一种隧道衬砌混凝土纳米水泥传感器应变监测系统技术方案

技术编号:20787880 阅读:25 留言:0更新日期:2019-04-06 05:57
本实用新型专利技术公开了一种隧道衬砌混凝土纳米水泥传感器应变监测系统,该系统包括应变测试装置和电阻读数仪器;应变测试装置和电阻读数仪器连接。应变测试装置包括应变传感器元件、搭载支架和隧道衬砌混凝;针对目前衬砌混凝土传统的测试其应变的应用,采用了新型的纳米水泥应变传感器测试隧道衬砌混凝土的应变,节省了现场财力物力的支出耗费;统一测试位置方向布置2‑3个纳米水泥应变传感器测试装置测试衬砌混凝土的应变,提高了衬砌混凝土测试应变的精确度和可靠性;对纳米水泥应变传感器采取了两电极法测试其电阻与应变之间的关系,相比于四电极法测其电阻与应变关系操作更简便。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道衬砌混凝土纳米水泥传感器应变监测系统
本技术涉及土木工程中应用衬砌混凝土的应变监测的相关
,具体涉及一种隧道衬砌混凝土纳米水泥传感器应变实时监测系统。
技术介绍
隧道结构受复杂围岩和地质水文条件作用,其结构的安全性一直是工程建设和运营及维护中十分重要的问题。现今国内外工程界已有共识,任何一项重大工程,都存在出现事故甚至失事的风险。那么如何在事故发生前尽早的发现问题,采取必要措施,减少事故的发生、降低损失,成为工程界需要考虑解决的首要问题。隧道施工过程中,隧道初期支护,是确保施工安全的关键,它能充分发挥围岩自身的承载能力,迅速封闭围岩,避免围岩因为长时间的裸露,受水、空气等影响发生风化、水化而发生坍塌;二次衬砌是隧道工程施工在初期支护内侧施作的模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌。二次衬砌与初期支护共同组成复合式衬砌隧道初期支护,承担荷载。因此,获取初期支护和二次衬砌的应力和应变状态,对隧道施工相关围岩力学和结构受力特性研究具有重要意义。目前施工单位主要采用传统的应变计测试,需要现场管理人员每隔一段时间记录数据,工作量大,精准度不高,尤其是拱桥钢管混凝土拱桥管内混凝土浇筑过程中及浇筑后的应变测试环境复杂危险,且现有的测试系统可读性操作性差。碳纳米管作为拥有超高长径比的终极纤维材料,不仅具有优异的力学性能,而且化学稳定性和热稳定性优良,具有良好的电性能及微波吸收等特性,使其成为各种基体材料理想的增强体,并能赋予相应复合材料许多新的功能性能。碳纳米管充当水泥材料的增强体,可使碳纳米管水泥基复合材料具有较好电阻性能及压敏效应,掺量为0.5%的碳纳米管就可以使得相应的水泥基材料电阻率降低至几百欧姆。碳纳米管水泥基复合材料的压阻特性研究结果显示该复合材料电阻随压应力改变而变化,稳定可靠,可作为传感器应用于土木工程结构。因此新型碳纳米管水泥基复合材料传感器技术的研究与工程应用将具有极其重要的理论意义和实用价值。且新型纳米水泥应变传感器并没有在拱桥劲性骨架混凝土中有过应用。CN103308222A公开了一种碳纳米管水泥基复合材料传感器,该专利技术公开了一种碳纳米管水泥基复合材料制作传感器,将传感器嵌入工程结构需要监测的重要节点与部位,可方便测定监测位置应力变化情况,进行工程结构健康监测;将碳纳米管在分散剂中分散形成混合溶液,加入水泥中进行搅拌(碳纳米管掺量为水泥重量的1%),成型碳纳米管水泥基复合材料传感器基体,碳纳米管水泥基复合材料传感器基体尺寸规格可设为30mm×30mm×120mm。然后,在基体内插入尺寸30mm×30mm的四片导电性能良好的细密的金属网片,网片间隔30mm。金属网片的顶部提前焊接导电金属电极和接线柱(输入端)、接线柱(输出端)。该碳纳米管水泥基复合材料传感器在水泥混凝土标准养护室养护,至规定龄期(28天),传感器制作完成。该碳纳米管/水泥基复合材料,制备方式较复杂没有对碳纳米管进行分散处理;该碳纳米管/水泥基复合材料,尚没有在拱桥劲性骨架外包混凝土中进行实际应变监测的应用;CN103308222A公开了一种碳纳米管水泥基复合材料传感器,该专利技术公开了一种混凝土相容性好的应力应变传感器,强度高、韧性好,且可连续敷设。适用于水利大坝、公路或建筑物的内部长期应力应变监测;布设方案:将碳纳米管、分散剂(OP-10,与碳纳米管等质量)加入水中,超声分散,得到均匀的碳纳米管分散液;分散过程具体如下:先将分散剂加入水中,超声分散1-2min,超声功率100w;再加入碳纳米管,超声工作3s、停1s,超声时间为60-90min,超声功率100w,这样既保证碳纳米管均匀分散在水中,还保证碳纳米管不会被超声波打断,缩小长径比。