[发明专利]一种用于监测混凝土碳化深度的光纤传感器

说明书

本发明属于结构健康监测技术领域，公开了一种用于监测混凝土碳化深度的光纤传感器，包括FP光纤，滑动活塞杆，不锈钢外壳和对pH值敏感的高分子聚合物。所述传感器基于多光束干涉原理且结合利用了pH响应聚合物的性质，通过监测不同腔长条件下法布里‑铂罗腔反射光谱信号的变化，间接监测混凝土保护层碳化深度随时间的变化以及混凝土保护层沿深度方向的碳化状况。该传感器能够实现对混凝土保护层碳化深度的长期、无损、实时监测，测量精度较高，具有制作相对简单、体积小、强度大，灵敏度高等优点，具有广阔的应用前景，易于推广。

技术领域

本发明涉及一种用于监测混凝土碳化深度(pH值)的光纤传感器，属于结构健康监测技术领域，尤其适用于钢筋混凝土结构中混凝土保护层碳化深度的监测。

背景技术

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素之一，其严重影响钢筋混凝土结构服役期间的安全性。钢筋混凝土结构的混凝土保护层主要作用就是保护钢筋免受外界环境中侵蚀物质的影响。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土孔隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，使钢筋表面生成难溶的致密的三氧化二铁和四氧化三铁，称为钝化膜。钝化膜可以保护钢筋，减缓钢筋被侵蚀的速率。

钢筋混凝土中钢筋锈蚀损伤综述中表述混凝土碳化时，钢筋表面的钝化膜会被破坏。实际上：随着空气中二氧化碳气体通过硬化混凝土细孔渗透到混凝土内，其与碱性物质(氢氧化钙)发生化学反应后生成碳酸盐(如碳酸钙)和水，即发生碳化。碳化使混凝土的碱度降低，钢筋表面钝化膜变薄并逐渐消失，失去对钢筋的保护作用。在水与空气存在的条件下，钢筋发生锈蚀，导致体积膨胀，进而引起混凝土保护层开裂直到混凝土剥落，严重影响结构的耐久性。

如果能较早监测到混凝土保护层的碳化深度，并及时的诊断和修复，能大大提高钢筋混凝土结构的安全性，从而减小经济损失和人员伤亡。因此，实时监测混凝土保护层碳化深度，能够为评估混凝土结构耐久性和预测结构的剩余寿命提供数据支撑，对保证混凝土结构的耐久性和服役期间的安全性具有较大的工程实践意义。

庞崇安等人的海港码头钢筋混凝土结构耐久性检测与评估中的的检测混凝土碳化深度方法是先在测区表面凿一个直径为20mm、深约80mm的孔洞，然后除净孔洞中的粉末和碎屑，立即用1％酚酞酒精溶液滴在孔洞边缘处，测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离多次，取其平均值，该距离即为混凝土的碳化深度值。该测量方法除实施麻烦，耗费很多人力和时间以外，精度也较低，同时测量过程对结构产生损伤，而且无法进行实时的连续的碳化深度监测。

光纤传感器具有尺寸小，重量轻，抗电磁干扰，抗腐蚀性强，监测精度高并能够实时连续监测等一系列优点，用光纤传感器监测混凝土保护层碳化深度具有显著的优势，有希望解决当前混凝土保护层碳化深度监测技术中存在的诸多问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于监测混凝土碳化深度(pH值)的光纤传感器，该传感器的最大特点是对周围环境pH值的改变非常敏感，可以通过反应外界pH值的变化间接监测混凝土保护层的碳化深度。这种基于法布里—铂罗腔的混凝土碳化深度监测传感器制作简单，可以无损、实时地监测混凝土保护层碳化深度的变化，从而合理评估结构的耐久性和使用寿命，保证结构的安全性。

本发明的技术方案：

一种用于监测混凝土碳化深度的光纤传感器，包括滑动活塞杆1、不锈钢外壳2、FP光纤3、小孔4和化学反应区域5；

所述的滑动活塞杆1包括可反光的端面6和分割出化学反应区域5的滑动活塞9；

所述的不锈钢材外壳2在位于化学反应区域5的外部开有小孔4，以保证光纤传感器外部的酸碱性离子充分进入光纤传感器内部，并与对pH值敏感的高分子聚合物10接触并发生化学反应；

所述的FP光纤3与滑动活塞杆1的反光端面6形成法布里—铂罗腔；