RU182473U1 - Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций - Google Patents

Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций Download PDF

Info

Publication number
RU182473U1
RU182473U1 RU2018100931U RU2018100931U RU182473U1 RU 182473 U1 RU182473 U1 RU 182473U1 RU 2018100931 U RU2018100931 U RU 2018100931U RU 2018100931 U RU2018100931 U RU 2018100931U RU 182473 U1 RU182473 U1 RU 182473U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cement
structures
unit
block
monitoring
Prior art date
Application number
RU2018100931U
Other languages
English (en)
Inventor
Мурат Мухамедович Тамов
Георгий Ревазович Табагуа
Мухамед Алиевич Тамов
Максим Андреевич Аксенов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
Priority to RU2018100931U priority Critical patent/RU182473U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU182473U1 publication Critical patent/RU182473U1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к неразрушающему контролю и может быть использована для мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС) железобетонных строительных конструкций, например, сборных и монолитных колонн и ригелей зданий и сооружений, а также для мониторинга интенсивности автомобильного движения. Технический результат: повышение чувствительности устройства. Сущность: устройство содержит блок цементного камня, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда с установленными в нем электродами, подключенными к источнику тока. Цементный блок изготовлен из смеси воды (В), цемента (Ц), песка (П), микрокремнезема (МК), взятых при соотношении В:Ц:П:МК=0,45:1:1:0,15 и углеродных нанотрубок в количестве 1% от массы цемента. 1ил.

