一種光纖傳感監測鋼筋銹蝕方法技術

本發明專利技術屬于鋼筋銹蝕監測技術領域，涉及一種光纖傳感監測鋼筋銹蝕方法，工藝過程包括制備光纖傳感監測裝置和監測鋼筋銹蝕狀況,采用應變測量光柵和溫度補償光柵布設在同一階梯元的方式，將光纖傳感監測裝置與被測鋼筋同時澆筑在混凝土結構中，避免了外界干擾和對應變片的損壞，階梯式的光纖傳感監測裝置能夠監測混凝土結構中不同深度的鋼筋銹蝕情況，通過分析不同深度的鋼筋銹蝕時間和銹蝕程度，掌握鋼筋混凝土結構中待測鋼筋的銹蝕時間和銹蝕程度，通過選取不同長度的螺栓控制光纖傳感監測裝置的傾斜度，使其在不同保護層厚度的混凝土結構中實現鋼筋銹蝕的實時和長期在線監測，增加了適用范圍；其原理科學可靠，監測結果準確可靠。

Method for monitoring steel bar corrosion by optical fiber sensing

The invention belongs to the technical field of steel corrosion monitoring, relates to an optical fiber sensing monitoring method of steel corrosion, the process including the preparation of optical fiber sensing monitoring device and monitoring of steel corrosion, the strain measurement of grating and grating temperature compensation arrangement in the same way the ladder element, optical fiber sensing device and measured at the same time in the concrete pouring of steel in the structure, avoiding damage to outside interference and strain gages, optical fiber sensing device of ladder type can different depth of steel corrosion monitoring of concrete structure, through the analysis of different depth of corrosion time and corrosion degree, master reinforced concrete structure to be measured in the corrosion time and corrosion degree, the inclination of optical fiber sensor the monitoring device is controlled by choosing different length of the bolt, the different thickness of the protective layer of concrete structure The real-time and long-term on-line monitoring of rebar corrosion is enhanced, and the applicable range is increased. The principle is scientific and reliable, and the monitoring result is accurate and reliable.

【技術實現步驟摘要】
一種光纖傳感監測鋼筋銹蝕方法
：本專利技術屬于鋼筋銹蝕監測
，具體涉及一種光纖傳感監測鋼筋銹蝕方法，利用光纖傳感監測裝置實時監測來評定混凝土結構中鋼筋的銹蝕狀況。
技術介紹
