專利名稱：采用透水砂漿封裝鋼筋銹蝕光纖傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于光柵的鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)傳感器的封裝方法。主要應(yīng)用于混凝土建筑工程的鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)，屬于腐蝕防護(hù)與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代土木工程結(jié)構(gòu)的主要形式，其性能依賴于鋼筋和混凝土的狀態(tài)以及兩者之間的良好結(jié)合。由于混凝土碳化、開裂或者侵蝕鹽分滲入等原因，鋼筋銹蝕成為混凝土結(jié)構(gòu)中的普遍現(xiàn)象。在我國北方，化冰鹽的大量使用是造成混凝土結(jié)構(gòu)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筑和跨海橋梁的破壞主因。為了及時(shí)掌握混凝土結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)，監(jiān)控運(yùn)行期間銹蝕的發(fā)生和發(fā)展，對(duì)早期銹蝕進(jìn)行預(yù)警，需要在有高銹蝕風(fēng)險(xiǎn)的混凝土結(jié)構(gòu)上應(yīng)用鋼筋實(shí)時(shí)銹蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)手段包括目測(cè)法、機(jī)械(力學(xué))試驗(yàn)，以及鉆孔取樣法。由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋所處環(huán)境特殊(如難以接觸、無法更換、取樣常常破壞結(jié)構(gòu)整體性)， 使傳統(tǒng)腐蝕監(jiān)測(cè)方法的應(yīng)用存在較大局限性。電化學(xué)方法也是被廣泛使用的常規(guī)方法，包括宏觀腐蝕電池電流法、線性極化電阻法、電化學(xué)噪音法、電化學(xué)阻抗譜、電流脈沖法，以及恒電量法等等。但是此類方法存在探針引線絕緣層老化、不能抗電磁場(chǎng)干擾、僅能獲取局部環(huán)境的腐蝕信息、不能真實(shí)反映鋼筋的腐蝕程度等諸多缺點(diǎn)。光柵是一種具有周期性折射率改變的光學(xué)微結(jié)構(gòu)，對(duì)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(dāng)這種內(nèi)在微結(jié)構(gòu)的折射率或周期發(fā)生變化時(shí)，布拉格波長值也隨之發(fā)生變化。光纖光柵傳感器由于其特有的抗電磁干擾、防爆絕緣、體積小，精度高，重復(fù)性和操作性較好，以及可進(jìn)行分布測(cè)量等特點(diǎn)，廣泛用于建筑物和大型機(jī)械的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、火災(zāi)報(bào)警、油庫和油田安全監(jiān)測(cè)、以及危險(xiǎn)氣體報(bào)警等等領(lǐng)域。本申請(qǐng)人發(fā)明的基于鍍有敏感膜的光柵金屬銹蝕的監(jiān)測(cè)方法及其傳感器(專利申請(qǐng)?zhí)?01010201763. 4)將銹蝕敏感膜與光柵對(duì)的應(yīng)變敏感的特點(diǎn)相結(jié)合，充分利用現(xiàn)有的光柵分布監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和解調(diào)技術(shù)，將用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的光柵同時(shí)應(yīng)用于混凝土的鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)。為了保證封裝后的傳感器與混凝土緊密結(jié)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。但是光纖光柵銹蝕傳感器由于其載體的柔軟特性，在高硬度顆粒較多的混凝土中易受到損傷而折斷，并且在混凝土成型過程中不可避免采用攪拌或振搗等機(jī)械手段，增加了傳感器折斷風(fēng)險(xiǎn)。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(hù)方法既能提供剛性支撐，又能避免外界的機(jī)械損傷，而且不會(huì)妨礙傳感器的傳感環(huán)境，即外界的腐蝕性離子仍然能穿過孔隙腐蝕光柵表面的銹蝕敏感膜，使得傳感器的敏感膜所處的腐蝕環(huán)境與所監(jiān)測(cè)鋼筋的環(huán)境具有一致性。