專利名稱：檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測混凝土氯離子含量的傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：
在海洋環(huán)境與除冰鹽環(huán)境下，氯鹽的侵入導(dǎo)致鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞的主要原因，所以能及時、準確掌握混凝土中氯離子分布狀態(tài)對于評價和控制實際混凝土結(jié)構(gòu)受腐蝕程度和服役性能具有重要意義。
目前，普遍采用的方法主要包括兩類 一、針對新建工程，通過大量試驗優(yōu)化混凝土配合比和保護層厚度，并根據(jù)實驗室混凝土抗氯離子滲透性能試驗結(jié)果和實際結(jié)構(gòu)工作環(huán)境進行預(yù)測；然而，由于混凝土材料本身性能隨時間不斷發(fā)展變化，現(xiàn)場混凝土制作質(zhì)量與實驗室之間的差距較大，實際使用環(huán)境隨時間變化的不確定性等諸多因素，這種預(yù)測的結(jié)果通常與實際偏差較大，導(dǎo)致實際工程出現(xiàn)未曾預(yù)料的事先破壞； 二、針對已建混凝土工程，在其出現(xiàn)明顯破壞需要進行修復(fù)時才進行現(xiàn)場取樣，或在日常保養(yǎng)過程中定期對結(jié)構(gòu)進行鉆芯取樣；然后在高壓條件下將混凝土中孔隙溶液榨出，或?qū)⒒炷猎嚇幽ゼ殻龠M行化學(xué)分析測出氯離子在混凝土中的分布情況，此方法較為成熟，但其工作量大、操作過程繁雜、屬于破損型檢測，在一些重大工程中無法應(yīng)用。
國內(nèi)外最新的報道采用埋入光纖傳感器對混凝土中氯離子含量進行實時檢測，近年來經(jīng)過陽極化處理的銀絲作為參比電極在電化學(xué)和金屬腐蝕領(lǐng)域的研究和應(yīng)用較多，也有少量報道將其作為工作電極用來測量混凝土中氯離子濃度的研究。但是現(xiàn)有的埋入式傳感器參比電極設(shè)置在混凝土試件外部，無法在實際混凝土工程中進行長期埋入式的實時檢測混凝土氯離子含量，而且在檢測過程中有較大的電壓降存在，其堅固性不夠，長期穩(wěn)定性差；現(xiàn)有的埋入式傳感器的制備方法制作的埋入式傳感器只能檢測預(yù)先設(shè)定的閥值濃度值，不能連續(xù)檢測變化的氯離子濃度；并且現(xiàn)有的埋入式傳感器的制備方法制作的埋入式傳感器的埋入式傳感器檢測時的化學(xué)反應(yīng)不可逆，當氯離子濃度出現(xiàn)反復(fù)波動時檢測結(jié)果不準確。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器及其制備方法，以解決現(xiàn)有的埋入式傳感器參比電極設(shè)置在混凝土試件外部，無法實時檢測混凝土氯離子含量、存在較大電壓降、堅固性差，穩(wěn)定性差以及現(xiàn)有的埋入式傳感器的制備方法制作的埋入式傳感器不能連續(xù)檢測變化的氯離子濃度、檢測時的化學(xué)反應(yīng)不可逆、檢測結(jié)果不準確的問題。
本發(fā)明的檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器包括傳感器筒體、環(huán)形銀絲、輸入銅導(dǎo)線、輸出銅導(dǎo)線、微膨脹纖維水泥半透膜層、堿性凝膠層、二氧化錳層、金屬桶體和絕緣密封膠層，所述傳感器筒體外壁的下部沿傳感器筒體的圓周方向開有環(huán)形凹槽，所述傳感器筒體外壁沿高度方向開有軸向凹槽，且所述環(huán)形凹槽與所述軸向凹槽連通，所述環(huán)形銀絲套裝在傳感器筒體的環(huán)形凹槽內(nèi)，所述輸入銅導(dǎo)線的下部位于軸向凹槽內(nèi)，且所述輸入銅導(dǎo)線的下端與環(huán)形銀絲固接，所述微膨脹纖維水泥半透膜層、堿性凝膠層和二氧化錳層由下至上依次設(shè)置在傳感器筒體內(nèi)，所述金屬桶體由金屬筒體和金屬端蓋構(gòu)成，所述金屬端蓋固裝在金屬筒體的上端，所述金屬筒體設(shè)置在二氧化錳層與傳感器筒體之間，所述金屬端蓋位于二氧化錳層的上端面上，所述輸出銅導(dǎo)線的下端固裝在金屬端蓋的上端面的中部，所述金屬端蓋的上端面上涂有絕緣密封膠層，所述傳感器筒體為絕緣材料制成。
