专利名称：混凝土结构中钢筋锈蚀监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及分析及测量控制技术领域，具体涉及一种混凝土结构中钢筋锈蚀监测装置。
背景技术：
钢筋混凝土结构是土木工程中应用最为广泛的结构类型之一。影响混凝土结构耐久性的因素较为复杂，它们之间又有相互耦合作用。大量的工程结构病害研究表明，钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的最主要因素。Mehta教授指出:“当今世界，混凝土结构破坏的原因，按重要性递减的顺序是:钢筋锈蚀，寒冷气候下的冻害，侵蚀环境的物理、化学作用”。由钢筋锈蚀引起的混凝土结构过早破坏，已成为全世界普遍关注并日益突出的一大灾害。特别是在沿海、近海及特种桥梁等使用环境中，钢筋混凝土结构可能因为钢筋锈蚀而丧失其耐久性，并导致钢筋混凝土构件承载能力的下降和延性的降低，最终造成结构不能达到预定的服役年限而提前失效。因此及早掌握混凝土结构中钢筋的锈蚀状况，采取预防措施防止锈蚀的进一步加剧，对延长混凝土结构的使用寿命意义重大。传统的钢筋锈蚀现场检测技术一般分为破损检测和非破损检测两种。破损检测，方法比较直观和准确，可以定性定量判断局部区域处钢筋腐蚀程度，钢筋但比较费时，费力，对建筑物或构件会造成一定程度的破坏。非破损检测又可以分为物理法和电化学法两大类。物理法主要通过测定钢筋锈蚀引起电阻、电磁、热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋锈蚀情况用于混凝土中钢筋锈蚀检测的物理方法有电阻棒法、涡流探测法、射线法、声发射探测法及红外热像法等，物理方法目前主要停留在实验室阶段，用于现场实际工程相对较少。电化学方法通过测定钢筋混凝土腐蚀体系的电化学特性来确定混凝土中钢筋锈蚀程度或速度。较常用的电化学方法有三种:自然电位法、交流抗谱法和极化测量技术。相对于传统的检测方法，米用光纤光栅传感器不仅精度高，输出范围宽，体积小，耐久性好，更重要的其可以实现对普通混凝土结构的长期实时在线监控。下面对应用光纤光栅技术监测钢筋锈蚀的研究现状进行简介:2006年，严云等基于混凝土中钢筋腐蚀后体积变化的事实，提出一种用于测量混凝土中钢筋腐蚀的新型传感器，并进行了将光纤光栅拉伸后固定在圆形钢筋的表面，放入腐蚀溶液中加速钢筋腐蚀的试验。2008年，李俊等基于光纤光栅应变中心波长会发生漂移的原理，设计了光纤Bragg光栅腐蚀传感器。通过将钢筋放在两不锈钢凹槽内，对其采用恒流仪通电加速锈蚀，并且布设一根光栅用AB胶粘贴在两不锈钢支座表面，另外单独放置一根自由状态的光栅，测量由于温度引起的应变，从而分离出钢筋锈蚀体积膨胀所引起的光栅应变。2009年，李俊等又提出了一种新型测量钢筋锈蚀的双筋腐蚀光栅传感器。该传感器将光纤布拉格光栅粘贴固定于两根紧密排列的钢筋上表面。当钢筋锈蚀后，体积膨胀而使光纤光栅产生拉伸应变，光纤光栅的反射光波长将发生变化，所以通过测量光纤光栅的波长能够间接反映钢筋锈蚀程度。2010年，李俊等再次提出了一种新的钢筋腐蚀光纤光栅传感器及温度补偿方法。在两根紧靠的钢筋中心附近粘贴光纤光栅，钢筋腐蚀体积膨胀，致使光纤光栅产生应变，通过布设一个钢筋腐蚀光纤光栅传感器来监测由于钢筋腐蚀和温度变化引起的光栅应变，同时单独布设一个不锈钢光纤光栅传感器来测量温度引起的光栅应变，可分离出钢筋由于腐蚀所引起的体积变化，从而实现对钢筋腐蚀程度及速率的监测。2011年，刘宏月等设计了一种基于折射率测量的长周期光纤光栅钢筋锈蚀监测传感器。将钢筋固定在开有孔洞的不锈钢基座上，基座内填充酚醛树脂，长周期光纤光栅传感器探头与待测钢筋分开4 6mm的距离，避免由于锈蚀带来的钢筋体积膨胀对长周期光纤光栅传感器探头的影响，通过试验可得到长周期光纤光栅谐振峰波长与混凝土内部钢筋锈蚀程度之间的对应关系。相关文献提出了不同的技术方法对钢筋锈蚀进行监测，并论证了其可行性。但是，严云提出的传感器和李俊提出的双筋腐蚀光栅传感器是将光纤光栅固定在钢筋上直接进行钢筋锈蚀监测，这就对钢筋的预处理和施工过程中的钢筋保护有着更高的要求，且不便于布设传感器，同时增加了监测的难度。另外，严云和刘宏月所做的试验中钢筋锈蚀监测所处的环境并非处在混凝土中，由于所处环境的差别，可能导致钢筋锈蚀监测结果存在一定的差别。因此有待进一步从理论上研究用光纤光栅监测钢筋锈蚀的可行性和提出更方便布设与监测钢筋锈蚀的技术，并发展实时自动监测技术对于新建的混凝土结构，特别是重大工程结构是十分必要的。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种测试结果精度高、可靠性好、长期实时在线监控且便于布设的混凝土结构中钢筋锈蚀监测装置；并根据钢筋锈蚀的机理及其对混凝土结构构件的影响，建立有效的钢筋锈蚀识别方法，确定锈蚀损伤识别敏感参数，最终形成一种混凝土结构中钢筋锈蚀监测方法。