CN111257373A - 一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置及方法，利用石墨烯制作的骨料形梯度式智能混凝土腐蚀检测装置具有体积小、与混凝土兼容性好和灵敏度高的特点。其制作方法包括：先将石墨烯在表面活性剂的作用下溶解于水中，然后按照一定的配合比配制成石墨烯基智能砂浆，分层按梯度浇筑成骨料式混凝土腐蚀检测装置，需先置入电极，可以为网片状、杆状或点状电极，待智能砂浆凝固并养护28天，然后进行标定。将该装置置入建筑结构混凝土中，用导线将电极引出，测量电极间电阻的变化以表征该部位混凝土的腐蚀程度和健康状态。

Description

一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置及方法
技术领域
本发明涉及混凝土结构健康检测技术领域，特别涉及一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置及方法。
背景技术
智能混凝土的研究可追溯到上世纪60年代，前苏联学者采用炭黑掺入混凝土中尝试制备水泥基导电复合材料，之后有学者提出在混凝土中掺加碳纤维，形成智能混凝土。为了制作具有自感知功能的智能混凝土，往往需要往混凝土里添加导电材料，譬如碳类、金属类等，包括碳纤维、炭黑、金属粉末、金属纤维等等。自2004年石墨烯被发现以来，由于石墨烯卓越的力学和导电性能，成为智能混凝土的新宠，吸引诸多国内外学者针对石墨烯水泥基复合智能材料展开研究。智能混凝土的应用主要有结构损伤监测、交通流量监控方面。
石墨烯是碳原子单层排列的二维蜂窝状晶格结构，即在分子结构上可理解为单原子层的石墨。石墨烯是已知材料中最薄的，仅有一个碳原子的厚度，然而却具有非常高的强度，其强度是钢材的100倍，杨氏模量达1100GPa，而且也是目前已知材料中导电性能最好的。将石墨烯应用于水泥基复合材料，能产生优良导电性能和腐蚀敏感性能。随腐蚀程度的增加，该智能材料沿电极方向的电阻逐渐下降；当智能混凝土出现微裂纹时，其电阻出现断崖式增加。基于上述特征，可将石墨烯基智能混凝土用于建筑结构混凝土的腐蚀检测，且具有与混凝土兼容性好和灵敏度高的特点。
组成内容
有鉴于上述石墨烯优良的电学性能，本发明提供了一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置及方法。采用原状石墨烯粉末作为导电纳米填料使用，优选的是片层厚度<1nm、粒径<1μm的石墨烯，优选的是石墨烯掺量约为水泥用量的3.2％-12.8％。先将石墨烯在表面活性剂的作用下溶解于水中，然后拌制水泥基复合智能材料，不同掺量石墨烯的智能混凝土分层浇筑成梯度式块体，并预先置入网片状、杆状或点状电极，如图1所示。在该智能材料块体经过28天养护后，再进行标定制成梯度式混凝土受力损伤检测装置。
一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置及方法包括：将该梯度式混凝土腐蚀检测装置埋置于建筑结构混凝土中，用导线将电极引出，测量电极间电阻的变化以表征该部位混凝土的腐蚀状态。
本发明是一种骨料式石墨烯水泥基智能混凝土腐蚀检测装置，本发明所能产生的有益效果如下：
(1)该混凝土腐蚀检测装置亦由水泥基复合材料制成，与混凝土可以良好结合，兼容性好；
(2)作为骨料埋入混凝土中，对混凝土本身的影响小。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进一步说明：
图1为分别置入网片状电极、杆状电极、点状电极的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
取石墨烯14.4g，聚羧酸表面活性剂14.4g，溶解于270g水中，并用超声波打散石墨烯；称取水泥450g，砂子1350g，在搅拌机中搅拌均匀，然后加入石墨烯溶液，继续搅拌均匀。上述配合比中石墨烯相对于水泥的重量比为3.2％，命名为智能混凝土A。
取石墨烯28.8g，聚羧酸表面活性剂20g，溶解于270g水中，并用超声波打散石墨烯；称取水泥450g，砂子1350g，在搅拌机中搅拌均匀，然后加入石墨烯溶液，继续搅拌均匀。上述配合比中石墨烯相对于水泥的重量比为 6.4％，命名为智能混凝土B。
取石墨烯57.6g，聚羧酸表面活性剂30g，溶解于300g水中，并用超声波打散石墨烯；称取水泥450g，砂子1350g，在搅拌机中搅拌均匀，然后加入石墨烯溶液，继续搅拌均匀。上述配合比中石墨烯相对于水泥的重量比为 12.8％，命名为智能混凝土C。
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按ABC分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度 23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
实施例2
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按ACB分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度 23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
实施例3
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按BAC分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度 23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
实施例4
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按BCA分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度 23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
实施例5
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按CAB分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度 23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
实施例6
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按CBA分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度 23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
最后应说明的是：以上所述仅为本组成的优选实施例而已，并不用于限制本组成，尽管参照前述实施例对本组成进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本组成的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本组成的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置，其特征在于：采用石墨烯作为导电纳米填料使用，使水泥基复合材料具有腐蚀敏感性能，不同掺量石墨烯的智能混凝土分层按梯度浇筑成块体，并预先置入网片状、杆状或点状电极，然后再进行标定制成骨料形梯度式混凝土腐蚀损伤检测装置。
2.根据权利要求1所述的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置，其特征在于，所述检测装置的制备方法为：先将石墨烯在表面活性剂的作用下溶解于水中，然后拌制水泥基复合智能材料，不同掺量石墨烯的智能混凝土分层浇筑成梯度式块体，并预先置入网片状、杆状或点状电极，在该智能材料块体经过28天养护后，再进行标定制成梯度式混凝土受力损伤检测装置。
3.根据权利要求1所述的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置，其特征在于，所述的石墨烯采用原状石墨烯粉末，石墨烯片层厚度为<1nm，大小<1μm。
4.根据权利要求1所述的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置，其特征在于，所述的石墨烯的掺量为水泥用量的3.2％-12.8％。
5.一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测方法，其特征在于，包括以下步骤:将权利要求1所述骨料式混凝土受力损伤检测装置埋置于建筑结构混凝土中，用导线将电极引出，测量电极间电阻的变化以表征该部位混凝土的腐蚀程度和健康状态。
6.根据权利要求5所述的石墨烯基骨料式混凝土腐蚀损伤检测方法，其特征在于，用导线将电极引出，配合可调电阻，接成半桥桥路，测量桥路间电压的变化以表征该部位混凝土的腐蚀程度和健康状态。
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