採用透水砂漿封裝鋼筋鏽蝕光纖傳感器的方法
2023-04-28 06:36:41 1
專利名稱：採用透水砂漿封裝鋼筋鏽蝕光纖傳感器的方法
技術領域：
本發明涉及一種基於光柵的鋼筋鏽蝕監測傳感器的封裝方法。主要應用於混凝土建築工程的鋼筋腐蝕監測，屬於腐蝕防護與監測領域。
背景技術：
鋼筋混凝土結構是現代土木工程結構的主要形式，其性能依賴於鋼筋和混凝土的狀態以及兩者之間的良好結合。由於混凝土碳化、開裂或者侵蝕鹽分滲入等原因，鋼筋鏽蝕成為混凝土結構中的普遍現象。在我國北方，化冰鹽的大量使用是造成混凝土結構破壞的主要原因。在我國南方，海水引起的侵蝕則是大型港口建築和跨海橋梁的破壞主因。為了及時掌握混凝土結構安全狀態，監控運行期間鏽蝕的發生和發展，對早期鏽蝕進行預警，需要在有高鏽蝕風險的混凝土結構上應用鋼筋實時鏽蝕監測系統。傳統的鋼筋鏽蝕監測手段包括目測法、機械(力學)試驗，以及鑽孔取樣法。由於混凝土結構內部鋼筋所處環境特殊(如難以接觸、無法更換、取樣常常破壞結構整體性)， 使傳統腐蝕監測方法的應用存在較大局限性。電化學方法也是被廣泛使用的常規方法，包括宏觀腐蝕電池電流法、線性極化電阻法、電化學噪音法、電化學阻抗譜、電流脈衝法，以及恆電量法等等。但是此類方法存在探針引線絕緣層老化、不能抗電磁場幹擾、僅能獲取局部環境的腐蝕信息、不能真實反映鋼筋的腐蝕程度等諸多缺點。光柵是一種具有周期性折射率改變的光學微結構，對滿足條件的特定波長的光具有高反射率，該波長稱之為布拉格波長。當這種內在微結構的折射率或周期發生變化時，布拉格波長值也隨之發生變化。光纖光柵傳感器由於其特有的抗電磁幹擾、防爆絕緣、體積小，精度高，重複性和操作性較好，以及可進行分布測量等特點，廣泛用於建築物和大型機械的結構健康監測、火災報警、油庫和油田安全監測、以及危險氣體報警等等領域。本申請人發明的基於鍍有敏感膜的光柵金屬鏽蝕的監測方法及其傳感器(專利申請號201010201763. 4)將鏽蝕敏感膜與光柵對的應變敏感的特點相結合，充分利用現有的光柵分布監測系統和解調技術，將用於結構監測的光柵同時應用於混凝土的鋼筋鏽蝕監測。為了保證封裝後的傳感器與混凝土緊密結合，消除兩者間的界面所造成的影響，需要將封裝傳感器直接插入塑性的混凝土中。但是光纖光柵鏽蝕傳感器由於其載體的柔軟特性，在高硬度顆粒較多的混凝土中易受到損傷而折斷，並且在混凝土成型過程中不可避免採用攪拌或振搗等機械手段，增加了傳感器折斷風險。因此，需要一種封裝方法保證傳感器的功能和使用壽命。這種封裝保護方法既能提供剛性支撐，又能避免外界的機械損傷，而且不會妨礙傳感器的傳感環境，即外界的腐蝕性離子仍然能穿過孔隙腐蝕光柵表面的鏽蝕敏感膜，使得傳感器的敏感膜所處的腐蝕環境與所監測鋼筋的環境具有一致性。在現有的光纖鏽蝕傳感器封裝方法中，吳瑾在其專利(申請號200910029971. 8) 中提到一種光纖傳感器的封裝方法，同樣採用預製件形式，但是其特點在於採用結構緻密的砂漿，通過在砂漿中摻入一定比例的矽灰，以提高緻密度，使得傳感器周圍物質滲透速率與混凝土一致。但是這種封裝方法由於不具有多孔性和滲透性，實際上阻隔了外界的腐蝕性物質向傳感器滲透，因此不能用於專利申請號201010201763. 4所描述的鍍有敏感膜的鏽蝕傳感器。趙雪峰在其專利(專利申請號201010159640. 9)中提到一種透水封裝盒，用於保護所描述的BOTDR光纖腐蝕傳感器，但是並未指明該透水封裝盒採用何種材料，或者用的是市售封裝盒還是自製封裝盒。因此有必要發展一種新的封裝方法，用以保護基於敏感膜的光纖類型鏽蝕傳感器。
