[实用新型]一种混凝土中钢筋锈蚀超声监测传感器

说明书

技术领域

 本实用新型涉及混凝土中钢筋锈蚀的监测装置及监测方法，具体的说是一种混凝土中钢筋锈蚀超声监测传感器。

背景技术

大量的工程实践表明，在钢筋混凝土结构中，钢筋锈蚀是影响在役结构耐久性的主要因素。钢筋的锈蚀会导致受力钢筋截面面积减小，钢筋与混凝土之间的黏结力下降，混凝土保护层开裂，结构强度降低等，从而使结构耐久性降低，结构的抗力随时间衰减，可靠度也相应地降低，使得混凝土结构在使用性和安全性上存在着极大的隐患。随着我国社会经济的不断发展，各种大型复杂工程结构不断涌现，土木工程结构健康监测技术逐渐成为学术界的研究热点。近十几年来，智能材料结构在工程领域中的成功应用，为实现真正意义上的结构健康监测提供了有效的途径。目前常用钢筋锈蚀监测方法有电化学法，光纤监测，声发射监测与超声监测等。电化学方法是通过测定钢筋混凝土腐蚀体系的电化学特性来确定钢筋的锈蚀程度或速度，主要有半电池电位法、线性极化法、恒电量法、电化学噪声法、交流阻抗法等。光纤传感器是近十多年来迅速发展起来的一种新型传感器。基本传感原理是当光波在光纤中传输时，表征光波的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）会由于被测量（如应变、位移、温度、压力、加速度、电场等）对光纤的作用而发生变化，从而引起光波的强度、干涉效应、偏振面发生变化，使光波成为被调制的信号，再经过光探测器和解调仪后实现对建筑物的监测。此外还有声发射与超声波法。声发射也称为应力波发射，作为一种常用的无损检测技术已经有30多年的历史。结构在受力过程中会释放出能量，一些腐蚀历程如应力腐蚀开裂、空泡腐蚀等都伴随着声能的释放，换能器可将接收到的声信号转换成电信号进行分析，通过监测和记录这种声波便可得到结构中缺陷和腐蚀损伤的发生及发展状况，并确定他们所在位置。声发射法需要进行连续监测，易受环境噪音干扰。超声波方法是一种主动监测方法，利用超声波探头发射与接收超声波，对钢筋所在位置混凝土进行扫描，检测虽然简单方便，但是监测钢筋腐蚀精确度不高，对于未发生明显锈胀裂缝时检测的结果不够精准。上述监测方法都有其优点，也有其局限性。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单方便钢筋锈蚀监测的适于埋入混凝土中的钢筋锈蚀超声监测传感器。实现本实用新型的目的所采取的技术方案是：该混凝土中钢筋锈蚀超声监测传感器设有一钢筋，钢筋的一端设有发射用压电陶瓷柱，用于发射超声波，钢筋的另一端设有接收用压电陶瓷柱，用于接收超声波，且压电陶瓷柱和压电陶瓷柱的轴向方向与钢筋的轴向方向一致，发射用压电陶瓷柱和接收用压电陶瓷柱上分别设有发射用屏蔽引线和接收用屏蔽引线，所说的发射用压电陶瓷柱和接收用压电陶瓷柱的外面分别设有树脂绝缘层，树脂绝缘层外设有屏蔽层。在近年来，压电陶瓷以其特有的传感和驱动功能成为土木工程界广泛研究和应用的智能材料之一。因其具有响应速度快、线性关系好、频响范围宽、能耗低、易剪裁、造价低廉且易加工成型等优点而在工程结构健康监测方面存在着巨大的应用潜力。因此，将压电材料作为基本元件，方便实用。该传感器的使用方法是：将该传感器埋入建筑时的混凝土中。监测时，一端的压电陶瓷柱接信号发生器产生超声波，另一端的压电陶瓷柱接信号接收器，接收超声波。依据接收超声波信号的变化监测钢筋在混凝土中的锈蚀情况。本方法中，超声波在钢筋中传播，将有部分波在钢筋与混凝土的界面位置发生波的折射与透射。钢筋与混凝土将形成一个界面，因为钢筋与混凝土材料性能不同，波在界面上将会发射与透射。当钢筋发生锈蚀后，钢筋的表面将产生锈蚀产物钢筋锈蚀产物会体积膨胀，这样声波透射入混凝土的将会减少通过钢筋的将会增加，随着腐蚀程度的加深，通过钢筋的声波将会增强。当锈蚀到一定程度时，钢筋周围混凝土的拉应力超过极限拉应力，钢筋周围的混凝土开始出现细微裂缝，一旦出现裂缝，由钢筋透射入混凝土的声波将减至最小。接收到的超声波的幅值也将最大。

本实用新型利用钢筋作为超声波传播的介质，克服了普通超声监测方法以混凝土作为传播介质的局限性。在施工过程中，将传感器埋入混凝土中，能够对钢筋锈蚀实时、长期的在线监测。本方法最大的优点在于既能监测钢筋的锈蚀程度又能监测混凝土损伤，能够表征钢筋、锈蚀产物与混凝土三者之间的相互作用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型监测时的连接示意图。

图3是本实用新型在实验中的波形图；

图4是本实用新型明在实验中超声波幅值与时间的关系曲线图。