：在鋼筋混凝土結構中，鋼筋的銹蝕是影響建筑工程結構的安全性和耐久性的重要因素之一；鋼筋銹蝕時，體積發生膨脹，鋼筋與混凝土之間的粘結力下降，混凝土保護層剝落，進而導致建筑結構強度降低，鋼筋銹蝕發生在建筑結構的內部，肉眼很難察覺，對于鋼筋銹蝕引發的輕度損壞的建筑物，對其進行修補時，存在工作量大、造價高和效益差的問題，當建筑物的破壞較嚴重時，將對人們的生命和財產安全帶來不可估量的損失；所以，監測混凝土內鋼筋的銹蝕狀態并掌握建筑物結構的內部情況十分有必要，以便在建筑物發生損壞之前進行預警，將損失降到最低。目前，鋼筋銹蝕的監測方法分為物理方法和化學方法，常用的物理法有電阻探針法和光纖傳感法，前者采用一個與結構鋼筋材質相同的探針，將探針埋入到混凝土結構中，根據實時監測探針電阻的變化來推斷鋼筋銹蝕的速率和銹蝕的程度，后者是的監測原理是，鋼筋生銹后，鋼筋表面膨脹產生膨脹應力，光纖受應力影響產生應變，光在光纖中傳播的相位、頻率、波長和偏振發生改變，光纖傳感器耐銹蝕和抗干擾能力強，耐久性好，并且能夠進行空間連續性監測，缺點是光纖傳感技術工藝要求高，造價高昂；化學法有半電池電位法、交流阻抗方法和線性極化法，半電池電位法的原理是鋼筋發生銹蝕時，其陽極區和陰極區存在電位差，通過所測得的電流和電壓值評定鋼筋銹蝕程度，交流阻抗法是對目標建筑結構發出一段微小電流，測量目標建筑結構對微小電流的反應，然后對所測量到的交變電流譜進行分析，這種動態的測量方法所使用的測量儀器非常昂貴，且受外界影響較大，后期數據處理程序繁瑣，得不到推廣使用；中國專利201310204720.5公開的鋼筋混凝土構件中鋼筋腐蝕的光纖光柵檢測裝置包括若干個與工程所用鋼筋材質相同的鋼筋棒、與鋼筋棒數量相同的光纖光柵、基座、溫度傳感器、終端測試盒和檢測儀，光纖光柵固定在鋼筋棒上，鋼筋棒固定在基座上，光纖光柵通過電纜與終端測試盒連接，終端測試盒與檢測儀連接，溫度傳感器固定在基座上，其沒有設置溫度補償光柵，沒有考慮溫度對波長漂移的影響，且光纖光柵粘貼在與混凝土直接接觸的弧形鋼筋上，使用壽命大大縮短；中國專利201220615624.0公開的一種混凝土結構中鋼筋銹蝕監測裝置包括光纖光柵應變傳感器、信號處理單元、不銹鋼斜面支架、至少三只光纖光柵應變傳感器及導線，光纖光柵應變傳感器依次布設在斜面支架的斜面上，各光纖光柵應變傳感器采集所得信號經由導線傳送至信號處理單元，光纖光柵應變傳感器測定混凝土保護層中由于鋼筋銹蝕產物產生的銹脹力引起的拉應變，推導出鋼筋銹蝕速率及鋼筋銹蝕初始腐蝕時間，以實現間接的監測鋼筋銹蝕狀況，其裝置在澆筑混凝土過程中易受損壞；中國專利201120123546.8公開的一種對鋼筋混凝土結構中鋼筋銹蝕情況進行監測的嵌入式鋼筋腐蝕監測系統包括由單陽極、單陰極和PVC管組成的傳感器，支架以及導線，單陽極和單陰極交替連接，PVC管設置在單陽極和單陰極之間，單陽極和單陰極均與導線相連，支架與傳感器和導線相連一種基于半電池電位原理的裝置，其分四層，每一層含有4個陰極和4個陽極，總共需要引出32根導線，結構復雜、引線過多、需測數據較多。因此，研發設計一種易于操作的光纖傳感監測鋼筋銹蝕方法，實時監測和評定混凝土結構中鋼筋的銹蝕狀況，很有社會和經濟效益，應用前景廣闊。
技術實現思路
：本專利技術的目的在于克服現有技術存在的缺陷，研發設計一種光纖傳感監測鋼筋銹蝕方法，具有結構簡單、便于制作、抗干擾能力強、技術原理科學可靠等優勢，能夠實時精確監測和評定混凝土結構中鋼筋的銹蝕狀況。為了實現上述目的，本專利技術涉及的光纖傳感監測鋼筋銹蝕方法的工藝過程包括制備光纖傳感監測裝置和監測鋼筋銹蝕狀況兩個步驟：(1)、制備光纖傳感監測裝置包括制備套筒、制備傳感器、制備階段元和制備監測裝置四個步驟：①、制備套筒：采用常規的沖壓工藝、壓力機和模具制備圓柱形結構的套筒，套筒的主體結構包括外圓周、內圓臺、筒底、圓周孔和筒底孔，套筒的外圍為外圓周，套筒的內部中心處為內圓臺，外圓周的高度大于內圓臺的高度，外圓周的厚度小于內圓臺的厚度，外圓周與內圓臺之間的圓環為筒底，外圓周上開設有圓形結構的圓周孔，筒底上開設有圓形結構的筒底孔，圓周孔與筒底孔之間的水平夾角為180°，圓周孔的直徑與筒底孔的直徑相同；②、制備傳感器：首先選取內空式結構的大鋼管和小鋼管，對大鋼管和小鋼管的外壁分別進行打磨，確保大鋼管和小鋼管的外壁沒有任何銹蝕，并