本發(fā)明的檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器的制備方法是按照以下步驟實現(xiàn)的 步驟一、選取長度為30～50mm的硬質(zhì)PVC塑料管，其中外徑為8～12mm、壁厚為1～1.5mm；在硬質(zhì)PVC塑料管底端沿硬質(zhì)PVC塑料管的圓周方向加工一個環(huán)形凹槽，其中環(huán)形凹槽的中心線到硬質(zhì)PVC塑料管底端面的距離是3～6mm，環(huán)形凹槽的深度0.5～0.8mm、環(huán)形凹槽寬度為0.8～1.2mm； 步驟二、將硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)壁的上下兩端用粗砂紙打磨； 步驟三、選取直徑為0.5～1.0mm的高純度銀絲，銀絲純度為99.999％，選取銀絲的長度為30～40mm，然后將輸入銅導(dǎo)線的下端焊接在銀絲上，保證銀絲與輸入銅導(dǎo)線垂直，并在焊接處用環(huán)氧樹脂進行絕緣密封； 步驟四、待環(huán)氧樹脂膠固化后，先采用粗砂紙對銀絲表面進行打磨，然后采用細砂紙對銀絲表面進行打磨，除掉銀絲表面氧化層，將銀絲彎成環(huán)形固定在環(huán)形凹槽內(nèi)，將輸入銅導(dǎo)線的下部置于軸向凹槽內(nèi)； 步驟五、將硬質(zhì)PVC塑料管的下部浸泡在濃度為10％的氨水中，保證銀絲全部浸沒在氨水中，浸泡時間為六小時； 步驟六、將硬質(zhì)PVC塑料管的下部浸泡在濃度為0.1mol/L鹽酸溶液中，保證銀絲全部浸沒在鹽酸溶液中，將鹽酸溶液通電，對銀絲進行陽極化處理，其中電流密度為0.4～0.6mA/cm2，通電時間4～6小時，經(jīng)過陽極化處理的銀絲表面形成一個均勻致密的AgCl鍍層； 步驟七、將硬質(zhì)PVC塑料管從鹽酸溶液中取出，在輸入銅導(dǎo)線與銀絲的焊接處未形成鍍層以及鍍層不均勻處用環(huán)氧樹脂膠密封處理，待環(huán)氧樹脂固化后，將硬質(zhì)PVC塑料管下部的銀絲浸泡在濃度為0.5mol/L的氯化鈉溶液中，避光保存三～七天； 步驟八、將硬質(zhì)PVC塑料管從所述氯化鈉溶液取出，將純硅酸鹽水泥、膨脹劑、和水按質(zhì)量比100∶4∶25進行混合，其中硅酸鹽水泥的水灰比在0.3～0.35之間，充分混合后制成微膨脹纖維水泥半透膜層，將微膨脹纖維水泥半透膜層填充在硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)的底部，其中微膨脹纖維水泥半透膜層的厚度為4～6mm，保濕養(yǎng)護二～三天； 步驟九、將超吸水性高分子材料，即由氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣的過飽和水溶液充分攪拌制成堿性凝膠體；其中氫氧化鈉的濃度為0.2mol/L、氫氧化鉀的濃度為0.6mol/L；然后將制做好堿性凝膠體放在硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)的微膨脹纖維水泥半透膜層的上端面上，堿性凝膠體的厚度為8～10mm； 步驟十、將輸出銅導(dǎo)線的下端焊接在金屬端蓋的上端面的中部，壓制三～五層二氧化錳圓餅體，將壓制好的三～五層二氧化錳圓餅體由上之下依次設(shè)置，然后將每兩層二氧化錳圓餅體之間鋪墊一層銅絲網(wǎng)，制成二氧化錳層，保證每層銅絲網(wǎng)的四周與金屬桶體的內(nèi)壁連接，再將二氧化錳層放入金屬桶體內(nèi)，將裝有二氧化錳層的金屬桶體放在硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)的堿性凝膠體的上端面上，并保證堿性凝膠體與最下層的二氧化錳圓餅體緊密接觸； 