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一种用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器及其制备方法技术

技术编号:15542429 阅读:165 留言:0更新日期:2017-06-05 11:22
本发明专利技术公开了一种用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器及其制备方法,该传感器包括基板,拼接涂覆于基板表面的感应浆体层和导电银浆层,以及拼接涂敷于所述导电银浆层表面的惰性浆体层及环氧树脂层;制法为分别配置导电银浆、感应浆体及惰性浆体,在基板的表面涂覆导电银浆,干燥后煅烧;其次,在该基板的同一面涂覆感应浆体,干燥后煅烧;随后,在导电银浆层一侧涂覆惰性浆体,干燥后煅烧;最后在导电银浆层另一侧设置导线,采用环氧树脂层进行密封即可。优点为该传感器不仅电极可靠性好、寿命长,且对硫酸根离子浓度敏感,能够应用于混凝土环境中无损监测混凝土中硫酸盐含量变化,且能够进行实时监测。

Sensor for monitoring sulfate ion concentration in concrete and preparation method thereof

The invention discloses a preparation method for the sensor and the sulfate ion concentration monitoring in concrete, the sensor includes a substrate, induction slurry on the surface of the substrate coated layer and conductive silver paste layer, and the stitching is coated on the surface of the conductive silver paste layer inert slurry layer and epoxy resin layer; preparation method for separately configured conductive silver paste, paste and induction inert slurry, the surface of the substrate is coated with conductive silver paste, drying and calcination; secondly, on the same side of the substrate induction slurry coating, drying and calcination; subsequently, the conductive silver paste layer coating on one side of the inert slurry, drying and calcination; finally on the other side of the wires in the conductive silver paste layer, using epoxy resin sealing layer. The advantages of the sensor electrode not only good reliability, long service life, and is sensitive to the concentration of sulfate ions, sulfate content can be used in monitoring changes of concrete in concrete environment and can be used for nondestructive, real-time monitoring.

