[发明专利]混凝土受拉裂缝宽度监测和区域自定位装置及方法

说明书

一种混凝土受拉裂缝宽度监测和区域自定位装置及方法，属于土木工程技术领域。包括直流稳压电源，定值电阻，外导电电极，内导电电极a₁、a₂、...、a_n‑1、a_n，混凝土构件，电压转换模块，电脑。混凝土构件底部受拉区域布置内外导电电极；外导电电极与定值电阻串联连接，并接直流电源中的正负极，定值电阻两端接入电压转化模块；内导电电极a_i、a_i+1接入电压转化模块。电压转化模块通过数据采集设备与电脑连接。本发明通过实时监测混凝土目标区域在荷载作用下电阻变化率，实现混凝土裂缝宽度的自监测和裂缝出现区域定位的目标。本发明无需在构件上额外布置裂缝传感器，无需在混凝土基体中添加大量的导电材料，为重要混凝土结构构件的裂缝实时监测提供保障。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种混凝土构件开裂区域自定位与裂缝宽度变化自监测的装置和技术。

背景技术

混凝土具有良好的抗压强度,在结构中主要承受压应力,但混凝土的抗拉性能较低，其抗拉强度仅为抗压强度的约十分之一。混凝土结构构件的受拉区在正常使用阶段是带裂缝工作的，而裂缝在荷载作用下的不断扩展将削弱构件的有效截面，直接影响到结构的变形、耐久性与承载力；所以对混凝土进行裂缝实时跟踪意义重大。目前混凝土结构工程上应用较为广泛的裂缝检测、监测技术主要有：人工检测、超声波、声发射以及光纤传感器监测等。这些技术的应用或受限于人工检测的精度和频次、或依赖于复杂且昂贵的传感器和信号解调设备。

一种成本较低、更方便的方法获得了人们的重视，即通过在水泥基复合材料中掺加导电纤维、导电颗粒以实现应变和损伤的自感知：利用电阻的变化规律对水泥基试件及水泥砂浆等材料受压或受拉时的应变进行监测。但目前国内外针对水泥基复合材料应变自感应技术无法实现对混凝土裂缝的开裂位置、裂缝宽度进行判断与实时监测，这就存在不能及时发现结构物安全隐患的弊端，无法实现对混凝土结构的耐久性和安全性进行科学的评估，影响对受损结构的维修与加固。

混凝土属于电的不良导体，已有水泥基材料应变自监测技术借助碳纤维、碳黑、镍粉等导电材料降低混凝土的电阻率，通常要达到导电渗滤阈值需要的导电材料掺量较高(碳纤维＞0.5％体积掺量，碳纳米管>1％水泥质量掺量)，主要集中在受压时的应变，且成本昂贵。实际上，混凝土并不是严格意义上的绝缘体，且混凝土受拉开裂后基体电阻变化比较明显。本发明基于对混凝土自身电阻变化率的实时监测，实现对荷载作用下的混凝土构件受拉区的裂缝定位和裂缝扩展宽度的自监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于混凝土裂缝宽度监测和裂缝区域定位的装置和技术，它可实时精确地监测混凝土构件在荷载作用下的裂缝宽度变化，具有较高的准确性和灵敏度、低成本；同时还可实现开裂区域定位的装置。尤其适用于包括隧道、城市地下管廊、海底沉管等地下结构在内的不同混凝土结构的裂缝监测。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种混凝土受拉开裂区自定位与裂缝宽度变化自监测装置，所述装置包括：直流稳压电源1，定值电阻2，外导电电极3，内导电电极a₁、a₂、...、a_n-1、a_n，混凝土构件4，电压转换模块5，数据采集系统6，电脑7，导线8。