CN203741685U - 一种基于压敏特性的混凝土路面监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于压敏特性的混凝土路面监测装置，包括石墨烯混凝土面板，在石墨烯混凝土面板内部埋设有钢筋网电极，钢筋网电极设置至少一组，每组钢筋网电极包括相互平行且与石墨烯混凝土面板上表面垂直的两个钢筋网，在每个钢筋网的端部均设置有接线头；该装置还包括一个测量箱，测量箱中安装有电源、电压表和电流表，其中电源和电流表依次串联连接在钢筋网电极中外侧的两个钢筋网的接线头之间，电压表的两端分别与钢筋网电极中内侧的两个钢筋网的接线头连接。本实用新型利用石墨烯混凝土的压敏特性即可得知混凝土路面所受荷载情况和内部损伤状况，实现对混凝土路面的长期实时监测，具有耐久性超长、相容性好和测量结果准确等优点。

Description

一种基于压敏特性的混凝土路面监测装置

技术领域

本实用新型涉及混凝土监测领域，特别涉及一种基于压敏特性的混凝土路面长期实时监测装置。

背景技术

众所周知，混凝土由于其抗压强度高、原材料易得、成本低等显著优势在土木工程领域中得到了极为广泛的应用。但是，混凝土也存在抗拉强度较小、脆性大等缺点，使之在长期服役过程中内部容易产生损伤，且损伤程度随时间不断地累积，在突发性自然灾害或外界荷载等作用下容易集中释放和爆发，从而导致不可估量的经济损失以及极坏的社会影响。因此，对混凝土特别是重要结构的混凝土进行实时监测和评估，有利于降低混凝土发生突发性破坏的概率，并延长混凝土的使用寿命。

目前，对于混凝土的健康监测，主要是通过将嵌入式传感器，如电阻应变仪、光学传感器和压电陶瓷传感器等插入混凝土结构的关键部位，对该部位的损伤状况进行检测。然而，这种技术只能对混凝土结构的局部部位进行监测，并不能大面积监测混凝土结构的内部损伤状况，而且传感器的成本高、耐久性不足、与混凝土结构兼容性差；此外，嵌入传感器会在混凝土内部引入始裂点，进而对混凝土耐久性造成不良影响。

近年来，作为智能混凝土主要分支之一的石墨烯混凝土由于其极佳的导电性能和压敏特性，为混凝土智能监测技术提供了新的研究方向。石墨烯混凝土是在普通混凝土中加入具有高强度、高导电性的石墨烯，从而在改善混凝土力学性能的同时使其具有良好的导电性能和压敏特性。当外界车辆荷载减小或混凝土自身裂缝发展增大时会引起石墨烯混凝土的电阻明显增大；而当外界车辆荷载增加或裂缝等病害减轻时电阻又会有一定程度的降低。因此，利用石墨烯混凝土的这种具有较高灵敏度的压敏特性即可反映出混凝土路面所受荷载情况和内部损伤状况。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于压敏特性的混凝土长期实时监测装置，该装置可长时间不间断地采集石墨烯混凝土路面内部的电流和电压数据并自动转化成混凝土的电阻随时间变化情况，利用石墨烯混凝土压敏特性即可得知混凝土路面所受荷载情况和内部损伤状况。

一种基于压敏特性的混凝土路面监测装置，包括石墨烯混凝土面板，在石墨烯混凝土面板内部埋设有钢筋网电极，钢筋网电极设置至少一组，每组钢筋网电极包括相互平行且与石墨烯混凝土面板上表面垂直的两个钢筋网，在每个钢筋网的端部均设置有接线头；该装置还包括一个测量箱，测量箱中安装有电源、电压表和电流表，其中电源和电流表依次串联连接在钢筋网电极中外侧的两个钢筋网的接线头之间，电压表的两端分别与钢筋网电极中内侧的两个钢筋网的接线头连接。

进一步地，所述的钢筋网由多根钢筋垂直交叉焊接而成。

进一步地，所述的电压表和电流表通过数据采集器连接至一个带有显示屏的处理器。

鉴于传统嵌入式传感器混凝土监测技术或装置的种种弊端，本装置从根本上解决了传统监测装置耐久性不足、相容性差等问题，能够实现道路混凝土的长期和实时监测，装置使用寿命长，结果准确性高，对降低突发事故发生概率、提高混凝土使用寿命具有重要的预警和推动作用。