为解决上 述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:应用光纤光栅应变传感器通过对混凝土保护层测定其由于钢筋锈蚀产物产生的锈胀力引起的拉应变，可推导出钢筋锈蚀速率及钢筋锈蚀初始腐蚀时间h，以实现间接的监测钢筋锈蚀状况:一是根据钢筋锈蚀的机理及其对混凝土结构构件的影响，建立有效的钢筋锈蚀识别方法，确定锈蚀损伤识别敏感参数；二是选用合适的光纤光栅传感器，保证准确可靠地获取识别参数。具体技术方案如下:设计一种混凝土结构中钢筋锈蚀监测装置，包括光纤光栅应变传感器、信号处理单元、不锈钢斜面支架、至少三只光纤光栅应变传感器及导线，所述光纤光栅应变传感器依次布设在所述斜面支架的斜面上，其中，离待测钢筋最近的光纤光栅应变传感器的底面与该待测钢筋的距离为5 10mm，离混凝土保护层表面最近的光纤光栅应变传感器的顶面离该混凝土保护层表面的距离为5 10mm，其余光纤光栅应变传感器沿所述斜面支架的斜面方向布设在上述两光纤光栅应变传感器之间，各光纤光栅应变传感器采集所得信号经由导线送至信号处理单元。所述光纤光栅传感器的标准量程:±1500// ε , 非线性度:直线:< 0.5%FS ;多项式:彡0.1% F.S.;灵敏度:0.025% F.S.;温度范围:_ 20 +80°C ;外形尺寸:Φ10_Χ (仪器长度因量程不同而异)；传递杆为不锈钢测杆。[0012]所述斜面支架的斜面倾角为10° 15°，其由不锈钢制作而成。利用上述监测装置进行混凝土结构中钢筋锈蚀监测的方法，包括如下步骤:(I)将上述混凝土结构中钢筋锈蚀监测装置中的光纤光栅应变传感器及斜面支架预埋设于混凝土结构中，斜面支架顺主筋方向布设，且使斜面支架底边与钢筋相贴合，设置在离待测钢筋最近的光纤光栅应变传感器的底面与该待测钢筋的距离为5 10mm，离混凝土保护层表面最近的光纤光栅应变传感器的顶面离该混凝土保护层表面的距离为5 10_，其余光纤光栅应变传感器沿所述斜面支架的斜面方向布设在上述两光纤光栅应变传感器之间，相邻各光纤光栅应变传感器的间距为50 IOOmm ；(2)钢筋开始锈蚀的时刻为初始腐蚀时间，记为t0 ;在离待测钢筋最近的光纤光栅应变传感器开始产生应变的时刻记为h ;任选一在中间部位的光纤光栅应变传感器，记录其开始产生应变的时刻t2;将离混凝土保护层表面最近的光纤光栅应变传感器开始产生应变的时刻记为t3 ;在时刻，经由离待测钢筋最近的光纤光栅应变传感器测定出其所在位置处混凝土的拉应变g，根据下述胡克定律公式求出该处混凝土的应力ο1:
权利要求1.一种混凝土结构中钢筋锈蚀监测装置，包括光纤光栅应变传感器、信号处理单元及导线，其特征在于，还包括不锈钢斜面支架、至少三只光纤光栅应变传感器，所述光纤光栅应变传感器依次布设在所述斜面支架的斜面上，其中，离待测钢筋最近的光纤光栅应变传感器的底面与该待测钢筋的距离为5 10mm，离混凝土保护层表面最近的光纤光栅应变传感器的顶面离该混凝土保护层表面的距离为5 10mm，其余光纤光栅应变传感器沿所述斜面支架的斜面方向布设在离待测钢筋最近的光纤光栅应变传感器与离混凝土保护层表面最近的光纤光栅应变传感器之间，各光纤光栅应变传感器采集所得信号经由导线送至信号处理单元。
2.根据权利要求1所述的混凝土结构中钢筋锈蚀监测装置，其特征在于，所述光纤光栅传感器的标准量程:± 1500// ε ;非线性度:直线■.( 0.5% F.S.;多项式■.( 0.1% F.S.；灵敏度:0.025% F.S.;温度范围:-20 +80°C ;外形尺寸:Φ IOmmX L，仪器长度因量程不同而异；传递杆为不锈钢测杆。
3.根据权利要求1所述的混凝土结构中钢筋锈蚀监测装置，其特征在于，所述斜面支架的斜面倾角为10° 15° ，其由不锈钢材料制作而成。
专利摘要本实用新型涉及一种混凝土结构中钢筋锈蚀监测装置。该装置包括光纤光栅应变传感器、信号处理单元、不锈钢斜面支架、至少三只光纤光栅应变传感器及导线，所述光纤光栅应变传感器依次布设在所述斜面支架的斜面上，各光纤光栅应变传感器采集所得信号经由导线送至信号处理单元；本实用新型应用特定方法布置的光纤光栅应变传感器测定混凝土保护层中由于钢筋锈蚀产物产生的锈胀力引起的拉应变，推导出钢筋锈蚀速率及钢筋锈蚀初始腐蚀时间t0，以实现间接的监测钢筋锈蚀状况。本实用新型钢筋锈蚀监测装置便于布设，测试结果精度更高，可靠性更好，其可以实现对普通混凝土结构的长期实时在线监控，而且是一种非破损性监测。
文档编号G01N33/38GK203053966SQ20122061562
公开日2013年7月10日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者赵 卓, 李大望, 曾力, 申磊, 郝志超 申请人:郑州大学