用脫脂棉球蘸無水酒精將大鋼管和小鋼管的外壁打磨處擦洗干凈,防止打磨的碎屑污染大鋼管和小鋼管的外壁，再在大鋼管的外壁上粘貼應變測量光柵，在小鋼管的外壁上粘貼溫度補償光柵，應變測量光柵和溫度補償光柵分別與傳輸電纜連接，然后將小鋼管套入大鋼管中卡接在2個套筒之間，應變測量光柵的傳輸電纜穿過圓周孔伸出其中1個套筒，溫度補償光柵的傳輸電纜穿過筒底孔伸出另外1個套筒，最后用環氧樹脂膠將2個圓周孔和2個筒底孔密封，完成傳感器的制備，大鋼管的外壁直徑比外圓周的內壁直徑小1mm，小鋼管的內壁直徑比內圓臺的外壁直徑大1mm，外圓周的內壁和內圓臺的外壁均涂覆有膠水，以使大鋼管的外壁緊貼外圓周的內壁，小鋼管的內壁緊貼內圓臺的外壁，達到固定和密封的效果；③、制備階段元：將步驟②制作的傳感器套設在圓形結構的鋼模板中，鋼模板的直徑大于套筒的直徑，在套筒與鋼模板之間的空隙中澆筑砂漿后在標準養護室中養護28天，拆除鋼模板，砂漿形成防護層，完成階段元的制備；同時制備5根結構和尺寸均相同的階段元；④、制備監測裝置：首先制作2根矩形結構的連接件，在連接件的右側面等間距開設5個連接孔，在連接件的左側面開設U形槽，連接件的一端設置有電纜管，連通孔和電纜管分別與U形槽連通，連接件的另一端設置有開設螺栓孔的連接臺，再在管狀結構的固定棒上開設2個通孔，然后將5根階段元按照相同的方向卡接入連接孔中，階段元伸入連接孔的水平距離為3-5mm，傳輸電纜在U形槽中集合并穿過電纜管，用環氧樹脂膠密封U形槽，使用螺栓通過螺栓孔和通孔將連接件與固定棒連接，完成監測裝置的制備，得到光纖傳感監測裝置，連接孔的直徑比防護層的外壁直徑大1mm，以使階段元與連接件緊密接觸并固定連接；(2)、監測鋼筋銹蝕狀況：首先將步驟(1)制備的光纖傳感監測裝置的固定棒與待測鋼筋綁扎連接，將傳輸電纜與外部信號解調單元，然后澆筑混凝土；根據混凝土結構的厚度選取連接件與階段元構成的框架的傾斜度，其傾斜度能夠通過螺栓的長度調節；監測過程中，當大鋼管與應變測量光柵之間或小鋼管與溫度補償光柵之間產生擠壓應力時,應變測量光柵或溫度補償光柵的波長在擠壓應力的作用下產生漂移，傳輸電纜將波長的漂移數據傳輸至外部信號解調單元，外部信號解調單元根據波長的漂移數據判斷銹蝕界面與被測鋼筋的距離和不同垂直高度的階段元的銹蝕狀況，光纖傳感監測裝置中垂直高度最低的階段元與待測鋼筋處于同一水平位置，保護層厚度相同，此階段元的銹蝕狀況代表待測鋼筋的銹蝕狀況，工作人員根據待測鋼筋的銹蝕狀況作出對應的補救措施。本專利技術涉及的套筒的材質為塑料；大鋼本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光纖傳感監測鋼筋銹蝕方法，其特征在于工藝過程包括制備光纖傳感監測裝置和監測鋼筋銹蝕狀況兩個步驟：(1)、制備光纖傳感監測裝置包括制備套筒、制備傳感器、制備階段元和制備監測裝置四個步驟：①、制備套筒：采用常規的沖壓工藝、壓力機和模具制備圓柱形結構的套筒，套筒的主體結構包括外圓周、內圓臺、筒底、圓周孔和筒底孔，套筒的外圍為外圓周，套筒的內部中心處為內圓臺，外圓周的高度大于內圓臺的高度，外圓周的厚度小于內圓臺的厚度，外圓周與內圓臺之間的圓環為筒底，外圓周上開設有圓形結構的圓周孔，筒底上開設有圓形結構的筒底孔，圓周孔與筒底孔之間的水平夾角為180°，圓周孔的直徑與筒底孔的直徑相同；②、制備傳感器：首先選取內空式結構的大鋼管和小鋼管，對大鋼管和小鋼管的外壁分別進行打磨，確保大鋼管和小鋼管的外壁沒有任何銹蝕，并用脫脂棉球蘸無水酒精將大鋼管和小鋼管的外壁打磨處擦洗干凈,防止打磨的碎屑污染大鋼管和小鋼管的外壁，再在大鋼管的外壁上粘貼應變測量光柵，在小鋼管的外壁上粘貼溫度補償光柵，應變測量光柵和溫度補償光柵分別與傳輸電纜連接，然后將小鋼管套入大鋼管中卡接在2個套筒之間，應變測量光柵的傳輸電纜穿過圓周孔伸出其中1個套筒，溫度補償光柵的傳輸電纜穿過筒底孔伸出另外1個套筒，最后用環氧樹脂膠將2個圓周孔和2個筒底孔密封，完成傳感器的制備，大鋼管的外壁直徑比外圓周的內壁直徑小1mm，小鋼管的內壁直徑比內圓臺的外壁直徑大1mm，外圓周的內壁和內圓臺的外壁均涂覆有膠水，以使大鋼管的外壁緊貼外圓周的內壁，小鋼管的內壁緊