本发明专利技术公开一种混凝土内部水分和氯离子同步传输感知装置，包括电信号控制模块、多梯度原位监测传感器、电信号采集模块和数据分析与储存模块，通过对多梯度原位监测传感器基于电学和电化学原理进行设计，用于原位测试混凝土内部水分和氯离子同步传输的监测；依据不同含水量试块的介电常数的差异，可直接测量混凝土电容值表征混凝土中水分渗透过程，通过设置多梯度传感器，监测混凝土中水分和氯离子的传输过程，得到水分和氯离子传输的速度和深度，为进一步揭示混凝土内部水分和氯离子同步传输机理提供了试验依据，本方案结构设计原理简单，受环境影响作用小，测试结果迅速，测试结果稳定、可靠，具有较高的实用价值和推广价值。
【技术实现步骤摘要】
一种混凝土内部水分和氯离子同步传输感知装置
本专利技术属于土木工程材料性能测试设备
，具体涉及一种混凝土内部水分和氯离子同步传输感知装置。
技术介绍
当前，钢筋混凝土是全世界范围内使用量最大的建筑材料，但混凝土结构常因耐久性不足而达不到设计使用年限，对于极端环境下服役的混凝土，如海工混凝土，往往面临更加严重的耐久性问题，新建桥梁和海港混凝土结构使用不到15年就会出现严重的耐久性劣化。研究结果显示，海工混凝土的耐久性劣化往往与水和Cl-离子的传输有关。混凝土本身是一种多孔、亲水的材料，外界水分可通过毛细吸收作用进入混凝土内部，同时携带大量可溶性有害介质，如氯离子、二氧化碳、硫酸根离子等。虽然水分运输外界有害物质进入混凝土，但是相关研究显示水分的渗透深度与氯离子的侵入深度并不一致，有害物质的传输速度和侵入的深度都低于水，不同物质的传输速度也不相同。氯离子可改变混凝土的酸碱度，溶解钢筋钝化膜，是引起钢筋混凝土耐久性劣化的主要原因之一，研究氯离子传输的机理及过程对提高沿海混凝土结构耐久性具有重要意义。一般来说，外界环境中的氯化物首先溶解在水中，在混凝土毛细吸收的作用下由水分携带进入混凝土表层。由于混凝土的“过滤”效应，水分率先进入更深层的混凝土，氯离子在混凝土表层聚集，氯离子浓度逐渐升高，在浓度梯度力的作用下，氯离子向更深层次的混凝土扩散。但是氯离子进一步扩散受到多种因素的影响，如氯离子浓度、水分渗透速度、水分分布等因素的影响，而目前不存在针对检测水分和氯离子同步传输的感知装置。国内外诸多专家和学者尝试揭示水分非同步传输机理，然而目前没有可靠方法能同时有效掌握实际水分和内部离子传输的过程。混凝土内部含水率一般可通过相对湿度进行表征，通常采用湿度传感器监测混凝土内部湿度，常见传感器包括：电阻型湿敏传感器、电容型湿敏传感器等湿敏传感器。但湿敏元件的线性度及环境污染性差，在监测环境湿度时，湿敏传感器需长期暴露在混凝土内部高碱性环境中，易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。而且，实际安装过程复杂，由于传感器技术等原因，不同学者对于混凝土内部相对湿度的测量结果差异较大。通过已有传感器很难实现混凝土的全寿命监测，特别是传感器易在浇筑过程中发生破坏。混凝土湿度测量一直是国际公认的难题。对于混凝土中氯离子含量的测定，根据取样方式可分为有损检测和无损检测。常见测试方法：离子色谱法、化学滴定法、分光光度法等为有损检测，样品处理过程复杂。无损检测中，银/氯化银传感器作为离子选择电极对溶液中氯离子表现为良好的能斯特响应，可根据电极电位变化直接得到混凝土溶液中氯离子的浓度。而且银/氯化银电极对氯离子浓度响应快速，能在极短的时间内得到氯离子的浓度。水分非同步传输机理是掌握混凝土结构耐久性劣化原理的重要一环，有利于准确预测结构的服役寿命和采取及时的修复措施。国内外诸多专家和学者尝试揭示水分非同步传输机理，然而目前没有可靠方法能同时有效掌握实际水分和内部离子传输的过程。
