基于改进后水泥基传感器对混凝土电阻率影响因素及性能表征研究

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电阻率是混凝土的重要特性,它代表了混凝土某个截面单位长度抵抗电流流过的能力。电阻率是一个和耐久性密切关联的材料特性,表征了孔结构的数量和迂曲度以及水饱和度。电阻率在钢筋锈蚀过程的各个阶段中都是一个重要参数,提供了关于钢筋腐蚀的相关信息。电阻率大小与混凝土渗透性紧密相关,而混凝土渗透性又和混凝土耐久性紧密相关,电阻率在混凝土耐久性评估中具有重要作用,所以电阻率作为反应混凝土内部健康状况的关键参数再合适不过。目前市面上有一些利用原位监测技术研制的传感器,通过接收电阻率信号,来实时监测反馈混凝结构耐久性健康状况。本文研制的水泥基传感器是利用wenner四电极法原理所研制的一种新型传感器,电极由石墨粉碳纤维改性砂浆包裹不锈钢螺栓制作而成,与传统的金属电极相比,水泥基电极寿命更长且与被测混凝土结构相容性更好。水泥基传感器半埋入混凝土内部,通过接收所测结构或构件的电信号(电阻率),实时监测混凝土结构或构件的状况。本文基于混凝土电阻率特性所研制的水泥基传感器电阻率测试系统,对结构实行从混凝土浇筑开始到全生命周期的监测。利用截尾平均法进行测量数据处理,解决了混凝土的电容充放电对测量的影响问题。在实际测量中,针对于混凝土早龄期测试结果波动较大这一现象,提出“特性吸附”对测量影响,在每次测量数据前,采用PLC控制系统对传感器内侧两电极进行短路的方式,达到消除两端电势差的目的,消除了电极“特性吸附”的作用,从而使早龄期电阻率值变化稳定。研究了水泥基电极与金属电极在早龄期和长期情况下的对比。研究了水灰比、氯盐含量、温度对电阻率的影响,分析了水灰比与氯盐双重作用下电阻率的变化,最终建立了电阻率影响因素的数学模型。运用水泥基传感器,进行凝结时间表征、3天抗压强度表征以及氯离子入侵预警。在改进系统早龄期测量精度后,探究了水泥基电极与金属电极在早龄期(24h)与长期(56天)所测的电阻率值对比,体现了水泥基电极在混凝土早龄期测量的稳定性优势。通过对水泥基传感器所测电阻率曲线进行微分,得到了微分曲线上第一峰值点与混凝土终凝的关系,并运用该关系预测初凝时间,最终通过预测的初凝时间与贯入阻力法所测得初凝时间对比,佐证了混凝土电阻率表征凝结时间的可行性。得到了混凝土在没有外加剂情况下,3天龄期电阻率与3天抗压强度呈线性关系。通过预埋的水泥基传感器对氯盐浸泡下的混凝土进行监测,当电阻率值发生突变时,对混凝土电极深度位置进行氯离子含量测定,佐证了电阻率值的突变代表着氯离子已经扩散到了电极附近,起到了预警作用。
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