文摘

研究退行性的混凝土进行冻融过程(化学)实时周期,混凝土缸的应变行为是由光纤监控相关化学测试方法基于白光干涉仪(WLI)技术。" WLI技术详细描述的原则和光纤的设计测试方法。两个混合比例的混凝土沉浸在3.5%氯化钠溶液在冻融试验机进行了测试。温度补偿的理论和方法做了详细陈述。结果表明,应变的变化减少冷却阶段,增加化学循环加热阶段。在测试中产生残余应变。

1。介绍

在寒冷地区,相关化学循环是退化的主要原因之一,由于孔隙水的混凝土材料。尺寸和内部压力的变化会引起化学周期期间,这会导致变性和失败的混凝土结构(1,2]。

如今,体重和相对动弹性模量的损失是最普遍用于评价混凝土的耐化学(3- - - - - -5]。其他指标也被用来评估混凝土的降解受到化学周期,如尺寸变化(6)和强度(7,8]。然而,这些指标在不同测试方法和评估标准。此外,工作量是巨大的,人为因素对结果有重要影响。随着技术的发展,许多图像处理技术被用来研究物质损失,如数字图像处理(DIP)技术(9,10),x射线计算机断层扫描(11)、高超速照相机(12),超声成像(13),扫描电子显微镜(SEM) (14),磁共振成像(15,16]。此外,无损检测方法还介绍了评估材料退化,这是最基本的横向频率(17和声发射18,19]。然而,这些方法能够实现实时监控混凝土在冻融的损伤演化周期。

研究混凝土的退化过程的实时在化学周期是非常重要的,这可能使退化过程直观、可以给一个报警值根据退化的过程。为了研究混凝土的变性过程中实时相关化学周期,一些研究人员在不同的技术方法和分析的角度研究它。主攻[20.和曹21]研究了混凝土在化学循环的变性与超声波传感器和电阻率测量方法。俾斯诺依(再驱车22)嵌入混凝土的应变仪测量内部应变,结果表明内部应变增加而恶化的进程。

冻融循环作用下,裂纹会发生在材料内部,这将不可避免地导致体积变化(23,24]。混凝土的应变过程中会发生化学周期,这是一个非常重要的反馈信号,它可以给出一个整体的视角来研究混凝土的内部损伤和可以量化混凝土的损伤。

在这项研究中,基于" WLI技术,提出了一种实时监测方法,混凝土缸的应变行为在化学监测周期。混凝土标本与0.55和0.35水灰比(W / C),沉浸在3.5%氯化钠溶液,在温度测试室模拟化学环境和氯盐的攻击。温度补偿的理论和方法是详细规定,和T-specimen应变行为的监测和研究在化学周期。此外,化学变性的机制也从应变的角度分析。

2。" WLI的校长

" WLI传感技术的一个图如图1。系统由一个超发光发光二极管(雪橇),3 dB光纤耦合器,用于分离和重组的光,光电探测器(PD),用于检测白光干涉的手指,参考光纤和传感光纤。发出的光从雪橇后分为两束光通过光纤耦合器工作和进入系统时参考光纤和传感光纤,分别。一束光到达PD经过纤维和被反射镜反射的引用。另一束光也抵达了PD经过传感光纤和被扫描反射镜。当两束光的光学路径是相等的,白光干涉条纹将PD中显示,如图2,那里的位置(X0)将被记录为一个校准的位置。这个过程可以重复定位新的边缘(X1)当传感光纤的长度(l0)的变化。因此,参考光纤的长度将被重新计算确认扫描镜的位置和长度的变化对传感光纤将获得。下面的方程可以建立(25]: 在哪里ε是应变,lN是1.25μ米,n的有效折射率传感光纤,Δ吗l是绝对的变形,l0传感臂的长度。


图1
" WLI传感技术的典型的实验装置。

图2
白光干涉条纹。

这种传感方法的灵敏度取决于传感光纤的长度,传感光纤的时间越长,就越敏感,分辨率越高26]。然而,系统的最高分辨率有限的分辨率扫描镜。这个方法的目的是在一个干涉仪配置和其读出结果相当于一个光学光栅的校准。仪器的光学光栅" WLI在这项研究中的应用是标准的统治者与两微米精度。

