一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及交通、土木工程領(lǐng)域中氯離子侵蝕環(huán)境下的鋼筋腐蝕光纖傳感器的封裝及保護(hù)領(lǐng)域，具體地說是針對海工碼頭鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕問題，研發(fā)一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器，以實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土內(nèi)部微量氯離子在線檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]氯離子侵入和混凝土碳化引起鋼筋銹蝕是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降的主要原因，嚴(yán)重威脅混凝土結(jié)構(gòu)的服役安全性。對于海港碼頭的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說，氯離子入侵導(dǎo)致的混凝土結(jié)構(gòu)失效問題尤為嚴(yán)重。通常鋼筋表面在混凝土高堿性環(huán)境下形成鈍化膜，但是氯離子吸附在鋼筋表面會破壞鈍化膜，同時(shí)降低鋼筋表面pH值，最終導(dǎo)致鈍化膜失效，加速鋼筋腐蝕。因此，掌握混凝土內(nèi)部氯離子濃度分布情況，才能對其耐久性和剩余壽命進(jìn)行有效評估和預(yù)測，對于嚴(yán)重的氯離子侵入?yún)^(qū)域及時(shí)采取措施，提高結(jié)構(gòu)的總體安全性。
[0003]傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部氯離子檢測方法是采用鉆探的方式從內(nèi)部獲取一些混凝土后再利用化學(xué)分析的方法確定其氯離子含量。該種方法測量準(zhǔn)確，但是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，特別是不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。另一種測量方式是采用電化學(xué)方法在混凝土內(nèi)部布設(shè)參比電極，當(dāng)氯離子侵入混凝土內(nèi)部后導(dǎo)致鋼筋腐蝕，電位發(fā)生變化?；谀芩固胤匠屉娢蛔兓梢杂?jì)算出氯離子濃度(申請?zhí)?201320007940.4)。早期，美國VTI公司開發(fā)了基于線性極化技術(shù)的鋼筋腐蝕速率監(jiān)測傳感器，國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)也研發(fā)了基于胞02的固態(tài)參比電極，電極穩(wěn)定性高、壽命長(申請?zhí)?200910073383.4)。專利201320136419.0采用多種參比電極組合分別測量混凝土的氯離子濃度和pH值。
[0004]光纖腐蝕傳感器技術(shù)是20世紀(jì)70年代伴隨光纖通訊和光電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的以光波為傳輸媒介，通過光纖感知和傳輸外界被測信號的新型傳感技術(shù)，具有體小質(zhì)輕、抗腐蝕、不帶電、不受電磁干擾、不易燃易爆、適合狹小空間、傳感一體等等優(yōu)點(diǎn)。采用光纖傳感器對鋼筋腐蝕狀況進(jìn)行監(jiān)測是一種全新的路徑，專利201310292078.0公開了一種基于光纖光柵技術(shù)的鋼筋腐蝕傳感器，鋼筋腐蝕導(dǎo)致其自身體積膨脹進(jìn)而促使纏繞其外的光纖光柵間距變化。天津大學(xué)提出了基于雙光纖光柵的海水氯離子濃度測量裝置(申請?zhí)?201310756330.9和201310274636.0)。南京航空航天大學(xué)發(fā)明了鋼筋腐蝕光纖傳感器的封裝方法(申請?zhí)?200910029971.8)。光纖氯離子傳感器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有應(yīng)用，如復(fù)旦大學(xué)提出的光纖表面熒光血液氯離子傳感器(申請?zhí)?201510031062.X)，由光纖末端涂布含有感光成分的聚合物組成，熒光傳感靈敏度高且離子選擇性好、溫度pH值適應(yīng)性強(qiáng)?；跓晒獯銣绲幕炷谅入x子腐蝕光纖傳感器未見報(bào)道和相關(guān)專利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器，以實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土內(nèi)部微量氯離子在線檢測。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]1、本發(fā)明提供一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器，包括保護(hù)套及內(nèi)設(shè)在保護(hù)套中的傳輸光纖和感光膜片組合件；