步驟十一、將金屬端蓋的上端面涂上絕緣密封膠層，即制得檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器； 步驟十二、將上述制得的埋入式傳感器的下部浸入模擬混凝土孔隙溶液，即氫氧化鈉、氫氧化鉀、飽和氫氧化鈣的混合溶液中進行浸泡，混合溶液中氫氧化鈉的濃度為0.2mol/L、氫氧化鉀的濃度為0.6mol/L，使微膨脹纖維水泥半透膜層充分水化，同時使微膨脹纖維水泥半透膜層和堿性凝膠層之間達到化學(xué)平衡，將上述制得的埋入式傳感器浸泡十四天后，氯離子傳感器便可以正常使用。
本發(fā)明的有益效果是 本發(fā)明的埋入式傳感器的微膨脹纖維水泥半透膜層、堿性凝膠層和二氧化錳層設(shè)置在傳感器筒體內(nèi)，上述三者在埋入式傳感器內(nèi)構(gòu)成了一個穩(wěn)定的二氧化錳固體參比電極，能夠在實際混凝土工程中進行長期埋入式的實時檢測混凝土氯離子含量，檢測過程中避免了較大電壓降的存在，且堅固性好，長期穩(wěn)定性好；本發(fā)明將陽極化的銀絲環(huán)向緾繞在傳感器筒體外壁的環(huán)形凹槽內(nèi)，從而有效地增加了工作電極的工作長度，陽極化的銀絲處于同一水平面上，提高了其檢測準確性，同時又對工作電極提供了有效的保護作用，防止陽極化的銀絲在埋入過程中損壞； 本發(fā)明的微膨脹纖維水泥半透膜層中通過摻入膨脹劑，明顯提高了整個水泥石的抗收縮開裂性能，從而避免了水泥石與傳感器筒體之間形成縫隙以及水泥石本身形成微裂縫，從而有效地降低了堿性膠凝體中的堿性物質(zhì)的外溢和遷移損失；本發(fā)明的埋入式傳感器的制備方法制作的埋入式傳感器不僅能檢測預(yù)先設(shè)定的閥值濃度值，還能夠連續(xù)檢測變化的氯離子濃度；本發(fā)明的埋入式傳感器的制備方法制作的埋入式傳感器的埋入式傳感器檢測時的化學(xué)反應(yīng)可逆，當氯離子濃度出現(xiàn)反復(fù)波動時檢測結(jié)果準確。



圖1本發(fā)明的埋入式傳感器的主視剖視圖，圖2是圖1的俯視圖。

具體實施例方式具體實施方式
一如圖1～2所示，本實施方式的檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器包括傳感器筒體1、環(huán)形銀絲2、輸入銅導(dǎo)線3、輸出銅導(dǎo)線4、微膨脹纖維水泥半透膜層5、堿性凝膠層6、二氧化錳層7、金屬桶體8和絕緣密封膠層9，所述傳感器筒體1外壁的下部沿傳感器筒體1的圓周方向開有環(huán)形凹槽1-1，所述傳感器筒體1外壁沿高度方向開有軸向凹槽1-2，且所述環(huán)形凹槽1-1與所述軸向凹槽1-2連通，所述環(huán)形銀絲2套裝在傳感器筒體1的環(huán)形凹槽1-1內(nèi)，所述輸入銅導(dǎo)線3的下部位于軸向凹槽1-2內(nèi)，且所述輸入銅導(dǎo)線3的下端與環(huán)形銀絲2固接，所述微膨脹纖維水泥半透膜層5、堿性凝膠層6和二氧化錳層7由下至上依次設(shè)置在傳感器筒體1內(nèi)，所述金屬桶體8由金屬筒體8-1和金屬端蓋8-2構(gòu)成，所述金屬端蓋8-2固裝在金屬筒體8-1的上端，所述金屬筒體8-1設(shè)置在二氧化錳層7與傳感器筒體1之間，所述金屬端蓋8-2位于二氧化錳層7的上端面上，所述輸出銅導(dǎo)線4的下端固裝在金屬端蓋8-2的上端面的中部，所述金屬端蓋8-2的上端面上涂有絕緣密封膠層9，所述傳感器筒體1為絕緣材料制成。
所述微膨脹纖維水泥半透膜層5是由純硅酸鹽水泥、膨脹劑、和水按質(zhì)量百分比100∶4∶25充分混合后制成的；所述堿性凝膠層6是由氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣的過飽和水溶液充分攪拌制成的；所述二氧化錳層7是由二氧化錳粉末壓制而成的二氧化錳圓餅體。
具體實施方式