技术实现思路
本专利技术针对现有混凝土内部水分和氯离子非同步传输研究的方法的缺失，提出一种混凝土内部水分和氯离子同步传输感知装置，并配套研发设计了一种多梯度、原位监测传感器，本专利技术提供的方法及装置具有操作简单、测试结果精确的特点，可实现混凝土原位水分和氯离子同步传输的监测。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种混凝土内部水分和氯离子同步传输感知装置，包括依次连接的电信号控制模块、多梯度原位监测传感器、电信号采集模块和数据分析与储存模块，电信号控制模块用以实现对施加到多梯度原位监测传感器的电信号的控制，电信号采集模块用以采集多梯度原位监测传感器监测的水分、温度和氯离子含量信息，并基于数据分析与储存模块进行分析处理；所述多梯度原位监测传感器包括U型支撑架以及设置在U型支撑架上的多组电容器、温度传感器和多个氯离子传感器，每组电容器包括两片平行设置在U型支撑架侧壁上的电容极板，所述氯离子传感器包括内层基部以及外层保护层，内层基部从上至下依次包括第一层混凝土半透膜层、第二层环状AgCl层和被环状AgCl层环绕的中心碱性胶凝层、第三层环状Ag层和被环状Ag层环绕的中心MnO2层以及第四层环氧树脂层；U型支撑架上还设置有与其垂直的调节杆，调节杆采用不锈钢螺丝，调节杆上固定设置有与U型支撑架平行的固定杆，固定杆用于固定多梯度原位监测传感器，调节杆上设置固定螺帽，以调节固定杆的高度进而实现多梯度测量，电容器和氯离子传感器沿U型支撑架的长度方向交替设置。进一步的，所述外层保护层采用PVA管，外层保护层与内层基部之间通过碱性密封胶密封，第一层混凝土半透膜通过拌和碎木屑、水泥和水后，在湿润环境下养护形成，第二层AgCl层和碱性凝胶层之间通过橡胶绝缘层隔开，AgCl层通过粉压法制备，碱性胶凝层为氢氧化钙和水的拌合物；第三层的Ag层和MnO2层之间通过橡胶绝缘层分隔开，MnO2通过粉压法制备。进一步的，所述电信号控制模块包括电源、逆变器、处理器，电源通过逆变器转化为直流电，为多梯度原位监测传感器提供刺激电流，处理器包含电压控制器，用于控制刺激电流的电压大小和输出次序。进一步的，所述电容极板采用铜片，且在铜片的表面覆盖绝缘的PVA层，相互对立平行的电容极板为一组电容器，且每组电容器相互并联，以测试不同梯度处混凝土电容值，进而得到对应点处的含水率。进一步的，根据测试的电容值获得混凝土的含水率的原理如下：1)将多梯度原位监测传感器安装钢筋笼上，浇筑混凝土，养护完成后，测试得到某点P的电容CP；2)制备与所监测混凝土相同配比的混凝土试块，放入温度为20±2℃，相对湿度＞95％环境中养护若干天(比如一个月)，并浸入水中养护若干天(至少4天)，养护完成后，将表面水分擦拭干净，测试混凝土试块表面的电容，记为Zs；3)将混凝土试块放入高温烘箱中烘至恒重，测试混凝土试块表面电容，记为Zd，则对应测试点P电容值为CP时的混凝土含水量θ为：与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：本方案所提出的水分和氯离子同步传输感知装置，基于电学和电化学原理进行设计，对水分含量和氯离子含量响应迅速，测试结果稳定，同时可用于原位测试混凝土内部水分和氯离子同步传输的监测；依据不同含水量试块的介电常数的差异，可直接测量混凝土