②将碳纳米管分散液与水泥搅拌后装入尺寸为20mm×20mm×80mm的模具中,之后将四个不锈钢网电极沿长度方向,分别在10mm,30mm,50mm,70mm处垂直插入模具中,1天后拆模,标准养护28天,得到碳纳米管/水泥基复合材料应力应变传感器元件;碳纳米管质量为水泥质量的0.05%-1%,水灰比为0.4;③成型可开启混凝土结构,其强度略高于周围混凝土强度,尺寸略大于碳纳米管/水泥基复合材料应力应变传感器,起到保护碳纳米管/水泥基复合材料不受外界应力影响的作用;④将碳纳米管/水泥基复合材料应力应变传感器元件置入两个L形可开启混凝土结构中(闭合后呈中空的长方体形),空隙处填充聚氨酯固定,制得应力应变传感器。温度测试:碳纳米管/水泥基复合材料的电阻率值随应力应变单调变化,且当应力应变降低时,其电阻率值呈现良好的可回复性(在升降温过程中,碳纳米管/水泥基复合材料的电阻率值曲线基本重合),绘制电阻率-应力应变的标准曲线,再直接采用万用表测量碳纳米管/水泥基复合材料的电阻率,可得出环境应力应变,具有试验装置简单,测试结果准确,适用于水利大坝、公路或建筑物等内部长期应力应变监测的传感器,强度高、韧性好,耐久性好,且可连续敷设。由于碳纳米管/水泥基复合材料及混凝土成分相似,所以相容性较好,且连续敷设对于混凝土性能影响不大;当碳纳米管掺量为0.05%时,水泥砂浆的强度可提高10-20%;由于碳纳米管的高长径比以及纤维桥联及拔出效应,加入水泥基中,可提高其韧性;由于碳纳米管的尺寸效应和渗透结晶效应,可渗入到细孔中,使得其耐久性提高。该碳纳米管/水泥基复合材料传感器,制备方式较复杂耗能,且只用来测试温度;该碳纳米管/水泥基复合材料,尚没有在衬砌混凝土中进行实际应变监测的应用。
技术实现思路
本技术将纳米水泥应变传感器埋入衬砌混凝土内部相应部位测试其应变特征值;将纳米水泥应变传感器埋入衬砌混凝土内部测试其应变以观察浇筑混凝土的受力并随时根据其受力特征或变化就行调整或应急处理;将纳米水泥应变传感器通过捆绑于支护结构和钢筋上固定,以测试纵横向混凝土应变。本技术采用的技术方案为一种隧道衬砌混凝土纳米水泥传感器应变监测系统,该系统包括应变测试装置和电阻读数仪器;应变测试装置和电阻读数仪器连接。应变测试装置包括应变传感器元件4、搭载支架2和隧道衬砌混凝1;隧道衬砌混凝1在浇筑时候,沿隧道衬砌混凝1的横向和纵向布设搭载支架2,搭载支架2上固定有应变传感器元件4。应变传感器元件4包括传感器模具、电缆线3、不锈钢网电极5、碳纳米管7和水泥混凝土6;传感器模具中预填充有水泥混凝土6,碳纳米管7分散在水泥混凝土6中,两块不锈钢网电极5沿水泥混凝土6的长度方向布设,每块不锈钢网电极5与电缆线3焊接连接;电缆线3与电阻读数仪器连接。电阻读数仪器能够用数据采集仪替换。与现有技术相比较,本技术具有如下有益效果。1、本技术,针对目前衬砌混凝土传统的测试其应变的应用,采用了新型的纳米水泥应变传感器测试装置测试隧道衬砌混凝土的应变,节省了现场财力物力的支出耗费;2、本技术,统一测试位置方向布置2-3个纳米水泥应变传感器测试装置测试衬砌混凝土的应变,提高了衬砌混凝土测试应变的精确度和可靠性;3、本技术,采用新型纳米水泥应变传感器测试装置测试衬砌混凝土的应变,能够监测现场浇筑外包混凝土的质量,指导现场衬砌混凝土的浇筑实施;4、本技术,对纳米水泥应变传感器采取了两电极法测试其电阻与应变之间的关系,相比于四电极法本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种隧道衬砌混凝土纳米水泥传感器应变监测系统,其特征在于:该系统包括应变测试装置和电阻读数仪器;应变测试装置和电阻读数仪器连接;应变测试装置包括应变传感器元件(4)、搭载支架(2)和隧道衬砌混凝(1);隧道衬砌混凝(1)在浇筑时候,沿隧道衬砌混凝(1)的横向和纵向布设搭载支架(2),搭载支架(2)上固定有应变传感器元件(4);应变传感器元件(4)包括传感器模具、电缆线(3)、不锈钢网电极(5)、碳纳米管(7)和水泥混凝土(6);传感器模具中预填充有水泥混凝土(6),碳纳米管(7)分散在水泥混凝土(6)中,两块不锈钢网电极(5)沿水泥混凝土(6)的长度方向布设,每块不锈钢网电极(5)与电缆线(3)焊接连接;电缆线(3)与电阻读数仪器连接。

【技术特征摘要】
1.一种隧道衬砌混凝土纳米水泥传感器应变监测系统,其特征在于:该系统包括应变测试装置和电阻读数仪器;应变测试装置和电阻读数仪器连接;应变测试装置包括应变传感器元件(4)、搭载支架(2)和隧道衬砌混凝(1);隧道衬砌混凝(1)在浇筑时候,沿隧道衬砌混凝(1)的横向和纵向布设搭载支架(2),搭载支架(2)上固定有应变传感器元件(4);应变传感器元件(4)包括传感器模具、电缆线(3)、...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙胜伟黄欣袁帅赵静波
申请(专利权)人:中铁十八局集团有限公司
类型:新型
国别省市:天津,12

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