陳　巖（長春建筑學(xué)院，吉林 長春 130607）

淺談光纖光柵光譜分析的混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)

陳巖
（長春建筑學(xué)院，吉林 長春 130607）

摘要：鋼筋混凝土是當(dāng)前建筑施工的一種重要的建筑材料，混凝土鋼筋在施工過程中鋼筋非常容易出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，而一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象就會(huì)對(duì)整個(gè)混凝土鋼筋材料造成嚴(yán)重影響，甚至對(duì)建筑的整體質(zhì)量會(huì)造成影響。正是因?yàn)槿绱?，在?shí)際工作過程中需要加強(qiáng)對(duì)鋼筋銹蝕程度的監(jiān)測(cè)。光纖光柵光譜分析法是一種專業(yè)的鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)方法。這種方法的應(yīng)用能夠有效提升監(jiān)測(cè)效率，這對(duì)于建筑質(zhì)量具有重要意義。本文將重點(diǎn)探討光纖光柵光譜分析法的監(jiān)測(cè)原理以及科學(xué)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光譜；傳感器；銹蝕；鋼筋

在實(shí)際施工過程中鋼筋混凝土是一種重要的建設(shè)材料，由于這種材料是由鋼筋和混凝土組成的，因而在實(shí)際應(yīng)用過程中，既有高抗壓強(qiáng)度同時(shí)也具有高抗折強(qiáng)度的特點(diǎn)。從長期的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)中可以看出當(dāng)前鋼筋混凝土在使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)銹蝕問題，一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象就會(huì)對(duì)工程質(zhì)量造成影響。對(duì)于鋼筋銹蝕進(jìn)行監(jiān)測(cè)是近些年來人們研究的一個(gè)重點(diǎn)問題，在實(shí)際工作過程中電化學(xué)阻抗、測(cè)量偏置電阻以及半電位方法的應(yīng)用盡管能夠?qū)崿F(xiàn)基本監(jiān)測(cè)，但是在實(shí)際工作過程中卻會(huì)受到外界因素的影響。正是因?yàn)槿绱?，采用全新方式就成為了今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容。光纖光柵光譜分析在監(jiān)測(cè)過程中具有一系列優(yōu)點(diǎn)，受外界的干擾也較小。長周期光纖光柵測(cè)量更是有著非常重要的意義。

一、監(jiān)測(cè)原理

本文將以長周期光纖光柵為例來進(jìn)行說明，通常情況下長周期光纖光柵的光柵周期是保持在100um以上的，在實(shí)際工作過程中由于這樣的特質(zhì)因而它能夠滿足相位匹配條件的同向模式之間的諧振耦合。在檢測(cè)過程中光纖內(nèi)部一旦出現(xiàn)圍繞的時(shí)候，不同傳播模式之間就有可能產(chǎn)生耦合，長周期光纖光柵一旦彎曲之后，光纖也就會(huì)變成彎曲波導(dǎo)。與此同時(shí)在長周期光柵中的每一個(gè)北調(diào)職折射率橫截面都會(huì)發(fā)生傾斜，正是因?yàn)槿绱藦澢L周期光纖光柵能夠等效于傾斜光纖光柵的。

了解長周期光纖光柵的彎曲特性和溫度特性是進(jìn)行測(cè)量的重要前提。在經(jīng)過深入研究分析之后就會(huì)發(fā)現(xiàn)長周期光纖光柵一旦出現(xiàn)彎曲之后，透射譜也將會(huì)隨著整個(gè)彎曲度的增加而不斷右移，隨著透射率的不斷增大，光譜形將會(huì)出現(xiàn)右移。分析其溫度特性可以發(fā)現(xiàn)透射譜出現(xiàn)漂移情況的時(shí)候透射譜譜形基本上是不變的，應(yīng)變情況下其透射譜同樣會(huì)不變化。從以上分析中就可以看出長周期光纖光柵一旦受到溫度、彎曲以及應(yīng)變共同作用的時(shí)候，人們就可以通過透射譜來觀察其是否發(fā)生彎曲。采用這樣一種方式將能夠有效避免受到環(huán)境溫度以及應(yīng)變的影響。這是這種監(jiān)測(cè)方式的優(yōu)勢(shì)所在。

二、傳感器設(shè)計(jì)