Description

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля и может быть использована для мониторинга напряженно-деформированного состояния (НДС) железобетонных строительных конструкций, например, сборных и монолитных колонн и ригелей зданий и сооружений, а также для мониторинга интенсивности автомобильного движения.
Известна система мониторинга технического состояния зданий и сооружений (патент РФ №66525, кл. G01M 7/00, 2007 г.), содержащая блок ударного устройства, блок вибродатчиков и блок обработки выходной информации, при этом дополнительно включены блок измерения ускорений колебаний объекта, и/или блок измерения скоростей колебаний объекта, и/или блок измерения амплитуд колебаний объекта, и/или блок измерения наклонов, и/или блок измерения прогибов, и/или блок измерения напряжений, и/или блок измерения нагрузок, и/или блок измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или блок контроля трещин, стыков и швов, и/или блок измерения геодезических параметров и блок градации выходной информации. Линиями связи функциональных блоков системы могут являться проводные и беспроводные связи или их сочетание.
Известна также система мониторинга изменения состояния несущих конструкций зданий и сооружений (патент РФ №123949, кл. G01M 7/00, 2013 г.), представляющая собой пространственно распределенные блоки, функционально объединенные между собой, и включающая в себя блок измерения ускорений колебаний несущих конструкций зданий и сооружений, блок определения изменения зависимостей динамических характеристик, блок определения собственных частот и амплитуд колебаний несущих конструкций зданий и сооружений, блок определения форм колебаний несущих конструкций зданий и сооружений, блок синхронизации, блок привязки точного времени, блок измерения наклонов, блок сепарации, блок определения прогибов несущих конструкций зданий и сооружений, блок определения неравномерности осадок опор несущих конструкций зданий и сооружений, блок измерений линейных перемещений, блок измерения деформаций, блок определения напряжений несущих конструкций зданий и сооружений, блок измерения геодезических параметров, блок измерения влажности, блок измерения температуры, блок самодиагностики, блок калибровки, блок записи их ранения информации, блок обработки и визуализации информации, блок градации выходной информации, блок передачи информации, и не менее одного источника резервного питания, причем все упомянутые блоки подключены к шинам передачи данных, шинам управления и шинам питания.
Общим недостатком перечисленных решений является необходимость установки датчиков на поверхность исследуемых конструкций, которые под влиянием внешних факторов выходят из строя. Кроме этого, общая стоимость самих датчиков и используемых вместе с ними систем сбора данных достаточно высока.
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели принята система мониторинга бетонных конструкций, состоящая из выполненных из стальных сеток с мелкой ячейкой электродов, размещенных в цементном блоке, изготовленном из цемента, заполнителей, микрокремнезема, суперпластификатора и/или углеродных нановолокон (патент США № W0 2014063141 A1).
К недостаткам прототипа следует отнести низкую чувствительность устройства, обусловленную низкими удельной электрической проводимостью и аспектным отношением углеродных нановолокон.
Задача полезной модели заключается в усовершенствовании устройства для мониторинга состояния железобетонных конструкций, позволяющем повысить качество работы, а также расширить арсенал средств подобного назначения.
Техническим результатом полезной модели является повышение чувствительности устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для мониторинга железобетонных конструкций, содержащее блок цементного камня, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, с установленными в нем электродами, подключенными к источнику тока, при этом цементный блок изготовлен из смеси воды, цемента, песка, микрокремнезема (МК), взятых при соотношении В:Ц:П:МК=0,45:1:1:0,15, и углеродных нанотрубок в количестве 1% от массы цемента.
Добавление углеродных нанотрубок, обладающих высокими удельной электрической проводимостью и аспектным отношением, придает цементному раствору, из которого изготовлен сенсор, пьезорезистивные свойства с высоким коэффициентом тензочувствительности, что в совокупности с установленными для измерения полного электрического сопротивления в нем по четырехточечной схеме электродами, крайние из которых подключены к источнику переменного тока, позволяет повысить чувствительность устройства.
Совокупность указанных признаков позволяет повысить качество работы сенсора, а также расширить арсенал средств подобного назначения.
На фиг. 1 приведена схема устройства для мониторинга состояния железобетонных конструкций, состоящего из блока 1, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда и изготавливаемого из смеси воды, цемента, песка, микрокремнезема (МК), взятых при соотношении В:Ц:П:МК=0,45:1:1:0,15 с добавлением углеродных нанотрубок в количестве 1% от массы цемента, что придает цементному раствору пьезорезистивные свойства с высоким коэффициентом тензочувствительности, с установленными в нем при формовании электродами 2,3 для измерения полного электрического сопротивления по четырехточечной схеме при подключении крайних электродов 2 к источнику переменного тока.
Для изготовления цементного камня предварительно подготавливается сухая смесь цемента, песка, микрокремнезема, взятых при соотношении Ц:П:МК=1:1:0,15. Углеродные нанотрубки в количестве 1% от массы цемента размешиваются в воде, взятой в количестве 45% от массы цемента, после чего полученной суспензией затворяется сухая смесь. Для диспергирования агломератов углеродных нанотрубок, образующихся в результате действия сил Ван-дер-Ваальса, суспензия подвергается ультразвуковой обработке в течение 5 мин (Хузин А.Ф., Рахимов Р.З., Габидуллин М.Г., Диспергируемость глобул многослойных углеродных нанотрубок различных производителей // Известия КГАСУ. - Казань: 2015. - С. 164-171; Alsharef J., Taha M.R., Khan T.A. Physical Dispersion of Nanocarbons in Composites - A Review // Technology Journal. - 2017. - №79. - C. 69-81 и др.).
Перед применением для натурного контроля НДС полноразмерных конструкций или мониторинга интенсивности дорожного движения набравшее прочность устройство необходимо откалибровать в лабораторных условиях. Для этого следует провести серию нагружений в прессе, установив при этом фактическую зависимость сопротивления сенсора от действующих в нем напряжений. При калибровке следует также определить частоту переменного тока, при которой угол сдвига фаз тока и напряжения в цепи будет минимальным, так как это будет соответствовать максимальному вкладу активного сопротивления в полное сопротивление цепи.
Наличие в составе цементного блока 1 углеродных нанотрубок придает ему пьезорезистивные свойства. В связи с этим мероприятия по мониторингу НДС исследуемой железобетонной конструкции или дорожного полотна сводятся к наблюдению за изменением электрического сопротивления блока 1. Для этого к электродам 2, 3 устройства по четырехточечной схеме подключается измеритель импеданса. Через внешние электроды 2 в блоке 1 возбуждается переменный ток с частотой, установленной в результате калибровки устройства. Удельное сопротивление определяется на участке блока 1 между внутренними электродами 3. По величине изменения удельного сопротивления производится оценка изменения НДС железобетонной конструкции или дорожного полотна. Для выполнения мониторинга НДС железобетонных конструкций устройство фиксируется на арматурном каркасе в опалубке перед началом бетонирования. Для мониторинга интенсивности автомобильного движения устройство располагается в верхнем слое дорожного полотна.