發明內容
本發明的目的旨在克服現有技術的不足，提供一種採用透水砂漿封裝鋼筋鏽蝕光纖傳感器的方法。採用滲透性良好的的多孔砂漿作為金屬鏽蝕傳感器的封裝材料，具有一定的硬度以保證傳感器在惡劣環境下面的生存，不受混凝土成型過程中的應力和機械撞擊的影響，同時具有較好的滲透性，使得外部腐蝕性離子仍然能通過孔隙抵達敏感膜，保證傳感器的正常工作。本發明目的採用下述技術方案來實現。一種鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器的封裝方法，鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器封裝在砂漿中做成預製件形式，其特徵在於，採用具有高滲透性砂漿為封裝材料，固化後的砂漿其強度值為10 25MPa，孔隙率為10 25%，透水係數為3 30mm/s。本發明技術方案中，所述的封裝材料為直徑Imm與1.5mm之間的間斷級配細砂與水和水泥拌合物，其流動度為200 300mm，其中質量比為水水泥0. 2 0. 5 1，砂 水泥3 4 1。本發明的一種鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器的封裝方法，包括以下過程1)配置滲透性強的砂漿採用直徑在Imm與1. 5mm之間的間斷級配細砂，水和水泥，按質量比為水水泥0. 2 0. 5 1，砂水泥3 4 1拌合，製成流動度為200 300mm的砂漿；2)將光纖光柵置於直徑為3 30mm的管狀容器裡，將配置好的砂漿從容器頂端灌入，輕輕振搗管壁讓砂漿自由下落，確保砂漿將位於容器正中心的光纖側表面完全裹護，裝滿後輕振消除氣泡和空隙，經自然養護，成型後將容器剝離，製成傳感器封裝件，成型後的砂漿其孔隙率為10 25%，透水係數為3 30mm/s，強度為10 25MPa。本發明所保護傳感器(專利申請號201010201763. 4)的工作原理在於鋼筋在正常混凝土的高鹼性環境下，由於鋼筋表面鈍化膜的保護，鋼筋是不會發生鏽蝕的。但是如果鋼筋混凝土位於惡劣環境下，特別有腐蝕性誘因的環境下，表面鈍化膜將發生破壞，誘因包括混凝土的碳化，氯離子的侵入。鋼筋鏽蝕產物包括狗304，！^e2O3和 Y -FeOOH等複雜產物，這些產物造成體積急劇膨脹，在鋼筋周圍的混凝土產生鏽脹力，最終使得混凝土產生開裂。因此，採用與鋼筋類似的薄膜鍍制在光柵表面，在腐蝕環境下也會產生膨脹。這種膨脹傳遞到光柵，導致光柵的布拉格波長發生變化。本發明的工作原理在於配製具有高滲透性的砂漿，將柔軟的光纖傳感器完全包裹，成型後製成內置有光纖傳感器的預製件形式。包裹光纖的封裝砂漿成型後有較好的強度，可以保護柔軟的光纖傳感器。當用於混凝土監測時，將該預製件插入未成型混凝土砂漿中，在混凝土砂漿振搗成型過程中為所封裝傳感器提供支撐和保護。封裝砂漿採用間斷級配細砂(直徑範圍 1 1.5mm)填充，採取水與水泥質量比為0.2 0.5 1，漿體與集料質量比為0. 38 0. 79 1，使得其具有10% 25%的孔隙率，3 30mm/s的透水係數，保證有足夠孔隙讓水蒸汽、水分子和腐蝕性離子通過。本發明的優點為為所封裝傳感器提供剛性保護，保證腐蝕性離子和水蒸汽得以通過砂漿孔隙，使得傳感器所處環境與所監測鋼筋所處環境具有類比性。其操作過程簡單，易於實施。