二如圖1所示，本實施方式所述傳感器筒體1的長度為30～50mm。如此設(shè)計，傳感器筒體1設(shè)計的尺寸小，便于將傳感器埋入混凝土內(nèi)。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1～2所示，本實施方式所述傳感器筒體1的材料由硬質(zhì)PVC塑料制成。如此設(shè)計，硬質(zhì)PVC塑料具有良好的絕緣性、便于加工，防水防潮。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四如圖1所示，本實施方式所述傳感器還包括二～四層銅絲網(wǎng)7-2，所述二氧化錳層7由三～五層二氧化錳圓餅體7-1構(gòu)成，三～五層二氧化錳圓餅體7-1由上至下依次設(shè)置，且每兩個二氧化錳圓餅體7-1之間設(shè)有一層銅絲網(wǎng)7-2，每層銅絲網(wǎng)7-2的四周與金屬桶體8的內(nèi)壁相接觸。如此設(shè)計，增強了二氧化錳層7的整體導(dǎo)電性能。如此設(shè)計，增強了二氧化錳層7的整體導(dǎo)電性能。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五如圖1～2所示，本實施方式的檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器的制備方法步驟如下 步驟一、選取長度為30～50mm的硬質(zhì)PVC塑料管，其中外徑為8～12mm、壁厚為1～1.5mm；在硬質(zhì)PVC塑料管底端沿硬質(zhì)PVC塑料管的圓周方向加工一個環(huán)形凹槽1-1，其中環(huán)形凹槽1-1的中心線到硬質(zhì)PVC塑料管底端面的距離是3～6mm，環(huán)形凹槽1-1的深度0.5～0.8mm、環(huán)形凹槽1-1寬度為0.8～1.2mm； 步驟二、將硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)壁的上下兩端用粗砂紙打磨，使硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)壁表面粗糙，以利于硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)壁兩端填充密封； 步驟三、選取直徑為0.5～1.0mm的高純度銀絲，銀絲純度為99.999％，選取銀絲的長度為30～40mm，然后將輸入銅導(dǎo)線3的下端焊接在銀絲上，保證銀絲與輸入銅導(dǎo)線3垂直，并在焊接處用環(huán)氧樹脂進行絕緣密封； 步驟四、待環(huán)氧樹脂膠固化后，先采用粗砂紙對銀絲表面進行打磨，然后采用細砂紙對銀絲表面進行打磨，除掉銀絲表面氧化層，將銀絲彎成環(huán)形固定在環(huán)形凹槽1-1內(nèi)，將輸入銅導(dǎo)線3的下部置于軸向凹槽1-2內(nèi)； 步驟五、將硬質(zhì)PVC塑料管的下部浸泡在濃度為10％的氨水中，保證銀絲全部浸沒在氨水中，浸泡時間為六小時，以清除銀絲表面油脂污垢； 步驟六、將硬質(zhì)PVC塑料管的下部浸泡在濃度為0.1mol/L鹽酸溶液中，保證銀絲全部浸沒在鹽酸溶液中，將鹽酸溶液通電，對銀絲進行陽極化處理，其中電流密度為0.4～0.6mA/cm2，通電時間4～6小時，經(jīng)過陽極化處理的銀絲表面形成一個均勻致密的AgCl鍍層； 步驟七、將硬質(zhì)PVC塑料管從鹽酸溶液中取出，在輸入銅導(dǎo)線3與銀絲的焊接處未形成鍍層以及鍍層不均勻處用環(huán)氧樹脂膠密封處理，待環(huán)氧樹脂固化后，將硬質(zhì)PVC塑料管下部的銀絲浸泡在濃度為0.5mol/L的氯化鈉溶液中，避光保存三～七天； 步驟八、將硬質(zhì)PVC塑料管從所述氯化鈉溶液取出，將純硅酸鹽水泥、膨脹劑、和水按質(zhì)量比100∶4∶25進行混合，其中硅酸鹽水泥的水灰比在0.3～0.35之間，充分混合后制成微膨脹纖維水泥半透膜層4，將微膨脹纖維水泥半透膜層4填充在硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)的底部，其中微膨脹纖維水泥半透膜層4的厚度為4～6mm，保濕養(yǎng)護二～三天； 