專利名稱：鋼筋銹蝕監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種監(jiān)測裝置，尤其涉及鋼筋銹蝕監(jiān)測裝置，主要用于監(jiān)測 水泥混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕。
背景技術(shù)：
鋼筋混凝土是現(xiàn)代最主要的建筑材料之一，但近年來的工程調(diào)査表明，由于
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕而造成的后果非常嚴(yán)重，全世界每年用于混凝土結(jié)構(gòu)的維修
和加固的費(fèi)用數(shù)以千億美元。而鋼筋銹蝕是引起鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的最
主要的因素。因此對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕防護(hù)的研究具有重要的實(shí)際意
義，也成為建筑工程領(lǐng)域研究最多的問題之一。
近年來，隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及機(jī)敏材料的出現(xiàn)，使得人們對一些重
大工程進(jìn)行智能性診斷與監(jiān)控己成為可能。碳纖維水泥基材料(Carbon-fiber
reinforced cement簡稱CFRC)就是具有自診斷，自增強(qiáng)，自調(diào)節(jié)，自防護(hù)功能
的機(jī)敏材料之一，它不僅增強(qiáng)了脆性水泥基體的強(qiáng)度和韌性，而且它持久性好，
感應(yīng)體積大，有很好的機(jī)敏特性。與其它用于混凝土結(jié)構(gòu)的機(jī)敏材料(如光纖光
柵傳感器、壓電材料、智能可控流體、記憶合金等)相比，機(jī)敏混凝土與傳統(tǒng)的
混凝土材料具有天然的相容性，是一種應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的本征機(jī)敏材料，是一
種理想的結(jié)構(gòu)與功能一體化材料，也成為一個研究的熱點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
已有研究表明埋在混凝土中的鋼筋完全銹蝕以后，其產(chǎn)生鐵銹的體積是相應(yīng) 鋼筋體積的2倍以上，因而會向四周膨脹；而鋼筋周圍的混凝土?xí)拗扑呐蛎洠?在交界面上產(chǎn)生了壓力，這種壓力就稱為鋼筋銹脹力。本實(shí)用新型的目的在于提 供一種可以靈敏感應(yīng)到混凝土中鋼筋銹蝕產(chǎn)生的銹脹力，以及銹脹力大小的監(jiān)測裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出的技術(shù)方案是一種鋼筋銹蝕監(jiān)測裝置， 其特征在于包括一監(jiān)測參照鋼筋，固設(shè)于由碳纖維機(jī)敏材料澆注形成的柱體內(nèi)， 鋼筋外同軸套設(shè)有內(nèi)外兩層鋼絲網(wǎng)電極圓筒，所述內(nèi)外圓筒構(gòu)成一同軸圓筒電容器。 在鋼筋外包裹一層碳纖維水泥基材料，當(dāng)鋼筋銹蝕時會對碳纖維水泥基材料 施以相當(dāng)大的壓力，其電性能參數(shù)會隨著壓力的變化而變化，通過測量其電性能 參數(shù)的變化就可以監(jiān)測鋼筋的銹蝕狀況。本實(shí)用新型正是利用碳纖維水泥基材料 的機(jī)敏特性，通過測量圓筒軸心碳纖維水泥基材料電容的變化來表征鋼筋的銹 蝕。同軸圓筒之間的電容C為
<formula>formula see original document page 4</formula>其中，so為真空中的介電常數(shù)，為8.85xl(T12， Ss為水泥漿體的介電常數(shù)，h為同 軸圓筒的高度，R與r為圓筒的外徑與內(nèi)徑。
如果Ac為電容的變化，co為初始電容，可設(shè)水泥基材料的壓敏系數(shù)K為
這里;為沿CFRC徑向的平均線應(yīng)變，表示為
& 一"R—r
該試件為軸對稱模型，CFRC圓筒沿環(huán)向受拉而沿徑向受壓，由于水泥基材料的
拉壓性質(zhì)不同，為各向異性非線彈性材料，其幾何方程<formula>formula see original document page 4</formula>
式中ur為CFRC的泊松比，r為CFRC任意一點(diǎn)所在的半徑，可得
么<formula>formula see original document page 4</formula>
最后可以得到平均徑向應(yīng)變與電容變化率之間的關(guān)系<formula>formula see original document page 4</formula>
因此，可根據(jù)CFRC試件在不同的應(yīng)力狀態(tài)，求出徑向應(yīng)變和CFRC的電容變 化率，得到CFRC的電容變化率與環(huán)向應(yīng)變的關(guān)系。根據(jù)測試出的電容的變化情 況來推算試件中鋼筋銹蝕產(chǎn)生的銹蝕膨脹力，監(jiān)控鋼筋的銹蝕程度。
