专利名称：钢筋锈蚀监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种监测装置，尤其涉及钢筋锈蚀监测装置，主要用于监测 水泥混凝土结构中钢筋的锈蚀。
背景技术：
钢筋混凝土是现代最主要的建筑材料之一，但近年来的工程调査表明，由于
钢筋混凝土结构腐蚀而造成的后果非常严重，全世界每年用于混凝土结构的维修
和加固的费用数以千亿美元。而钢筋锈蚀是引起钢筋混凝土结构耐久性失效的最
主要的因素。因此对钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀防护的研究具有重要的实际意
义，也成为建筑工程领域研究最多的问题之一。
近年来，随着材料科学技术的发展以及机敏材料的出现，使得人们对一些重
大工程进行智能性诊断与监控己成为可能。碳纤维水泥基材料(Carbon-fiber
reinforced cement简称CFRC)就是具有自诊断，自增强，自调节，自防护功能
的机敏材料之一，它不仅增强了脆性水泥基体的强度和韧性，而且它持久性好，
感应体积大，有很好的机敏特性。与其它用于混凝土结构的机敏材料(如光纤光
栅传感器、压电材料、智能可控流体、记忆合金等)相比，机敏混凝土与传统的
混凝土材料具有天然的相容性，是一种应用于混凝土结构的本征机敏材料，是一
种理想的结构与功能一体化材料，也成为一个研究的热点。
发明内容
已有研究表明埋在混凝土中的钢筋完全锈蚀以后，其产生铁锈的体积是相应 钢筋体积的2倍以上，因而会向四周膨胀；而钢筋周围的混凝土会限制它的膨胀， 在交界面上产生了压力，这种压力就称为钢筋锈胀力。本实用新型的目的在于提 供一种可以灵敏感应到混凝土中钢筋锈蚀产生的锈胀力，以及锈胀力大小的监测装置。
为了实现上述目的，本实用新型提出的技术方案是一种钢筋锈蚀监测装置， 其特征在于包括一监测参照钢筋，固设于由碳纤维机敏材料浇注形成的柱体内， 钢筋外同轴套设有内外两层钢丝网电极圆筒，所述内外圆筒构成一同轴圆筒电容器。 在钢筋外包裹一层碳纤维水泥基材料，当钢筋锈蚀时会对碳纤维水泥基材料 施以相当大的压力，其电性能参数会随着压力的变化而变化，通过测量其电性能 参数的变化就可以监测钢筋的锈蚀状况。本实用新型正是利用碳纤维水泥基材料 的机敏特性，通过测量圆筒轴心碳纤维水泥基材料电容的变化来表征钢筋的锈 蚀。同轴圆筒之间的电容C为
<formula>formula see original document page 4</formula>其中，so为真空中的介电常数，为8.85xl(T12， Ss为水泥浆体的介电常数，h为同 轴圆筒的高度，R与r为圆筒的外径与内径。
如果Ac为电容的变化，co为初始电容，可设水泥基材料的压敏系数K为
这里;为沿CFRC径向的平均线应变，表示为
& 一"R—r
该试件为轴对称模型，CFRC圆筒沿环向受拉而沿径向受压，由于水泥基材料的
拉压性质不同，为各向异性非线弹性材料，其几何方程<formula>formula see original document page 4</formula>
式中ur为CFRC的泊松比，r为CFRC任意一点所在的半径，可得
么<formula>formula see original document page 4</formula>
最后可以得到平均径向应变与电容变化率之间的关系<formula>formula see original document page 4</formula>