【技术实现步骤摘要】
一种用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器及其制备方法技术邻域本专利技术属于传感器领域,尤其涉及一种用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器及其制备方法。
技术介绍
混凝土因为施工方便、耐火性好等优点成为应用最为广泛的土木工程材料之一,发挥着很多其他材料无法代替的作用。然而,混凝土会遭受很多物理和化学破坏从而对其服役寿命产生很大的负面影响。其中,混凝土暴露在含有硫酸盐的环境和介质中时会遭受硫酸盐侵蚀而破坏,特别是在中国西部盐渍地区和东部沿海地区。因此对硫酸盐侵蚀进行监测从而评估混凝土性能对评价混凝土结构的耐久性具有重要意义。目前,监测硫酸盐浓度的电极已经有一些报道。比如专利CN1025242C中提到一种监测水溶液中硫酸根离子浓度的方法。然而,这种方法测量的硫酸根浓度较低,而且只能应用在水中。目前,几乎没有能够应用在混凝土环境中监测硫酸根离子浓度的传感器。因此,亟需研制出对硫酸根离子浓度敏感并且能够在混凝土环境使用的硫酸盐传感器。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术的第一目的是提供一种电极可靠性佳且寿命长的用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器;本专利技术的第二目的是提供一种该传感器的制备方法。技术方案:本专利技术用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器,该传感器包括基板,拼接涂覆于基板表面的感应浆体层和导电银浆层,以及拼接涂敷于所述导电银浆层表面的惰性浆体层及环氧树脂层,所述环氧树脂层与导电银浆层的接触层设有导线;所述感应浆体层的后端与所述导电银浆层的前端相接壤,所述惰性浆体层的后端与环氧树脂层的前端相接壤。进一步说,本专利技术采用的基板为氧化铝或氧化铍基板,优选的,氧化铝基板的氧化铝的含量为93~97%;氧化铍基板的氧化铍的含量为90~95%。采用本专利技术高含量的氧化铝或者氧化铍基板不仅成本低廉,而且还具有耐高温、耐腐蚀、强度高、高温绝缘等优良性能。再进一步说,所述感应浆体层按质量百分比计包括:85~95%硫酸盐、2~8%玻璃料及3~10%有机载体,硫酸盐优选可为硫酸铅或硫酸钡;导电银浆层按质量百分比计包括:80~90%导电浆料、3~10%玻璃料及3~10%有机载体;惰性浆体层按质量百分比计包括:80~90%氧化铝粉体、3~10%二氧化钛及3~10%有机载体。其中,玻璃料按质量百分比计可包括:55~70%氧化铅、5~10%硼酸、20~30%二氧化硅及3~10%氧化铝;导电浆料按质量百分比计包括80~90%银及10~20%钯;有机载体按质量百分比计包括:80~93%松油醇、5~18%乙基纤维素、0.3~2%三乙醇胺及0.5~2%脂肪酸甘油酯。采用本专利技术的感应浆体、导电银浆及惰性浆体,每种浆体核心成分的选用范围,一方面满足工作性能的要求,另一方面同时兼顾到降低成本;掺入玻璃料和有机载体目的是改善浆体的和易性,降低涂刷浆体操作困难度,但是要控制在比较低的比例以防影响到浆料的工作性能。三种浆体配制过程都选用了相同的玻璃料和有机载体,每种浆体都有相同的成分由此产生较小的排斥反应,起到很好的协作效应:感应浆体与基板粘结紧密,固化后感应浆体有较好的长期性能;导电银浆与感应浆体接触部分从浆体态硬化为固态,使得导电银浆与感应浆体粘结牢固;惰性浆体紧密覆盖在感应浆体上,同样接触部分由浆体态硬化为固态,粘结牢固;同时惰性浆体与基板粘结紧密阻止导电银浆与外界环境相连通,确保测量结果不受外界干扰。三者协同作用,从而能够制备出不仅可靠性好,且寿命长的传感器。本专利技术制备用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器的方法,包括如下步骤:首先,按质量百分比分别配置导电银浆、感应浆体及惰性浆体,在基板的表面涂覆导电银浆,干燥后,在750~850℃条件下煅烧10~30min;其次,在该基板的同一面涂覆感应浆体,干燥后,在150~200℃条件下煅烧10~30min;随后,在导电银浆层一侧涂覆惰性浆体,干燥后,在350~450℃条件下煅烧10~30min;最后在导电银浆层另一侧设置导线,采用环氧树脂层进行密封即可。工作原理:主要成分为硫酸铅的感应浆体电位对硫酸根离子浓度敏感,两者之间关系遵循Nernst方程,如式(1)和(2)所示:式中,E为电位,为标准硫酸铅电位,其数值为-594.5mV(相对于饱和甘汞电极SCE),R为气体常数,其数值为8.314JK-1·mol-1,F为法拉第常数,其数值为96500C/mol,25℃时T=298K,n为电极反应中得到的电子数,其数值为2,式(2)可以改写为式(3):根据方程(3),硫酸根电极的电位E与硫酸根离子浓度对数值呈线性关系,由测量到的电极电位可以推算出混凝土孔隙液中硫酸根离子浓度。由梯度埋置的硫酸根电极能够实时监测出混凝土中硫酸盐浓度梯度。有益效果:与现有技术相比,本专利技术的显著优点为:该传感器不仅电极可靠性好、寿命长,且对硫酸根离子浓度敏感,能够应用于混凝土环境中无损监测混凝土中硫酸盐含量变化,且能够进行实时监测,对于遭受硫酸盐侵蚀的混凝土结构的性能评估技术的发展有重大的意义;同时,本专利技术采用尼龙网涂覆技术,制法简单,可操作性强。附图说明图1为本专利技术的用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器的侧视图;图2为本专利技术的用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器的主视图;图3为本专利技术的同一个氧化铝基板上不同感应电极的电位;图4为本专利技术的感应电极电位对硫酸根离子浓度的响应关系图;图5为本专利技术在混凝土中梯度埋置的感应电极电位随时间的发展图;图6为本专利技术由梯度埋置在混凝土中的感应电极电位推算出的硫酸根离子浓度随时间的发展图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。本专利技术用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器,其包括基板1,拼接涂覆于基板1表面的感应浆体层2和导电银浆层3,以及拼接涂敷于所述导电银浆层3表面的惰性浆体层4及环氧树脂层5,所述环氧树脂层5与导电银浆层3的接触层设有导线6;所述感应浆体层2的后端与所述导电银浆层3的前端相接壤,所述惰性浆体层4的后端与环氧树脂层5的前端相接壤,浆体层涂覆厚度为5~10微米,环氧树脂层厚度0.5~1毫米。如图1所示。本专利技术的基板上可设置单个感应电极,亦可设置多个感应电极并列,如图2所示。氧化铝基板1尺寸为40×30mm,基板上涂覆的感应浆体尺寸为1×1~4×4mm,平行于基板长边方向的感应浆体间距为5~10mm;平行于基板短边方向的感应浆体间距3~10mm,导电银浆路径宽度为1~2mm,焊接导线的导电银浆尺寸为1×1~4×4mm。实施例1本专利技术用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器,氧化铝基板1尺寸为40×30mm,基板上印刷的感应浆体尺寸为3×3mm,平行于基板长边方向的感应浆体间距为10mm;平行于基板短边方向的感应浆体间距5mm。导电银浆路径宽度为1mm,焊接导线的导电银浆尺寸为3×3mm。制备工艺:(1)首先,分别配置导电银浆、感应浆体及惰性浆体。导电银浆组成:90%导电浆料,5%玻璃料,5%有机载体;感应浆体组成:95%硫酸铅,2%玻璃料,3%有机载体;惰性浆体组成:90%氧化铝粉体,5%二氧化钛,5%有机载体。其中,导电浆料包括80%的银及20%钯;玻璃料包括:55%氧化铅、10%硼酸、25%二氧化硅及10%氧化铝;有机载体包括:80%松油醇、16%乙基纤维素、2本文档来自技高网...
一种用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器及其制备方法

