检测混凝土氯离子含量的埋入式传感器及其制备方法技术

检测混凝土氯离子含量的埋入式传感器及其制备方法，它涉及一种传感器及制备方法。解决了现有的传感器无法实时检测混凝土氯离子含量、存在较大电压降、坚固性差，稳定性差以及现有的方法制作的传感器不能连续检测变化的氯离子浓度、检测结果不准确的问题。微膨胀纤维水泥半透膜层、碱性凝胶层和二氧化锰层由下至上依次设置在传感器筒体内；方法是：将制做好的微膨胀纤维水泥半透膜层、碱性凝胶层、二氧化锰层由下至上依次设置在传感器筒体内，再将上述制得的传感器的下部浸入模拟混凝土孔隙溶液。本发明专利技术的传感器能够实时检测混凝土氯离子含量、坚固性好，长期稳定性好；本发明专利技术的方法制作的传感器能够连续检测变化的氯离子浓度，检测结果准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测混凝土氯离子含量的传感器及其制备方法。
技术介绍
在海洋环境与除冰盐环境下，氯盐的侵入导致钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性破坏的主要原因，所以能及时、准确掌握混凝土中氯离子分布状态对于评价和控制实际混凝土结构受腐蚀程度和服役性能具有重要意义。 目前，普遍采用的方法主要包括两类 一、针对新建工程，通过大量试验优化混凝土配合比和保护层厚度，并根据实验室混凝土抗氯离子渗透性能试验结果和实际结构工作环境进行预测；然而，由于混凝土材料本身性能随时间不断发展变化，现场混凝土制作质量与实验室之间的差距较大，实际使用环境随时间变化的不确定性等诸多因素，这种预测的结果通常与实际偏差较大，导致实际工程出现未曾预料的事先破坏； 二、针对已建混凝土工程，在其出现明显破坏需要进行修复时才进行现场取样，或在日常保养过程中定期对结构进行钻芯取样；然后在高压条件下将混凝土中孔隙溶液榨出，或将混凝土试样磨细，再进行化学分析测出氯离子在混凝土中的分布情况，此方法较为成熟，但其工作量大、操作过程繁杂、属于破损型检测，在一些重大工程中无法应用。 国内外最新的报道采用埋入光纤传感器对混凝土中氯离子含量进行实时检测，近年来经过阳极化处理的银丝作为参比电极在电化学和金属腐蚀领域的研究和应用较多，也有少量报道将其作为工作电极用来测量混凝土中氯离子浓度的研究。但是现有的埋入式传感器参比电极设置在混凝土试件外部，无法在实际混凝土工程中进行长期埋入式的实时检测混凝土氯离子含量，而且在检测过程中有较大的电压降存在，其坚固性不够，长期稳定性差；现有的埋入式传感器的制备方法制作的埋入式传感器只能检测预先设定的阀值浓度值，不能连续检测变化的氯离子浓度；并且现有的埋入式传感器的制备方法制作的埋入式传感器的埋入式传感器检测时的化学反应不可逆，当氯离子浓度出现反复波动时检测结果不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，以解决现有的埋入式传感器参比电极设置在混凝土试件外部，无法实时检测混凝土氯离子含量、存在较大电压降、坚固性差，稳定性差以及现有的埋入式传感器的制备方法制作的埋入式传感器不能连续检测变化的氯离子浓度、检测时的化学反应不可逆、检测结果不准确的问题。 本专利技术的检测混凝土氯离子含量的埋入式传感器包括传感器筒体、环形银丝、输入铜导线、输出铜导线、微膨胀纤维水泥半透膜层、碱性凝胶层、二氧化锰层、金属桶体和绝缘密封胶层，所述传感器筒体外壁的下部沿传感器筒体的圆周方向开有环形凹槽，所述传感器筒体外壁沿高度方向开有轴向凹槽，且所述环形凹槽与所述轴向凹槽连通，所述环形银丝套装在传感器筒体的环形凹槽内，所述输入铜导线的下部位于轴向凹槽内，且所述输入铜导线的下端与环形银丝固接，所述微膨胀纤维水泥半透膜层、碱性凝胶层和二氧化锰层由下至上依次设置在传感器筒体内，所述金属桶体由金属筒体和金属端盖构成，所述金属端盖固装在金属筒体的上端，所述金属筒体设置在二氧化锰层与传感器筒体之间，所述金属端盖位于二氧化锰层的上端面上，所述输出铜导线的下端固装在金属端盖的上端面的中部，所述金属端盖的上端面上涂有绝缘密封胶层，所述传感器筒体为绝缘材料制成。 本专利技术的检测混凝土氯离子含量的埋入式传感器的制备方法是按照以下步骤实现的 步骤一、选取长度为30～50mm的硬质PVC塑料管，其中外径为8～12mm、壁厚为1～1.5mm；在硬质PVC塑料管底端沿硬质PVC塑料管的圆周方向加工一个环形凹槽，其中环形凹槽的中心线到硬质PVC塑料管底端面的距离是3～6mm，环形凹槽的深度0.5～0.8mm、环形凹槽宽度为0.8～1.2mm； 步骤二、将硬质PVC塑料管内壁的上下两端用粗砂纸打磨； 步骤三、选取直径为0.5～1.0mm的高纯度银丝，银丝纯度为99.999％，选取银丝的长度为30～40mm，然后将输入铜导线的下端焊接在银丝上，保证银丝与输入铜导线垂直，并在焊接处用环氧树脂进行绝缘密封； 