步驟九、將超吸水性高分子材料，即由氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣的過飽和水溶液充分攪拌制成堿性凝膠體5；其中氫氧化鈉的濃度為0.2mol/L、氫氧化鉀的濃度為0.6mol/L；然后將制做好堿性凝膠體5放在硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)的微膨脹纖維水泥半透膜層4的上端面上，堿性凝膠體5的厚度為8～10mm； 步驟十、將輸出銅導(dǎo)線4的下端焊接在金屬端蓋8-2的上端面的中部，壓制三～五層二氧化錳圓餅體7-1，將壓制好的三～五層二氧化錳圓餅體7-1由上之下依次設(shè)置，然后將每兩層二氧化錳圓餅體7-1之間鋪墊一層銅絲網(wǎng)7-2，制成二氧化錳層7，保證每層銅絲網(wǎng)7-2的四周與金屬桶體8的內(nèi)壁連接，再將二氧化錳層7放入金屬桶體8內(nèi)，將裝有二氧化錳層7的金屬桶體8放在硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)的堿性凝膠體5的上端面上，并保證堿性凝膠體5與最下層的二氧化錳圓餅體7-1緊密接觸； 步驟十一、將金屬端蓋8-2的上端面涂上絕緣密封膠層9，即制得檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器； 步驟十二、將上述制得的埋入式傳感器的下部浸入模擬混凝土孔隙溶液，即氫氧化鈉、氫氧化鉀、飽和氫氧化鈣的混合溶液中進行浸泡，混合溶液中氫氧化鈉的濃度為0.2mol/L、氫氧化鉀的濃度為0.6mol/L，使微膨脹纖維水泥半透膜層5充分水化，同時使微膨脹纖維水泥半透膜層5和堿性凝膠層6之間達到化學(xué)平衡，將上述制得的埋入式傳感器浸泡十四天后，氯離子傳感器便可以正常使用。即可放入溶液中，也可埋入混凝土中檢測環(huán)境介質(zhì)中氯離子濃度值。
具體實施方式
六本實施方式在步驟八中的純硅酸鹽水泥、膨脹劑和水進行混合時加入PVA纖維，PVA纖維占純硅酸鹽水泥、膨脹劑和水總質(zhì)量的1％。PVA纖維是一種可溶性樹脂，一般用作紡織漿料、粘合劑、建筑等行業(yè)?？梢允股鲜龌旌衔镎彻?jié)性好，防止開裂。其它與具體實施方式
五相同。
工作原理 傳感器筒體1內(nèi)由下至上設(shè)置微膨脹纖維水泥半透膜層5、堿性凝膠層6和二氧化錳層7構(gòu)成了一個穩(wěn)定的二氧化錳固體參比電極，傳感器筒體1外壁上纏繞的陽極化銀絲構(gòu)成了一個工作電極，在此電極與周圍介質(zhì)間存在下列化學(xué)平衡關(guān)系
根據(jù)奈斯特方程，在任意溫度T，上述化學(xué)反應(yīng)達平衡時，電極電位E可由下式表達 式中

為Ag+/Ag標準電位，電位取值為0.7991V；R為理想氣體常數(shù)，理想氣體常數(shù)為8.3145J·mol-1·K-1；T為電極的環(huán)境溫度；F為法拉弟常數(shù)，法拉弟常數(shù)為96485C·mol-1；Ks為AgCl的溶度積；

為環(huán)境介質(zhì)中Cl-的活度，通常取Cl-濃度值。
綜上所述，在給定溫度條件下，通過準確測量出工作電極相對于二氧化錳固體參比電極的相對電位值，即可確定工作電極周圍介質(zhì)中的Cl-濃度值。
權(quán)利要求
1.一種檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器，所述傳感器包括傳感器筒體(1)、環(huán)形銀絲(2)、輸入銅導(dǎo)線(3)、輸出銅導(dǎo)線(4)、微膨脹纖維水泥半透膜層(5)、堿性凝膠層(6)、二氧化錳層(7)、金屬桶體(8)和絕緣密封膠層(9)，其特征在于所述傳感器筒體(1)外壁的下部沿傳感器筒體(1)的圓周方向開有環(huán)形凹槽(1-1)，所述傳感器筒體(1)外壁沿高度方向開有軸向凹槽(1-2)，且所述環(huán)形凹槽(1-1)與所述軸向凹槽(1-2)連通，所述環(huán)形銀