RU182473U1 - Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций - Google Patents
Устройство для мониторинга состояния железобетонных конструкций Download PDFInfo
- 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
Links
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims description 15
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 2
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 239000012615 aggregate Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000004092 self-diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000008030 superplasticizer Substances 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/18—Measuring 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating 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)
- 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.
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)
| 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)
| 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 |
-
2018
- 2018-01-10 RU RU2018100931U patent/RU182473U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| 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)
| 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 |