本實(shí)用新型的鋼筋銹蝕監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)簡單，充分發(fā)揮了碳纖維水泥材料的本
征特性以及機(jī)敏特性，應(yīng)用于水泥混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕狀態(tài)的監(jiān)測，方便易行。

圖l是包裹鋼筋的碳纖維水泥機(jī)敏試件結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為鋼筋，2為鋼絲網(wǎng)
電極，3是碳纖維水泥試件。
圖2是鋼絲網(wǎng)電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是碳纖維水泥機(jī)敏試件的俯視圖。
圖4是將包裹鋼筋的碳纖維水泥機(jī)敏試件埋到混凝土構(gòu)件中去。
圖5是碳纖維機(jī)敏試件電容變化一應(yīng)變圖。 圖6碳纖維機(jī)敏試件電容變化一銹蝕物重量。
具體實(shí)施方式
1.碳纖維水泥機(jī)敏試件的制作
碳纖維水泥漿按膠凝材料質(zhì)量百分比含量配比如下水灰=1: 0.40，水泥
為膠凝材料總量的60%，粉煤灰為膠凝材料總量的30%，硅灰為膠凝材料總量的 10%，碳纖維摻量為膠凝材料總量的0.35%，甲基纖維素用作分散劑摻量為膠凝 材料總量的0.45%，磷酸三丁脂用作消泡劑慘量為膠凝材料總量的0.02%，減水 劑是聚縮酸減水劑摻量為膠凝材料總量的1%，標(biāo)準(zhǔn)砂用量為膠凝材料總量的2. 5倍。
按以上配比，制作碳纖維水泥砂漿。首先對碳纖維進(jìn)行表面處理，即用次氯 酸鈉浸泡碳纖維24小時，在ll(TC溫度下烘干備用。把碳纖維盡量分開，注入 含分散劑、減水劑、消泡劑的拌和水(分散劑要用沸水溶解后靜置12小時)，攪 拌3分鐘后加入水泥、粉煤灰和硅灰，以及標(biāo)準(zhǔn)砂，再攪拌3分鐘。
如圖2所示，把鋼絲網(wǎng)裁剪成10cmX20cm以及10cmX 10cm的方塊，焊上導(dǎo) 線，并涂上環(huán)氧樹脂，彎曲成為圓筒狀的電極。
如圖1及圖3所示，制作碳纖維水泥機(jī)敏試件在自制的高為10cm,直徑 為8cm的模具中成型試件，把鋼筋l固定在模具中央，澆注碳纖維水泥砂漿形成 圓柱體3，在碳纖維水泥砂漿內(nèi)插入鋼絲網(wǎng)電極2，震動模平。振動成型后l天 脫模，在恒溫養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)到28天齡期。
2.碳纖維機(jī)敏試件的埋設(shè)
考慮到環(huán)境溫度、濕度會對碳纖維機(jī)敏材料的電性能有較大的影響，需要在 試件的表面涂抹一層薄薄的環(huán)氧樹脂涂層，起到隔絕環(huán)境影響的作用，然后把碳 纖維機(jī)敏試件埋設(shè)到需要對鋼筋銹蝕進(jìn)行監(jiān)控的混凝土結(jié)構(gòu)中去。將包裹鋼筋的 碳纖維水泥機(jī)敏試件埋到混凝土構(gòu)件4中去，使碳纖維水泥機(jī)敏試件側(cè)向受約 束。
如圖4所示。本實(shí)用新型在深圳大伊灣集裝箱碼頭胸墻鋼筋銹蝕監(jiān)測中得到 應(yīng)用，主要監(jiān)控在鋼筋銹蝕過程碳纖維機(jī)敏試件電容，徑向應(yīng)變的變化以及鋼筋 銹蝕物的重量。
如圖5所示，測量碳纖維機(jī)敏試件電容變化率與環(huán)向應(yīng)變的關(guān)系，并根據(jù)變 化情況推算如圖6所示的鋼筋銹蝕產(chǎn)生的銹蝕膨脹力，監(jiān)控鋼筋的銹蝕程度。
權(quán)利要求1.一種鋼筋銹蝕監(jiān)測裝置，其特征在于包括一監(jiān)測參照鋼筋，固設(shè)于由碳纖維機(jī)敏材料澆注形成的柱體內(nèi)，鋼筋外同軸套設(shè)有內(nèi)外兩層鋼絲網(wǎng)電極圓筒，所述內(nèi)外圓筒構(gòu)成一同軸圓筒電容器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋼筋銹蝕監(jiān)測裝置，其特征在于包括一用于監(jiān)測參照鋼筋，固設(shè)于由碳纖維機(jī)敏材料澆注形成的柱體內(nèi)，鋼筋外同軸套設(shè)有內(nèi)外兩層鋼絲網(wǎng)電極圓筒，所述內(nèi)外圓筒構(gòu)成一同軸圓筒電容器。本實(shí)用新型的鋼筋銹蝕監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)簡單，充分發(fā)揮了碳纖維水泥材料的本征特性以及機(jī)敏特性，應(yīng)用于水泥混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕狀態(tài)的監(jiān)測，方便易行。
文檔編號G01N27/22GK201069438SQ20072005574
公開日2008年6月4日 申請日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者王勝年, 王迎飛, 陳中杰, 黃雁飛 申請人:中交四航工程研究院有限公司