Волоконно-оптические датчики для осуществления контроля железобетонной коррозии
Волоконно-оптические датчики могут обнаружить влагу, расширение и трещины в железобетонных конструкциях, позволяя инженерам вести наблюдения за состоянием структуры и прогноза срока службы конструкции.
Железобетон подвержен коррозии, что в конечном итоге приводит к полному разрушению структуры. На первом этапе влага проникает в бетон. При достижении арматурных конструкций, высокие концентрации этих элементов начинают атаковать пассивный слой гидратированного оксида железа, который защищает металл от коррозии. Ржавчина начинает преобразовывать соединения трехвалентного железа в двухвалентное, а объем структуры расширяется при этом от пяти до 10 раз. Огромное давление начинает нарастать, в результате чего начинают развиваться трещины. Если этот процесс продолжается, структура в конечном итоге терпит неудачу.
Поэтому, мониторинг коррозии бетона позволяет предвидеть потенциальные проблемы с железобетонной конструкцией. Тем не менее, выявление конкретных причин коррозии может быть сложным, так как есть несколько причин развития этого процесса :
- износ и трещины могут быть результатом плохой бетонной смеси,
- неумелости, неадекватного дизайна,
- усадки,
- химического и воздействия окружающей среды,
- физического или механического повреждения,
- коррозии арматурной стали (RS).
Здесь мы представляем дорожную карту для разработки набора датчиков и связанной с ним системы для обнаружения коррозии в RS и степень повреждения в определенный момент времени. Предлагаемая система позволяет высокое разрешение и будет предлагать точную оценку состояния бетонной конструкции.
Для развития подхода, мы рассмотрели методику обнаружения коррозии, которая была тщательно проработана в течение последних 20 лет. Поняв этапы коррозии, мы смогли разработать специальные датчики, чтобы улучшить точность подхода . Во-первых, мы можем контролировать проникновение влаги с помощью датчиков влажности. Повышенная влажность лучше позволяет хлоридам проникать в бетон, ускоряя процесс коррозии и вызывая большое объемное расширение. Ультра-чувствительные оптоволоконные датчики давления могут обнаружить это расширение, и зафиксировать акустическую эмиссию, которую обнаруживают с помощью датчика вибрации высокой частоты на основе сдвинутых фаз решеток. Для обнаружения относительного изменения этой выемки, мы адаптировали усилитель оптической блокировки Drever, который впервые был использован в астрономии исследований для выявления чрезвычайно слабых сигналов от далеких звезд.
