(jiān)測(cè)。

光纖傳感器具有尺寸小，重量輕，抗電磁干擾，抗腐蝕性強(qiáng)，監(jiān)測(cè)精度高并能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)等一系列優(yōu)點(diǎn)，用光纖傳感器監(jiān)測(cè)混凝土保護(hù)層碳化深度具有顯著的優(yōu)勢(shì)，有希望解決當(dāng)前混凝土保護(hù)層碳化深度監(jiān)測(cè)技術(shù)中存在的諸多問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于監(jiān)測(cè)混凝土碳化深度(pH值)的光纖傳感器，該傳感器的最大特點(diǎn)是對(duì)周圍環(huán)境pH值的改變非常敏感，可以通過(guò)反應(yīng)外界pH值的變化間接監(jiān)測(cè)混凝土保護(hù)層的碳化深度。這種基于法布里—鉑羅腔的混凝土碳化深度監(jiān)測(cè)傳感器制作簡(jiǎn)單，可以無(wú)損、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)混凝土保護(hù)層碳化深度的變化，從而合理評(píng)估結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命，保證結(jié)構(gòu)的安全性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于監(jiān)測(cè)混凝土碳化深度的光纖傳感器，包括滑動(dòng)活塞桿1、不銹鋼外殼2、FP光纖3、小孔4和化學(xué)反應(yīng)區(qū)域5；

所述的滑動(dòng)活塞桿1包括可反光的端面6和分割出化學(xué)反應(yīng)區(qū)域5的滑動(dòng)活塞9；

所述的不銹鋼材外殼2在位于化學(xué)反應(yīng)區(qū)域5的外部開有小孔4，以保證光纖傳感器外部的酸堿性離子充分進(jìn)入光纖傳感器內(nèi)部，并與對(duì)pH值敏感的高分子聚合物10接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

所述的FP光纖3與滑動(dòng)活塞桿1的反光端面6形成法布里—鉑羅腔；