絲(2)套裝在傳感器筒體(1)的環(huán)形凹槽(1-1)內(nèi)，所述輸入銅導(dǎo)線(3)的下部位于軸向凹槽(1-2)內(nèi)，且所述輸入銅導(dǎo)線(3)的下端與環(huán)形銀絲(2)固接，所述微膨脹纖維水泥半透膜層(5)、堿性凝膠層(6)和二氧化錳層(7)由下至上依次設(shè)置在傳感器筒體(1)內(nèi)，所述金屬桶體(8)由金屬筒體(8-1)和金屬端蓋(8-2)構(gòu)成，所述金屬端蓋(8-2)固裝在金屬筒體(8-1)的上端，所述金屬筒體(8-1)設(shè)置在二氧化錳層(7)與傳感器筒體(1)之間，所述金屬端蓋(8-2)位于二氧化錳層(7)的上端面上，所述輸出銅導(dǎo)線(4)的下端固裝在金屬端蓋(8-2)的上端面的中部，所述金屬端蓋(8-2)的上端面上涂有絕緣密封膠層(9)，所述傳感器筒體(1)為絕緣材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器，其特征在于所述傳感器筒體(1)的長度為30～50mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器，其特征在于所述傳感器筒體(1)的材料由硬質(zhì)PVC塑料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器，其特征在于所述傳感器還包括二～四層銅絲網(wǎng)(7-2)，所述二氧化錳層(7)由三～五層二氧化錳圓餅體(7-1)構(gòu)成，三～五層二氧化錳圓餅體(7-1)由上至下依次設(shè)置，且每兩個二氧化錳圓餅體(7-1)之間設(shè)有一層銅絲網(wǎng)(7-2)，每層銅絲網(wǎng)(7-2)的四周與金屬桶體(8)的內(nèi)壁相接觸。
5.一種權(quán)利要求1、2或4所述的檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器的制備方法，其特征在于檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器的制備方法步驟如下
步驟一、選取長度為30～50mm的硬質(zhì)PVC塑料管，其中外徑為8～12mm、壁厚為1～1.5mm；在硬質(zhì)PVC塑料管底端沿硬質(zhì)PVC塑料管的圓周方向加工一個環(huán)形凹槽(1-1)，其中環(huán)形凹槽(1-1)的中心線到硬質(zhì)PVC塑料管底端面的距離是3～6mm，環(huán)形凹槽(1-1)的深度0.5～0.8mm、環(huán)形凹槽(1-1)寬度為0.8～1.2mm；
步驟二、將硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)壁的上下兩端用粗砂紙打磨；
步驟三、選取直徑為0.5～1.0mm的高純度銀絲，銀絲純度為99.999％，選取銀絲的長度為30～40mm，然后將輸入銅導(dǎo)線(3)的下端焊接在銀絲上，保證銀絲與輸入銅導(dǎo)線(3)垂直，并在焊接處用環(huán)氧樹脂進行絕緣密封；
步驟四、待環(huán)氧樹脂膠固化后，先采用粗砂紙對銀絲表面進行打磨，然后采用細砂紙對銀絲表面進行打磨，除掉銀絲表面氧化層，將銀絲彎成環(huán)形固定在環(huán)形凹槽(1-1)內(nèi)，將輸入銅導(dǎo)線(3)的下部置于軸向凹槽(1-2)內(nèi)；
步驟五、將硬質(zhì)PVC塑料管的下部浸泡在濃度為10％的氨水中，保證銀絲全部浸沒在氨水中，浸泡時間為六小時；
步驟六、將硬質(zhì)PVC塑料管的下部浸泡在濃度為0.1mol/L鹽酸溶液中，保證銀絲全部浸沒在鹽酸溶液中，將鹽酸溶液通電，對銀絲進行陽極化處理，其中電流密度為0.4～0.6mA/cm2，通電時間4～6小時，經(jīng)過陽極化處理的銀絲表面形成一個均勻致密的AgCl鍍層；
步驟七、將硬質(zhì)PVC塑料管從鹽酸溶液中取出，在輸入銅導(dǎo)線(3)與銀絲的焊接處未形成鍍層以及鍍層不均勻處用環(huán)氧樹脂膠密封處理，待環(huán)氧樹脂固化后，將硬質(zhì)PVC塑料管下部的銀絲浸泡在濃度為0.5mol/L的氯化鈉溶液中，避光保存三～七天；