[0008]所述保護(hù)套采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)為支撐，其一端采用螺栓封裝固定，另一端采用微孔陶瓷結(jié)構(gòu)封閉，保護(hù)套、螺栓封裝面和微孔陶瓷結(jié)構(gòu)封閉面之間圍成密閉空間，密閉空間內(nèi)灌注氯離子傳導(dǎo)膠體物質(zhì)；
[0009]所述傳輸光纖為具有雙向傳輸能力的反射型光纖，傳輸光纖靠近微孔陶瓷結(jié)構(gòu)一端為一根，該一根傳輸光纖與感光膜片組合件相連，傳輸光纖靠近螺栓封裝一端分為兩根，且該兩根傳輸光纖拉緊后自螺栓封裝面穿出，其中一根為激發(fā)注入光源，另一根為熒光采集傳輸光源；
[0010]所述感光膜片組合件包括PVC外框及其內(nèi)的石英片和感光膜，石英片和感光膜靠近微孔陶瓷結(jié)構(gòu)一端由遠(yuǎn)及近安裝在PVC外框內(nèi)部，PVC外框與靠近石英片一端的傳輸光纖膠粘連接，PVC外框靠近感光膜一端采用壓緊螺栓固定。
[0011 ] 進(jìn)一步的，所述PVC外框內(nèi)設(shè)有用于放置石英片的石英片定位卡槽。
[0012]進(jìn)一步的，所述氯離子傳導(dǎo)膠體物質(zhì)與微孔陶瓷之間增設(shè)Naf 1n膜。
[0013]進(jìn)一步的，所述保護(hù)套內(nèi)設(shè)有用于固定傳輸光纖的定位片。
[0014]所述保護(hù)套采用低碳鋼鋼管或環(huán)氧玻璃鋼為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)支撐。
[0015]所述氯離子傳導(dǎo)膠體物質(zhì)為瓊脂。
[0016]2、本發(fā)明還提供一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器的檢測方法，其特征在于，將上述一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器預(yù)埋入混凝土內(nèi)部，傳輸光纖一端連接激發(fā)注入光源，另一端連接熒光采集裝置即可。
[0017]本發(fā)明的一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器及其檢測方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，所產(chǎn)生的有益效果是:
[0018]本發(fā)明針對海工碼頭鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕問題，采用光纖為基礎(chǔ)研發(fā)小型氯離子傳感器，通過傳輸光纖傳輸注入激發(fā)光和接收熒光發(fā)射，利用感光膜與激發(fā)光產(chǎn)生反應(yīng)結(jié)合膜附近的氯離子濃度不同，產(chǎn)生不同強(qiáng)度熒光，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對氯離子的檢測，該傳感器具有體積小、重量輕、成本低、精度高等優(yōu)點(diǎn)，其檢測方法操作簡單，方便實(shí)用，具有一定的開發(fā)前景。
【附圖說明】
[0019]附圖1為本發(fā)明基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]附圖2為本發(fā)明傳輸光纖與感光膜的封裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]附圖3為本發(fā)明基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器的熒光強(qiáng)度測試結(jié)果圖。
[0022]圖中，1、傳輸光纖，2、螺栓，3、定位片，4、瓊脂，5、微孔陶瓷，6、感光膜片組合件，7、PVC外框，8、感光膜，9、膠粘，10、石英片定位卡槽，11、石英片，12、壓緊螺栓，13、保護(hù)套，附圖3曲線a —f代表加入不同濃度NaCl溶液0.lmL后熒光強(qiáng)度測試圖。(其中，a—f NaCl依次為 0mol/L，005mol/L，0.01mol/L，0.02mol/L，0.03mol/L 0.04mol/L，0.05mol/L)
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖1-3對本發(fā)明的一種基于熒光淬滅的混凝土氯離子腐蝕光纖傳感器及其檢測方法作以下詳細(xì)地說明。
[0024]如附圖1所示，本發(fā)明的一種基于熒光