在現(xiàn)有的光纖銹蝕傳感器封裝方法中，吳瑾在其專利(申請(qǐng)?zhí)?00910029971. 8) 中提到一種光纖傳感器的封裝方法，同樣采用預(yù)制件形式，但是其特點(diǎn)在于采用結(jié)構(gòu)致密的砂漿，通過在砂漿中摻入一定比例的硅灰，以提高致密度，使得傳感器周圍物質(zhì)滲透速率與混凝土一致。但是這種封裝方法由于不具有多孔性和滲透性，實(shí)際上阻隔了外界的腐蝕性物質(zhì)向傳感器滲透，因此不能用于專利申請(qǐng)?zhí)?01010201763. 4所描述的鍍有敏感膜的銹蝕傳感器。趙雪峰在其專利(專利申請(qǐng)?zhí)?01010159640. 9)中提到一種透水封裝盒，用于保護(hù)所描述的BOTDR光纖腐蝕傳感器，但是并未指明該透水封裝盒采用何種材料，或者用的是市售封裝盒還是自制封裝盒。因此有必要發(fā)展一種新的封裝方法，用以保護(hù)基于敏感膜的光纖類型銹蝕傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用透水砂漿封裝鋼筋銹蝕光纖傳感器的方法。采用滲透性良好的的多孔砂漿作為金屬銹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(huán)境下面的生存，不受混凝土成型過程中的應(yīng)力和機(jī)械撞擊的影響，同時(shí)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(dá)敏感膜，保證傳感器的正常工作。本發(fā)明目的采用下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。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(yù)制件形式，其特征在于，采用具有高滲透性砂漿為封裝材料，固化后的砂漿其強(qiáng)度值為10 25MPa，孔隙率為10 25%，透水系數(shù)為3 30mm/s。本發(fā)明技術(shù)方案中，所述的封裝材料為直徑Imm與1.5mm之間的間斷級(jí)配細(xì)砂與水和水泥拌合物，其流動(dòng)度為200 300mm，其中質(zhì)量比為水水泥0. 2 0. 5 1，砂 水泥3 4 1。本發(fā)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(qiáng)的砂漿采用直徑在Imm與1. 5mm之間的間斷級(jí)配細(xì)砂，水和水泥，按質(zhì)量比為水水泥0. 2 0. 5 1，砂水泥3 4 1拌合，制成流動(dòng)度為200 300mm的砂漿；2)將光纖光柵置于直徑為3 30mm的管狀容器里，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，確保砂漿將位于容器正中心的光纖側(cè)表面完全裹護(hù)，裝滿后輕振消除氣泡和空隙，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)，成型后將容器剝離，制成傳感器封裝件，成型后的砂漿其孔隙率為10 25%，透水系數(shù)為3 30mm/s，強(qiáng)度為10 25MPa。本發(fā)明所保護(hù)傳感器(專利申請(qǐng)?zhí)?01010201763. 4)的工作原理在于鋼筋在正?；炷恋母邏A性環(huán)境下，由于鋼筋表面鈍化膜的保護(hù)，鋼筋是不會(huì)發(fā)生銹蝕的。但是如果鋼筋混凝土位于惡劣環(huán)境下，特別有腐蝕性誘因的環(huán)境下，表面鈍化膜將發(fā)生破壞，誘因包括混凝土的碳化，氯離子的侵入。鋼筋銹蝕產(chǎn)物包括狗304，！^e2O3和 Y -FeOOH等復(fù)雜產(chǎn)物，這些產(chǎn)物造成體積急劇膨脹，在鋼筋周圍的混凝土產(chǎn)生銹脹力，最終使得混凝土產(chǎn)生開裂。因此，采用與鋼筋類似的薄膜鍍制在光柵表面，在腐蝕環(huán)境下也會(huì)產(chǎn)生膨脹。這種膨脹傳遞到光柵，導(dǎo)致光柵的布拉格波長發(fā)生變化。本發(fā)明的工作原理在于配制具有高滲透性的砂漿，將柔軟的光纖傳感器完全包裹，成型后制成內(nèi)置有光纖傳感器的預(yù)制件形式。包裹光纖的封裝砂漿成型后有較好的強(qiáng)度，可以保護(hù)柔軟的光纖傳感器。當(dāng)用于混凝土監(jiān)測(cè)時(shí)，將該預(yù)制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(hù)。封裝砂漿采用間斷級(jí)配細(xì)砂(直徑范圍 1 1.5mm)填充，采取水與水泥質(zhì)量比為0.2 0.5 1，漿體與集料質(zhì)量比為0. 38 0. 79 1，使得其具有10% 25%的孔隙率，3 30mm/s的透水系數(shù)，保證有足夠孔隙讓水蒸汽、水分子和腐蝕性離子通過。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為為所封裝傳感器提供剛性保護(hù)，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(huán)境與所監(jiān)測(cè)鋼筋所處環(huán)境具有類比性。其操作過程簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。