因此，可根据CFRC试件在不同的应力状态，求出径向应变和CFRC的电容变 化率，得到CFRC的电容变化率与环向应变的关系。根据测试出的电容的变化情 况来推算试件中钢筋锈蚀产生的锈蚀膨胀力，监控钢筋的锈蚀程度。
本实用新型的钢筋锈蚀监测装置结构简单，充分发挥了碳纤维水泥材料的本
征特性以及机敏特性，应用于水泥混凝土结构中钢筋锈蚀状态的监测，方便易行。
图l是包裹钢筋的碳纤维水泥机敏试件结构示意图，其中1为钢筋，2为钢丝网
电极，3是碳纤维水泥试件。
图2是钢丝网电极结构示意图。
图3是碳纤维水泥机敏试件的俯视图。
图4是将包裹钢筋的碳纤维水泥机敏试件埋到混凝土构件中去。
图5是碳纤维机敏试件电容变化一应变图。 图6碳纤维机敏试件电容变化一锈蚀物重量。
具体实施方式
1.碳纤维水泥机敏试件的制作
碳纤维水泥浆按胶凝材料质量百分比含量配比如下水灰=1: 0.40，水泥
为胶凝材料总量的60%，粉煤灰为胶凝材料总量的30%，硅灰为胶凝材料总量的 10%，碳纤维掺量为胶凝材料总量的0.35%，甲基纤维素用作分散剂掺量为胶凝 材料总量的0.45%，磷酸三丁脂用作消泡剂惨量为胶凝材料总量的0.02%，减水 剂是聚縮酸减水剂掺量为胶凝材料总量的1%，标准砂用量为胶凝材料总量的2. 5倍。
按以上配比，制作碳纤维水泥砂浆。首先对碳纤维进行表面处理，即用次氯 酸钠浸泡碳纤维24小时，在ll(TC温度下烘干备用。把碳纤维尽量分开，注入 含分散剂、减水剂、消泡剂的拌和水(分散剂要用沸水溶解后静置12小时)，搅 拌3分钟后加入水泥、粉煤灰和硅灰，以及标准砂，再搅拌3分钟。
如图2所示，把钢丝网裁剪成10cmX20cm以及10cmX 10cm的方块，焊上导 线，并涂上环氧树脂，弯曲成为圆筒状的电极。
如图1及图3所示，制作碳纤维水泥机敏试件在自制的高为10cm,直径 为8cm的模具中成型试件，把钢筋l固定在模具中央，浇注碳纤维水泥砂浆形成 圆柱体3，在碳纤维水泥砂浆内插入钢丝网电极2，震动模平。振动成型后l天 脱模，在恒温养护室中养护到28天龄期。
2.碳纤维机敏试件的埋设
考虑到环境温度、湿度会对碳纤维机敏材料的电性能有较大的影响，需要在 试件的表面涂抹一层薄薄的环氧树脂涂层，起到隔绝环境影响的作用，然后把碳 纤维机敏试件埋设到需要对钢筋锈蚀进行监控的混凝土结构中去。将包裹钢筋的 碳纤维水泥机敏试件埋到混凝土构件4中去，使碳纤维水泥机敏试件侧向受约 束。
如图4所示。本实用新型在深圳大伊湾集装箱码头胸墙钢筋锈蚀监测中得到 应用，主要监控在钢筋锈蚀过程碳纤维机敏试件电容，径向应变的变化以及钢筋 锈蚀物的重量。
如图5所示，测量碳纤维机敏试件电容变化率与环向应变的关系，并根据变 化情况推算如图6所示的钢筋锈蚀产生的锈蚀膨胀力，监控钢筋的锈蚀程度。
权利要求1.一种钢筋锈蚀监测装置，其特征在于包括一监测参照钢筋，固设于由碳纤维机敏材料浇注形成的柱体内，钢筋外同轴套设有内外两层钢丝网电极圆筒，所述内外圆筒构成一同轴圆筒电容器。
专利摘要本实用新型公开了一种钢筋锈蚀监测装置，其特征在于包括一用于监测参照钢筋，固设于由碳纤维机敏材料浇注形成的柱体内，钢筋外同轴套设有内外两层钢丝网电极圆筒，所述内外圆筒构成一同轴圆筒电容器。本实用新型的钢筋锈蚀监测装置结构简单，充分发挥了碳纤维水泥材料的本征特性以及机敏特性，应用于水泥混凝土结构中钢筋锈蚀状态的监测，方便易行。
文档编号G01N27/22GK201069438SQ20072005574
公开日2008年6月4日 申请日期2007年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者王胜年, 王迎飞, 陈中杰, 黄雁飞 申请人:中交四航工程研究院有限公司