附图说明

图1为石墨烯混凝土路面板结构示意图；

图2为测量箱的结构示意图；

图3钢筋网的示意图；

图中：1—石墨烯混凝土面板，2—钢筋网，3—测量箱，4—接线头，5—电流表，6—数据采集器，7—处理器，8—电压表，9—电源，10—显示屏；

具体实施方式

遵从上述技术方案，如图1和图2所示，一种基于压敏特性的混凝土路面监测装置，包括石墨烯混凝土面板1，该石墨烯混凝土面板1是由添加石墨烯的混凝土制成的板。添加了石墨烯的混凝土具有良好的导电性和压敏特性，因此其在荷载作用下或裂缝扩展时，石墨烯混凝土的压敏特性发生改变；当外界车辆荷载减小或混凝土自身裂缝发展增大时会引起石墨烯混凝土的电阻明显增大，而当外界车辆荷载增加或裂缝等病害减轻时电阻又会有一定程度的降低，根据此原理，通过监控石墨烯混凝土的阻值变化，即实现了路面的监测。

在一个较好的实施例中，采用的石墨烯混凝土面板1中，石墨烯的掺量为混凝土中水泥质量的3%。石墨烯混凝土面板1作为路面板或桥面板使用，当路面、桥面发生裂缝、变形等灾害情况时，其结构发生改变，使其阻值发生改变。

在石墨烯混凝土面板1内部埋设有钢筋网电极，在每个面板中至少埋设一组，每一组钢筋网电极包括四个平行设置的钢筋网2，钢筋网2与石墨烯混凝土面板1的上表面垂直。每一个钢筋网2都相当于一个电极。一个比较理想的实施例中，钢筋网2由横向6根Φ10钢筋、纵向12根Φ10钢筋垂直交叉焊接而成，横向的钢筋之间间距为30mm，纵向的钢筋之间间距为330mm，如图3；其中位于平行排布的四个钢筋网2中间（即钢筋网电极内侧）的两个钢筋网2称为内电极，另两个（即钢筋网电极外侧）钢筋网2称为外电极。

在每一组钢筋网电极的四个钢筋网2的端部均焊接有接线头4，接线头4之间串联有测量箱3，接线头4和测量箱3之间通过导线相连接，这样石墨烯混凝土面板1、钢筋网电极和测量箱3即形成了闭合回路。测量箱3为一个箱体，箱体中安装有电源9、电压表8和电流表5，电源9和电流表5依次串联在钢筋网电极外侧的两个钢筋网2的接线头之间，电压表8的两端分别与钢筋网电极中内侧的两个钢筋网2的接线头4连接。

由于石墨烯混凝土面板1具有导电性，因此其整体阻值可用一个变量R来表示。该R中也包括四个钢筋网2的阻值，钢筋网2的阻值是一定的，并且是已知的。当打开开关通电时，电流依次经过外电极、石墨烯混凝土面板1、内电极然后回到电源9，电流流动过程中产生的压降通过电压表8测量出来，电流通过电流表5测量出来，通过绘制电压-电流随时间变化曲线，即可得到R的变化曲线，根据该曲线即可得知路面内部的损伤状况。

优选地，电压表8和电流表5采集的电压、电流信号通过数据采集器6传递给一个带有显示屏10的处理器7，数据采集器6和处理器7安装在测量箱3中，显示屏10设置在测量箱3的侧壁上。数据采集器6对电压、电流信号进行滤波、放大，处理器7的作用是对电压信号、电流信号进行转换，在显示屏10上实时显示出来，更加方便直观地观测电压、电流信号。同时，利用处理器7的储存功能，可将采集的数据实时保存，供后续的导出研究；处理器7采用普通的单片机即可实现上述功能，并可利用其计算功能，根据（U为电压，I为电流）实时计算阻值，并显示，更加直观便捷。

Claims (3)

1.一种基于压敏特性的混凝土路面监测装置，其特征在于，包括石墨烯混凝土面板（1），在石墨烯混凝土面板（1）内部埋设有钢筋网电极，钢筋网电极设置至少一组，每组钢筋网电极包括相互平行且与石墨烯混凝土面板（1）上表面垂直的四个钢筋网（2），在每个钢筋网（2）的端部均设置有接线头（4）；该装置还包括一个测量箱（3），测量箱（3）中安装有电源（9）、电压表（8）和电流表（5），其中电源（9）和电流表（5）依次串联连接在钢筋网电极中外侧的两个钢筋网（2）的接线头（4）之间，电压表（8）的两端分别与钢筋网电极中内侧的两个钢筋网（2）的接线头（4）连接。

2.如权利要求1所述的基于压敏特性的混凝土路面监测装置，其特征在于，所述的钢筋网（2）由多根钢筋垂直交叉焊接而成。

3.如权利要求1所述的基于压敏特性的混凝土路面监测装置，其特征在于，所述的电压表（8）和电流表（5）通过数据采集器（6）连接至一个带有显示屏（10）的处理器（7）。