步驟八、將硬質(zhì)PVC塑料管從所述氯化鈉溶液取出，將純硅酸鹽水泥、膨脹劑和水按質(zhì)量比100∶4∶25進行混合，其中硅酸鹽水泥的水灰比在0.3～0.35之間，充分混合后制成微膨脹纖維水泥半透膜層(4)，將微膨脹纖維水泥半透膜層(4)填充在硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)的底部，其中微膨脹纖維水泥半透膜層(4)的厚度為4～6mm，保濕養(yǎng)護二～三天；
步驟九、將超吸水性高分子材料，即由氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣的過飽和水溶液充分攪拌制成堿性凝膠體(5)；其中氫氧化鈉的濃度為0.2mol/L、氫氧化鉀的濃度為0.6mol/L；然后將制做好堿性凝膠體5放在硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)的微膨脹纖維水泥半透膜層(4)的上端面上，堿性凝膠體(5)的厚度為8～10mm；
步驟十、將輸出銅導(dǎo)線(4)的下端焊接在金屬端蓋(8-2)的上端面的中部，壓制三～五層二氧化錳圓餅體(7-1)，將壓制好的三～五層二氧化錳圓餅體(7-1)由上之下依次設(shè)置，然后將每兩層二氧化錳圓餅體(7-1)之間鋪墊一層銅絲網(wǎng)(7-2)，制成二氧化錳層(7)，保證每層銅絲網(wǎng)(7-2)的四周與金屬桶體(8)的內(nèi)壁連接，再將二氧化錳層(7)放入金屬桶體(8)內(nèi)，將裝有二氧化錳層(7)的金屬桶體(8)放在硬質(zhì)PVC塑料管內(nèi)的堿性凝膠體(5)的上端面上，并保證堿性凝膠體(5)與最下層的二氧化錳圓餅體(7-1)緊密接觸；
步驟十一、將金屬端蓋(8-2)的上端面涂上絕緣密封膠層(9)，即制得檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器；
步驟十二、將上述制得的埋入式傳感器的下部浸入模擬混凝土孔隙溶液，即氫氧化鈉、氫氧化鉀、飽和氫氧化鈣的混合溶液中進行浸泡，混合溶液中氫氧化鈉的濃度為0.2mol/L、氫氧化鉀的濃度為0.6mol/L，使微膨脹纖維水泥半透膜層(5)充分水化，同時使微膨脹纖維水泥半透膜層(5)和堿性凝膠層(6)之間達到化學(xué)平衡，將上述制得的埋入式傳感器浸泡十四天后，氯離子傳感器便可以正常使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器的制備方法，其特征在于在步驟八中的純硅酸鹽水泥、膨脹劑和水進行混合時加入PVA纖維，PVA纖維占純硅酸鹽水泥、膨脹劑和水總質(zhì)量的1％。
全文摘要
檢測混凝土氯離子含量的埋入式傳感器及其制備方法，它涉及一種傳感器及制備方法。解決了現(xiàn)有的傳感器無法實時檢測混凝土氯離子含量、存在較大電壓降、堅固性差，穩(wěn)定性差以及現(xiàn)有的方法制作的傳感器不能連續(xù)檢測變化的氯離子濃度、檢測結(jié)果不準確的問題。微膨脹纖維水泥半透膜層、堿性凝膠層和二氧化錳層由下至上依次設(shè)置在傳感器筒體內(nèi)；方法是將制做好的微膨脹纖維水泥半透膜層、堿性凝膠層、二氧化錳層由下至上依次設(shè)置在傳感器筒體內(nèi)，再將上述制得的傳感器的下部浸入模擬混凝土孔隙溶液。本發(fā)明的傳感器能夠?qū)崟r檢測混凝土氯離子含量、堅固性好，長期穩(wěn)定性好；本發(fā)明的方法制作的傳感器能夠連續(xù)檢測變化的氯離子濃度，檢測結(jié)果準確。
文檔編號G01N27/406GK101726525SQ20091007338
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者高小建, 楊英姿, 張劍, 鄧宏衛(wèi) 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)