圖1鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器封裝在砂漿中的預(yù)制件形式圖2制作圖1所示的預(yù)制件過程示意3圖1所示的預(yù)制件置于混凝土中的示意中1 光纖(光纖光柵實(shí)為光纖的一段局部)，2封裝砂漿，3制作預(yù)制件所用的容器，4混凝土成型所用容器，5混凝土。
具體實(shí)施例方式實(shí)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，從上方緩慢灌入配制好的砂漿2 (描述如下)， 輕輕振搗管壁讓砂漿自由下落，待其填滿，確保砂漿將位于正中心的光纖側(cè)表面完全裹護(hù)， 裝滿后輕振消除氣泡和空隙，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)，成型后將容器剝離，即制成鋼筋銹蝕光纖傳感器的透水砂漿封裝件。由于所用管狀容器較細(xì)的原因，需要配制的砂漿除了具有高滲透性的特點(diǎn)外，還需要具備較好的流動(dòng)性，便于順著容器下滑至底部?？蓞⒖枷旅嫠猩皾{表1實(shí)驗(yàn)用封裝光纖光柵砂漿質(zhì)量配比(g)
權(quán)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(yù)制件形式，其特征在于，采用具有高滲透性砂漿為封裝材料，砂漿固化后具有強(qiáng)度為 10 25MPa，孔隙率為10 25%，透水系數(shù)為3 30mm/s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器的封裝方法，其特征在于所述的封裝材料為直徑Imm與1. 5mm之間的間斷級(jí)配細(xì)砂與水和水泥拌合物，其流動(dòng)度為200 300mm，其中質(zhì)量比為水水泥0.2 0.5 1，砂水泥3 4 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器的封裝方法，其特征在于包括以下過程1)配置砂漿采用直徑在Imm與1.5mm之間的間斷級(jí)配細(xì)砂，水和水泥，按質(zhì)量比為 水水泥0. 2 0. 5 1，砂水泥3 4 1拌合，制成流動(dòng)度為200-300mm的砂漿；2)將光纖光柵置于直徑為3 30mm的管狀容器里，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，確保砂漿將位于容器正中心的光纖側(cè)表面完全裹護(hù)，裝滿后消除氣泡和空隙，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)，成型后將容器剝離，制成傳感器封裝件，成型后的砂漿其孔隙率為10 25%，透水系數(shù)為3 30mm/s，強(qiáng)度為10 25MPa。
全文摘要
采用透水砂漿封裝鋼筋銹蝕光纖傳感器的方法，其采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銹蝕傳感器提供保護(hù)，其具有一定的強(qiáng)度和較高的滲透性。在其制作中，采用直徑在1mm與1.5mm之間的間斷級(jí)配細(xì)砂，水和水泥，按質(zhì)量比為水∶水泥0.2～0.5∶1，砂∶水泥3～4∶1拌合，制成流動(dòng)度為200-300mm砂漿；將光纖光柵置于直徑為3～30mm的管狀容器里，將配置好的砂漿從容器頂端灌入，成型后取出，即得到封裝好的光纖傳感器。成型后的砂漿其孔隙率為10％～25％，透水系數(shù)為3～30mm/s，強(qiáng)度為10～25MPa。本封裝方法能為傳感器提供具有一定強(qiáng)度的保護(hù)，且微觀上保持與外界環(huán)境的暢通，使得腐蝕性物質(zhì)可以穿透孔隙。該方法操作簡(jiǎn)單，安裝方便，適于規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N21/84GK102288610SQ20111020206
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者胡文彬 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)