圖1鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器封裝在砂漿中的預製件形式圖2製作圖1所示的預製件過程示意3圖1所示的預製件置於混凝土中的示意中1 光纖(光纖光柵實為光纖的一段局部)，2封裝砂漿，3製作預製件所用的容器，4混凝土成型所用容器，5混凝土。
具體實施例方式實施方式如圖2所示，選用直徑為5 10mm，長度為大約50mm的管狀容器3，下端封閉，留小口以便透氣，將光纖1插入容器中，從上方緩慢灌入配製好的砂漿2 (描述如下)， 輕輕振搗管壁讓砂漿自由下落，待其填滿，確保砂漿將位於正中心的光纖側表面完全裹護， 裝滿後輕振消除氣泡和空隙，經自然養護，成型後將容器剝離，即製成鋼筋鏽蝕光纖傳感器的透水砂漿封裝件。由於所用管狀容器較細的原因，需要配製的砂漿除了具有高滲透性的特點外，還需要具備較好的流動性，便於順著容器下滑至底部。可參考下面所列砂漿表1實驗用封裝光纖光柵砂漿質量配比(g)
權利要求
1.一種鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器的封裝方法，鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器封裝在砂漿中做成預製件形式，其特徵在於，採用具有高滲透性砂漿為封裝材料，砂漿固化後具有強度為 10 25MPa，孔隙率為10 25%，透水係數為3 30mm/s。
2.根據權利要求1所述的鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器的封裝方法，其特徵在於所述的封裝材料為直徑Imm與1. 5mm之間的間斷級配細砂與水和水泥拌合物，其流動度為200 300mm，其中質量比為水水泥0.2 0.5 1，砂水泥3 4 1。
3.根據權利要求1所述的鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器的封裝方法，其特徵在於包括以下過程1)配置砂漿採用直徑在Imm與1.5mm之間的間斷級配細砂，水和水泥，按質量比為 水水泥0. 2 0. 5 1，砂水泥3 4 1拌合，製成流動度為200-300mm的砂漿；2)將光纖光柵置於直徑為3 30mm的管狀容器裡，將配置好的砂漿從容器頂端灌入， 振搗管壁讓砂漿自由下落，確保砂漿將位於容器正中心的光纖側表面完全裹護，裝滿後消除氣泡和空隙，經自然養護，成型後將容器剝離，製成傳感器封裝件，成型後的砂漿其孔隙率為10 25%，透水係數為3 30mm/s，強度為10 25MPa。
全文摘要
採用透水砂漿封裝鋼筋鏽蝕光纖傳感器的方法，其採用高滲透性砂漿作為封裝材料，為鍍有敏感膜材料的光纖或光柵鏽蝕傳感器提供保護，其具有一定的強度和較高的滲透性。在其製作中，採用直徑在1mm與1.5mm之間的間斷級配細砂，水和水泥，按質量比為水∶水泥0.2～0.5∶1，砂∶水泥3～4∶1拌合，製成流動度為200-300mm砂漿；將光纖光柵置於直徑為3～30mm的管狀容器裡，將配置好的砂漿從容器頂端灌入，成型後取出，即得到封裝好的光纖傳感器。成型後的砂漿其孔隙率為10％～25％，透水係數為3～30mm/s，強度為10～25MPa。本封裝方法能為傳感器提供具有一定強度的保護，且微觀上保持與外界環境的暢通，使得腐蝕性物質可以穿透孔隙。該方法操作簡單，安裝方便，適於規模化生產和應用。
文檔編號G01N21/84GK102288610SQ20111020206
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者胡文彬 申請人:武漢理工大學