电容值表征混凝土中水分渗透过程，通过设置多梯度传感器，监测混凝土中水分和氯离子的传输过程，得到水分和氯离子传输的速度和深度，为进一步揭示混凝土内部水分和氯离子同步传输机理提供了试验依据；同时本方案中涉及多梯度电容器和多梯度氯离子传感器为并联，可单独使用，多梯度电容器可用于测试混凝土中水分渗透速率和含水量变化，多梯度氯离子传感器可用于监测混凝土中氯离子的侵蚀深度和浓度变化，原理简单，受环境影响作用小，测试结果迅速，测试结果稳定、可靠，具有较高的实用价值和推广价值。附图说明图1为本专利技术实施例所述感知装置的原理框图；图2为本专利技术实施例所述水分和氯离子同步传输感知装置的立体结构及绑扎示本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种混凝土内部水分和氯离子同步传输感知装置，其特征在于，包括依次连接的电信号控制模块、多梯度原位监测传感器、电信号采集模块和数据分析与储存模块，电信号控制模块用以实现对施加到多梯度原位监测传感器的电信号的控制，电信号采集模块用以采集多梯度原位监测传感器监测的水分、温度和氯离子含量信息，并基于数据分析与储存模块进行分析处理；/n所述多梯度原位监测传感器包括U型支撑架(1)以及设置在U型支撑架上的多组电容器(7)、温度传感器(5)和多个氯离子传感器(6)，每组电容器(7)包括两片平行设置在U型支撑架(1)侧壁上的电容极板，所述氯离子传感器(6)包括内层基部以及外层保护层，内层基部从上至下依次包括第一层混凝土半透膜层、第二层环状AgCl层和被环状AgCl层环绕的中心碱性胶凝层、第三层环状Ag层和被环状Ag层环绕的中心MnO
【技术特征摘要】
1.一种混凝土内部水分和氯离子同步传输感知装置，其特征在于，包括依次连接的电信号控制模块、多梯度原位监测传感器、电信号采集模块和数据分析与储存模块，电信号控制模块用以实现对施加到多梯度原位监测传感器的电信号的控制，电信号采集模块用以采集多梯度原位监测传感器监测的水分、温度和氯离子含量信息，并基于数据分析与储存模块进行分析处理；
所述多梯度原位监测传感器包括U型支撑架(1)以及设置在U型支撑架上的多组电容器(7)、温度传感器(5)和多个氯离子传感器(6)，每组电容器(7)包括两片平行设置在U型支撑架(1)侧壁上的电容极板，所述氯离子传感器(6)包括内层基部以及外层保护层，内层基部从上至下依次包括第一层混凝土半透膜层、第二层环状AgCl层和被环状AgCl层环绕的中心碱性胶凝层、第三层环状Ag层和被环状Ag层环绕的中心MnO2层以及第四层环氧树脂层；
U型支撑架(1)上还设置有与其垂直的调节杆(2)，调节杆(2)上固定设置有与U型支撑架(1)平行的固定杆(3)，固定杆(3)用于固定多梯度原位监测传感器，调节杆(2)上设置固定螺帽(4)，以调节固定杆(3)的高度进而实现多梯度测量，电容器(7)和氯离子传感器(6)沿U型支撑架(1)的长度方向交替设置。
2.根据权利要求1所述的混凝土内部水分和氯离子同步传输感知装置，其特征在于，所述外层保护层采用PVA管，外层保护层与内层基部之间通过碱性密封胶密封，第一层混凝土半透膜通过拌和碎木屑、水泥和水后，在湿润环境下养护...
【专利技术属性】
技术研发人员：田玉鹏，张鹏，鲍玖文，崔祎菲，薛善彬，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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