貼內圓臺的外壁，達到固定和密封的效果；③、制備階段元：將步驟②制作的傳感器套設在圓形結構的鋼模板中，鋼模板的直徑大于套筒的直徑，在套筒與鋼模板之間的空隙中澆筑砂漿后在標準養護室中養護28天，拆除鋼模板，砂漿形成防護層，完成階段元的制備；同時制備5根結構和尺寸均相同的階段元；④、制備監測裝置：首先制作2根矩形結構的連接件，在連接件的右側面等間距開設5個連接孔，在連接件的左側面開設U形槽，連接件的一端設置有電纜管，連通孔和電纜管分別與U形槽連通，連接件的另一端設置有開設螺栓孔的連接臺，再在管狀結構的固定棒上開設2個通孔，然后將5根階段元按照相同的方向卡接入連接孔中，階段元伸入連接孔的水平距離為3?5mm，傳輸電纜在U形槽中集合并穿過電纜管，用環氧樹脂膠密封U形槽，使用螺栓通過螺栓孔和通孔將連接件與固定棒連接，完成監測裝置的制備，得到光纖傳感監測裝置，連接孔的直徑比防護層的外壁直徑大1mm，以使階段元與連接件緊密接觸并固定連接；(2)、監測鋼筋銹蝕狀況：首先將步驟(1)制備的光纖傳感監測裝置的固定棒與待測鋼筋綁扎連接，將傳輸電纜與外部信號解調單元，然后澆筑混凝土；根據混凝土結構的厚度選取連接件與階段元構成的框架的傾斜度，其傾斜度能夠通過螺栓的長度調節；監測過程中，當大鋼管與應變測量光柵之間或小鋼管與溫度補償光柵之間產生擠壓應力時,應變測量光柵或溫度補償光柵的波長在擠壓應力的作用下產生漂移，傳輸電纜將波長的漂移數據傳輸至外部信號解調單元，外部信號解調單元根據波長的漂移數據判斷銹蝕界面與被測鋼筋的距離和不同垂直高度的階段元的銹蝕狀況，光纖傳感監測裝置中垂直高度最低的階段元與待測鋼筋處于同一水平位置，保護層厚度相同，此階段元的銹蝕狀況代表待測鋼筋的銹蝕狀況，工作人員根據待測鋼筋的銹蝕狀況作出對應的補救措施。...

【技術特征摘要】
1.一種光纖傳感監測鋼筋銹蝕方法，其特征在于工藝過程包括制備光纖傳感監測裝置和監測鋼筋銹蝕狀況兩個步驟：(1)、制備光纖傳感監測裝置包括制備套筒、制備傳感器、制備階段元和制備監測裝置四個步驟：①、制備套筒：采用常規的沖壓工藝、壓力機和模具制備圓柱形結構的套筒，套筒的主體結構包括外圓周、內圓臺、筒底、圓周孔和筒底孔，套筒的外圍為外圓周，套筒的內部中心處為內圓臺，外圓周的高度大于內圓臺的高度，外圓周的厚度小于內圓臺的厚度，外圓周與內圓臺之間的圓環為筒底，外圓周上開設有圓形結構的圓周孔，筒底上開設有圓形結構的筒底孔，圓周孔與筒底孔之間的水平夾角為180°，圓周孔的直徑與筒底孔的直徑相同；②、制備傳感器：首先選取內空式結構的大鋼管和小鋼管，對大鋼管和小鋼管的外壁分別進行打磨，確保大鋼管和小鋼管的外壁沒有任何銹蝕，并用脫脂棉球蘸無水酒精將大鋼管和小鋼管的外壁打磨處擦洗干凈,防止打磨的碎屑污染大鋼管和小鋼管的外壁，再在大鋼管的外壁上粘貼應變測量光柵，在小鋼管的外壁上粘貼溫度補償光柵，應變測量光柵和溫度補償光柵分別與傳輸電纜連接，然后將小鋼管套入大鋼管中卡接在2個套筒之間，應變測量光柵的傳輸電纜穿過圓周孔伸出其中1個套筒，溫度補償光柵的傳輸電纜穿過筒底孔伸出另外1個套筒，最后用環氧樹脂膠將2個圓周孔和2個筒底孔密封，完成傳感器的制備，大鋼管的外壁直徑比外圓周的內壁直徑小1mm，小鋼管的內壁直徑比內圓臺的外壁直徑大1mm，外圓周的內壁和內圓臺的外壁均涂覆有膠水，以使大鋼管的外壁緊貼外圓周的內壁，小鋼管的內壁緊貼內圓臺的外壁，達到固定和密封的效果；③、制備階段元：將步驟②制作的傳感器套設在圓形結構的鋼模板中，鋼模板的直徑大于套筒的直徑，在套筒與鋼模板之間的空隙中澆筑砂漿后在標準養護室中養護28天，拆除鋼模板，砂漿形成防護層，完成階段元的制備；同時制備5根結構和尺寸均相同的階段元；④、制備監測裝置：首先制作2根矩形結構的連接件，在連接件的右側面等間距開設5個連接孔，在連接件的左側面開設U形槽，連接件的一端設置有電纜管，連通孔和電纜管分別與U形槽連通，連接件的另一端設置有開設螺栓孔的連接臺，再在管狀結構的固定棒上開設2個通孔，然后將5根階段元按照相同的方向卡接入連接孔...

【專利技術屬性】
技術研發人員：范宏，江照，趙鐵軍，谷遠春，金祖權，
申請(專利權)人：青島理工大學，
類型：發明
國別省市：山東,37