Claims (1)

  1. Устройство для мониторинга железобетонных конструкций, содержащее блок цементного камня, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, с установленными в нем электродами, подключенными к источнику тока, отличающееся тем, что цементный блок изготовлен из смеси воды, цемента, песка, микрокремнезема (МК), взятых при соотношении В:Ц:П:МК=0,45:1:1:0,15, и углеродных нанотрубок в количестве 1% от массы цемента.
RU2018100931U 2018-01-10 2018-01-10 Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций RU182473U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018100931U RU182473U1 (ru) 2018-01-10 2018-01-10 Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018100931U RU182473U1 (ru) 2018-01-10 2018-01-10 Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018120563U Division RU184406U9 (ru) 2018-06-04 2018-06-04 Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU182473U1 true RU182473U1 (ru) 2018-08-20

Family

ID=63177666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018100931U RU182473U1 (ru) 2018-01-10 2018-01-10 Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU182473U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU203093U1 (ru) * 2020-10-26 2021-03-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU85037U1 (ru) * 2008-05-19 2009-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения" Устройство регистрации физических процессов
WO2011049801A1 (en) * 2009-10-19 2011-04-28 Applied Nanostructured Solutions, Llc Damage-sensing composite structures
CN103024940A (zh) * 2012-12-26 2013-04-03 山东科技大学 碳纳米管水泥基复合材料传感器测试系统
WO2014063141A1 (en) * 2012-10-19 2014-04-24 Yi-Lung Mo Systems and methods utilizing carbon nanofiber aggregate for performance monitoring of concrete structures
CN104297289A (zh) * 2014-10-28 2015-01-21 四川大学 振动法测量空气比热容比的改进型装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU85037U1 (ru) * 2008-05-19 2009-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения" Устройство регистрации физических процессов
WO2011049801A1 (en) * 2009-10-19 2011-04-28 Applied Nanostructured Solutions, Llc Damage-sensing composite structures
WO2014063141A1 (en) * 2012-10-19 2014-04-24 Yi-Lung Mo Systems and methods utilizing carbon nanofiber aggregate for performance monitoring of concrete structures
CN103024940A (zh) * 2012-12-26 2013-04-03 山东科技大学 碳纳米管水泥基复合材料传感器测试系统
CN104297289A (zh) * 2014-10-28 2015-01-21 四川大学 振动法测量空气比热容比的改进型装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU203093U1 (ru) * 2020-10-26 2021-03-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций

Similar Documents

Publication Publication Date Title
D’Alessandro et al. Static and Dynamic Strain Monitoring of Reinforced Concrete Components through Embedded Carbon Nanotube Cement‐Based Sensors
Saiidi et al. Prestress force effect on vibration frequency of concrete bridges
US11891335B2 (en) Multi-functional cementitious materials with ultra-high damage tolerance and self-sensing ability
Azenha et al. Measurement of concrete E-modulus evolution since casting: A novel method based on ambient vibration
Pan et al. Stress and strain behavior monitoring of concrete through electromechanical impedance using piezoelectric cement sensor and PZT sensor
Ubertini et al. Smart cement paste with carbon nanotubes
Monteiro et al. Dynamic sensing properties of a multifunctional cement composite with carbon black for traffic monitoring
Xiao et al. Self-monitoring properties of concrete columns with embedded cement-based strain sensors
CN107607412A (zh) 一种混凝土结构组合式应变监测单元及其状态评估方法
Vipulanandan et al. Characterizing the pulse velocity and electrical resistivity changes in concrete with piezoresisitive smart cement binder using Vipulanandan models
CN106169002A (zh) 一种铁路桥梁高强混凝土收缩预测方法
Kim et al. Development of a smart concrete block with an eccentric load sensing capacity
Gonzalez et al. Multifunctional cement composites enhanced with carbon nanotube thin film interfaces
RU182473U1 (ru) Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций
D’Alessandro et al. Strain measurement in a reinforced concrete beam using embedded smart concrete sensors
Abbood et al. Cement-based materials for self-sensing and structural damage advance warning alert by electrical resistivity
Liu et al. Resistivity signature of graphene-based fiber-reinforced composite subjected to mechanical loading
Schulz-Poblete et al. The influence of soil suctions on the deformation characteristics of railway formation materials
Kang et al. Electrical impedance-based crack detection of SFRC under varying environmental conditions
Rao et al. Electromechanical impedance-based embeddable smart composite for condition-state monitoring
Sias Daniel et al. Relationships among rate-dependent stiffnesses of asphalt concrete using laboratory and field test methods
RU184406U9 (ru) Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций
Monteiro et al. Carbon nanoparticles cement-based materials for service life monitoring
Cosoli et al. Development and metrological characterization of cement-based elements with self-sensing capabilities for structural health monitoring purposes
Metaxa et al. Carbon nanotube reinforced mortar as a sensor to monitor the structural integrity of restored marble epistyles under shear

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20180816