步骤四、待环氧树脂胶固化后，先采用粗砂纸对银丝表面进行打磨，然后采用细砂纸对银丝表面进行打磨，除掉银丝表面氧化层，将银丝弯成环形固定在环形凹槽内，将输入铜导线的下部置于轴向凹槽内； 步骤五、将硬质PVC塑料管的下部浸泡在浓度为10％的氨水中，保证银丝全部浸没在氨水中，浸泡时间为六小时； 步骤六、将硬质PVC塑料管的下部浸泡在浓度为0.1mol/L盐酸溶液中，保证银丝全部浸没在盐酸溶液中，将盐酸溶液通电，对银丝进行阳极化处理，其中电流密度为0.4～0.6mA/cm2，通电时间4～6小时，经过阳极化处理的银丝表面形成一个均匀致密的AgCl镀层； 步骤七、将硬质PVC塑料管从盐酸溶液中取出，在输入铜导线与银丝的焊接处未形成镀层以及镀层不均匀处用环氧树脂胶密封处理，待环氧树脂固化后，将硬质PVC塑料管下部的银丝浸泡在浓度为0.5mol/L的氯化钠溶液中，避光保存三～七天； 步骤八、将硬质PVC塑料管从所述氯化钠溶液取出，将纯硅酸盐水泥、膨胀剂、和水按质量比100∶4∶25进行混合，其中硅酸盐水泥的水灰比在0.3～0.35之间，充分混合后制成微膨胀纤维水泥半透膜层，将微膨胀纤维水泥半透膜层填充在硬质PVC塑料管内的底部，其中微膨胀纤维水泥半透膜层的厚度为4～6mm，保湿养护二～三天； 步骤九、将超吸水性高分子材料，即由氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙的过饱和水溶液充分搅拌制成碱性凝胶体；其中氢氧化钠的浓度为0.2mol/L、氢氧化钾的浓度为0.6mol/L；然后将制做好碱性凝胶体放在硬质PVC塑料管内的微膨胀纤维水泥半透膜层的上端面上，碱性凝胶体的厚度为8～10mm； 步骤十、将输出铜导线的下端焊接在金属端盖的上端面的中部，压制三～五层二氧化锰圆饼体，将压制好的三～五层二氧化锰圆饼体由上之下依次设置，然后将每两层二氧化锰圆饼体之间铺垫一层铜丝网，制成二氧化锰层，保证每层铜丝网的四周与金属桶体的内壁连接，再将二氧化锰层放入金属桶体内，将装有二氧化锰层的金属桶体放在硬质PVC塑料管内的碱性凝胶体的上端面上，并保证碱性凝胶体与最下层的二氧化锰圆饼体紧密接触； 步骤十一、将金属端盖的上端面涂上绝缘密封胶层，即制得检测混凝土氯离子含量的埋入式传感器； 步骤十二、将上述制得的埋入式传感器的下部浸入模拟混凝土孔隙溶液，即氢氧化钠、氢氧化钾、饱和氢氧化钙的混合溶液中进行浸泡，混合溶液中氢氧化钠的浓度为0.2mol/L、氢氧化钾的浓度为0.6mol/L，使微膨胀纤维水泥半透膜层充分水化，同时使微膨胀纤维水泥半透膜层和碱性凝胶层之间达到化学平衡，将上述制得的埋入式传感器浸泡十四天后，氯离子传感器便可以正常使用。 本专利技术的有益效果是 本专利技术的埋入式传感器的微膨胀纤维水泥半透膜层、碱性凝胶层和二氧化锰层设置在传感器筒体内，上述三者在埋入式传感器内构成了一个稳定的二氧化锰固体参比电极，能够在实际混凝土工程中进行长期埋入式的实时检测混凝土氯离子含量，检测过程中避免了较大电压降的存在，且坚固性好，长期稳定性好；本专利技术将阳极化的银丝环向緾绕在传感器筒体外壁的环形凹槽内，从而有效地增加了工作电极的工作长度，阳极化的银丝处于同一水平面上，提高了其检测准确性，同时又对工作电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测混凝土氯离子含量的埋入式传感器，所述传感器包括传感器筒体（１）、环形银丝（２）、输入铜导线（３）、输出铜导线（４）、微膨胀纤维水泥半透膜层（５）、碱性凝胶层（６）、二氧化锰层（７）、金属桶体（８）和绝缘密封胶层（９），其特征在于：所述传感器筒体（１）外壁的下部沿传感器筒体（１）的圆周方向开有环形凹槽（１－１），所述传感器筒体（１）外壁沿高度方向开有轴向凹槽（１－２），且所述环形凹槽（１－１）与所述轴向凹槽（１－２）连通，所述环形银丝（２）套装在传感器筒体（１）的环形凹槽（１－１）内，所述输入铜导线（３）的下部位于轴向凹槽（１－２）内，且所述输入铜导线（３）的下端与环形银丝（２）固接，所述微膨胀纤维水泥半透膜层（５）、碱性凝胶层（６）和二氧化锰层（７）由下至上依次设置在传感器筒体（１）内，所述金属桶体（８）由金属筒体（８－１）和金属端盖（８－２）构成，所述金属端盖（８－２）固装在金属筒体（８－１）的上端，所述金属筒体（８－１）设置在二氧化锰层（７）与传感器筒体（１）之间，所述金属端盖（８－２）位于二氧化锰层（７）的上端面上，所述输出铜导线（４）的下端固装在金属端盖（８－２）的上端面的中部，所述金属端盖（８－２）的上端面上涂有绝缘密封胶层（９），所述传感器筒体（１）为绝缘材料制成。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高小建，杨英姿，张剑，邓宏卫，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]