3所示。实验方法

3.1。样品制备

混凝土标本的形式一个圆柱体,直径100毫米,高150毫米。河沙(0 - 5毫米)被认为是细集料,和粉碎石灰石(5 - 20毫米)被用来作为粗骨料。材料混合后在一个旋转的滚筒实验室搅拌机ASTM C192-06 [27]。经过24小时的铸造、汽缸治愈在这样的环境中,温度是20±3°C,并为28天的相对湿度是95%。混凝土的混合比例和抗压强度th天在表1。

表1
混合比例的混凝土和抗压强度。

养护28天之后,enwound 7米裸光纤中间的圆柱体两端还剩1 m部分;因此,测量光纤是5米。纤维与环氧树脂胶固定的两端与塑料套管和保护引导纤维。enwound纤维与环氧树脂涂层,其工作温度范围从-60年to150°C。环氧树脂层的厚度是1毫米,缠绕纤维和它提供物理保护。测试样本的结构素描和照片如图所示3。


图3
结构素描和测试标本的照片。

为了消除温度影响应变测量、温度补偿标本(T-specimen)也捏造。被用来制造的混凝土圆柱体T-specimens在烤箱干40°C条件下四天,然后,有必要重复制造过程如上所述。这个过程后,用塑料,放到一个橡胶密封桶,防止它从空气中吸收的水分在实验。

3.2。化学监测系统的建设

系统包括一个传感器和一个参考单元。传感器用于监测应变和参考单元作为参考纤维和数据采集仪器。在图所示的监控系统4。在传感单元,每个样品需要两个耦合器分割比率为90% / 50% / 10%和50%,可以在市场上购买。耦合器包含输出和输入端口。" WLI仪器与10% / 90%耦合器的输入点,和两个制导光纤都是连接到输出端口。有四个标本(两个测试标本和两个T-specimens)传感单元,共享参考单元。


图4
图的相关化学监测系统。

在测试程序中,传感单元放置在混凝土相关化学测试,并沉浸在3.5%氯化钠溶液,如图5。解决方案注入橡胶桶,和表面的解决方案是50毫米高于气缸。加速相关化学测试项目是根据标准进行帐篷的方法快速冻融[28]。在开始测试之前,所有的标本都沉浸了4天。温度变化如图6。T-specimens被接近测试标本,并没有解决涌入橡胶桶。每10个周期期间," WLI应变监测的分析仪器每5分钟,这是用于研究在化学循环应变行为。


图5
油缸设置的示意图。

图6
加速化学循环。

4所示。实验结果

4.1。T-Specimen的应变行为

光纤传感技术对温度很敏感。因此,必须提出合理的温度补偿方法。为此,干燥试样的应变行为(T-specimen)测量和研究。的应变行为两种不同混合T-specimens(干标本)10化学周期如图7。


图7
T-specimens的应变行为。

如图7所示,应变随温度下降的冷却阶段,随加热温度上升阶段。一个周期后,水平应变返回到初始状态。菌株的行为显示了良好的重复性在10化学周期。这是因为T-specimens干," WLI应变行为监控的线性膨胀的影响引起的材料(混凝土和光纤),这取决于温度的变化(29日]。因此,消除T-specimen的压力在这个测试是一个合理的温度补偿方法。也可以看出的应变范围t - 0.55 (W / C = 0.55)的T-specimen比的t - 0.35 (W / C的T-specimen = 0.35),这是因为t - 0.55和t - 0.35 W / C比值不同,而有不同的热膨胀系数(30.,31日]。

4.2。温度补偿的方法

在混凝土材料的过程中受到化学周期,总应变(ε)由三部分组成:

在方程(3),εE是冻胀应变,这是由于水的体积膨胀时变成冰。ΕTM混凝土材料的热膨胀变形,这是由温度变化引起的。Ε来是光纤的应变由温度引起的。为了消除压力εTM和ε来、干混凝土缸是捏造部分在前面描述的文本。应变(εT标本从T-specimen)监控的总和εTM和ε来。因此,应变εE显示为以下方程:

在这个实验中,总应变ε从饱和试样测量。两个混合应变行为之前和之后的消除εT标本在10个周期如图8。消除压力后εT标本、应变εE增加在咕咕叫阶段和减少温度上升阶段。这一现象将在以下部分解释。

(一)
(一)
(b)
(b)
图8
温度补偿前后应变行为。(一)W / C = 0.55。(b) W / C = 0.35。
4.3。膨胀应变(εE在化学周期)行为

在该测试中,应变(冻结膨胀应变εE)是在每10化学周期实时监控。没有测试数据,71 - 80年周期,因为" WLI仪器在周期分解。

图9(一个)(W / C = 0.55)和图9 (b)(W / C = 0.35)显示压力的行为从一开始到最后在每10化学周期。在第一个20化学周期,残余应变没有明显增加(早期),如图9(一个)。这种现象在化学周期的早期阶段,因为解冻部分填充毛孔的水输送到空热力不平衡(28,没有微裂隙或几个微裂隙产生的矩阵。这一时期后,残余应变随化学周期,这意味着损伤诱导的矩阵。剩余的变化趋势如图9 (b)是类似于图9(一个)。然而,早期比这更多样的图所示9(一个)。这是因为0.35低于0.55 W / C。较低的混凝土W / C有更紧凑的矩阵。因此,混凝土矩阵不同的混合比例有不同的早期阶段时受到冻融。W / C是越低,早期阶段的持续时间越长,延长化学循环造成的伤害发生。

(一)
(一)
(b)
(b)
图9
菌株从开始到结束期间每10化学周期。(一)W / C = 0.55。(b) W / C = 0.35。

实验在整个生产过程中,残余应变如图的行为9(一个)和9 (b)有相同的趋势变化,残余应变增长从开始到结束每10化学周期。随着化学的循环次数的增加,更多的水将被吸收,因为微裂隙的存在,这将促使更多的裂缝矩阵,从而导致一个更大的残余应变。因此,残余应变的增长趋势在每10化学与化学循环周期增加,这表明损伤混凝土率的增加与化学周期。

为了量化产生的残余应变在整个生产周期中,染色的行为从一开始到结束的整个测试计算。在第一个化学周期的开始,被视为初始应变的压力。此后,在化学过程中应变监测减去初始应变。因此,任何周期的最后残余应变的积累前一周期,如图10 ()和10 (b)。后t100化学周期,0.55的残余应变标本是2880με的残余应变0.35标本是1027με低,这表明W / C具有更高的阻力。

(一)
(一)
(b)
(b)
图10
菌株从开始到结束的整体相关化学测试。(一)W / C = 0.55。(b) W / C = 0.35。

的残余应变增加化学周期,这意味着损伤演化是积累周期循环。此外,残余应变增长更重要的是在一定的周期,这意味着更多的损害发生,如微裂隙的扩展和增加毛细管的直径。根据残余应变的值,具体的内在退化矩阵由化学周期可以量化。

5。结论

在这项研究中,混凝土的应变行为受到相关化学周期实时监测和研究。" WLI技术的基础上,提出了一种光纤相关化学测试方法,设计和测试。结果表明,压力会引起混凝土缸时受到化学周期,和方法可以监控实时应变的改变人们的行为。残余应变诱导受到化学循环。

当气瓶受到相同的化学周期,W / C = 0.35的压力低于W / C = 0.55,这表明减少W / C比值可以减少应变的发展。此外,较低的W / C比值较长的早期阶段,这延长微裂隙产生的矩阵。残余应变与化学周期增加,这意味着相关的损伤演化损伤积累逐步逐周期,表明它可以量化内部损伤后某些化学周期从残余应变的角度。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现是通过实验测量。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究为山东省自然科学基金资助,中国(ZR2020QE254)。