【技术保护点】
一种用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器,其特征在于:该传感器包括基板(1),拼接涂覆于基板(1)表面的感应浆体层(2)和导电银浆层(3),以及拼接涂敷于所述导电银浆层(3)表面的惰性浆体层(4)及环氧树脂层(5),所述环氧树脂层(5)与导电银浆层(3)的接触层设有导线(6);所述感应浆体层(2)的后端与所述导电银浆层(3)的前端相接壤,所述惰性浆体层(4)的后端与环氧树脂层(5)的前端相接壤。

【技术特征摘要】
1.一种用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器,其特征在于:该传感器包括基板(1),拼接涂覆于基板(1)表面的感应浆体层(2)和导电银浆层(3),以及拼接涂敷于所述导电银浆层(3)表面的惰性浆体层(4)及环氧树脂层(5),所述环氧树脂层(5)与导电银浆层(3)的接触层设有导线(6);所述感应浆体层(2)的后端与所述导电银浆层(3)的前端相接壤,所述惰性浆体层(4)的后端与环氧树脂层(5)的前端相接壤。2.根据权利要求1所述的用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器,其特征在于:所述基板(1)为氧化铝或氧化铍基板。3.根据权利要求1所述的用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器,其特征在于:所述感应浆体层(2)按质量百分比计包括:85~95%硫酸盐、2~8%玻璃料及3~10%有机载体。4.根据权利要求1所述的用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器,其特征在于:所述导电银浆层(3)按质量百分比计包括:80~90%导电浆料、3~10%玻璃料及3~10%有机载体。5.根据权利要求1所述的用于监测混凝土中硫酸根离子浓度的传感器,其特征在于:所述惰性浆体层(4)按质量百分比计包括:80~90%氧化铝粉体、3~10%二氧化钛及3~10%有机载体。6.根据权利要求3所述的用于监测混...

【专利技术属性】
技术研发人员:蒋林华金鸣卢梦婷姜少博白舒雅
申请(专利权)人:河海大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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