傳感器是光纖光柵光譜分析法的關(guān)鍵設(shè)備，傳感器能否實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)將直接關(guān)系到效率。對(duì)于這一種關(guān)鍵設(shè)備，在實(shí)際工作過程中本文將以兩根鋼筋和一根光柵來構(gòu)成該設(shè)備。實(shí)際工作過程中要選擇直徑為25mm的螺紋鋼筋，鋼筋A(yù)、B都需要緊靠在混凝土的支座上，而FBG光柵則需要粘貼到兩根鋼筋頂部。實(shí)際應(yīng)用過程中就需要把鋼筋A(yù)、B兩端通電，為了保證效果需要用恒電流儀來進(jìn)行操作。通電之后一旦出現(xiàn)銹蝕，鋼筋體積就會(huì)迅速膨脹，在膨脹作用下鋼筋也會(huì)產(chǎn)生位移。最終會(huì)導(dǎo)致光纖光柵也會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)變，在這種情況影響下光譜儀就能夠側(cè)刀中心波長漂移。

由上文可知長周期光纖光柵在實(shí)際應(yīng)用過程中對(duì)溫度和應(yīng)變是同時(shí)敏感的，為了獲得真實(shí)數(shù)據(jù)在實(shí)際工作過程中就需要科學(xué)合理地區(qū)分溫度和應(yīng)變，這樣做能夠有效解決交叉敏感問題，在實(shí)際工作過程中只有把溫度和應(yīng)力進(jìn)行區(qū)分測(cè)量才能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器的科學(xué)合理的應(yīng)用。這是我們?cè)趯?shí)際工作過程中需要特別注意的一點(diǎn)。

三、實(shí)驗(yàn)

為了檢測(cè)實(shí)際效果，在實(shí)際工作過程中還需要進(jìn)行專門實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋佑兄诹私膺@種方法的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于該方法的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際工作中就是要把鋼筋放到凹槽型不銹鋼基座內(nèi)部同時(shí)還需要用膠把基座固定住，這樣做的主要目的是為了防止鋼筋實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)便宜。為了防止周圍介質(zhì)折射率對(duì)光柵可能造成的影響，還需要在對(duì)光柵進(jìn)行外套保護(hù)管。

通過實(shí)驗(yàn)就可以發(fā)現(xiàn)鋼筋出現(xiàn)銹蝕并膨脹直徑不斷增加的情況下，光柵本身會(huì)出現(xiàn)向上移動(dòng)的現(xiàn)象，光柵極有可能從一點(diǎn)移動(dòng)到另一端，正是因?yàn)槿绱斯鈻艔澢染蜁?huì)出現(xiàn)明顯變化。為了更加方便地觀察實(shí)際監(jiān)測(cè)效果就需要增加長周期光纖光柵敏感性，工作過程中可以通過準(zhǔn)分子激光的方式來實(shí)現(xiàn)這一目的，HF酸溶液銹蝕的應(yīng)用更是有用。通過專門的檢測(cè)檢驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)光譜儀監(jiān)測(cè)出0.01dB透射率變化量的時(shí)候，銹蝕鋼筋直徑變化量也將會(huì)達(dá)到1.2um，利用該方法進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候監(jiān)測(cè)厚度更是能夠達(dá)到3mm。從專門實(shí)驗(yàn)中就可以發(fā)現(xiàn)利用長周期光強(qiáng)光柵能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋼筋銹蝕程度的有效判斷。

傳感器在實(shí)際工作中起著非常重要的作用，當(dāng)傳感器是暴露在空氣中的時(shí)候，對(duì)其進(jìn)行觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)在銹蝕量不斷增加的背景下，光纖應(yīng)變也會(huì)隨之增加，最后也將會(huì)編程穩(wěn)定。需要注意的是當(dāng)光纖達(dá)到極限拉伸應(yīng)變的時(shí)候，光纖同鋼筋粘貼就會(huì)出現(xiàn)滑移，傳感器本身也將會(huì)失效。通過實(shí)驗(yàn)還可以風(fēng)險(xiǎn)波長同時(shí)間之間的關(guān)系是能夠有效反應(yīng)器銹蝕速率的，這一點(diǎn)同樣需要引起我們注意。

如何封裝傳感器是實(shí)際監(jiān)測(cè)工作過程中需要認(rèn)真處理的一個(gè)問題，對(duì)于傳感器的封裝可以通過不同方式來實(shí)現(xiàn)。水泥砂漿封裝是一種典型形式，在工作過程中利用水泥砂漿要把傳感器封裝成一個(gè)長方體。對(duì)于水泥砂漿標(biāo)號(hào)在選擇過程中必須要同現(xiàn)場(chǎng)使用的水體砂漿標(biāo)號(hào)保持一致，保護(hù)層厚度同所監(jiān)測(cè)構(gòu)件也要相同，只有在把傳感器埋設(shè)到需要監(jiān)測(cè)的構(gòu)件鋼筋位置上才能夠?qū)崿F(xiàn)精確有效地監(jiān)測(cè)。這是在實(shí)際工作過程中必須要嚴(yán)格遵循的。

通過上述分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)長周期光強(qiáng)光柵對(duì)于彎曲、應(yīng)變以及溫度這些因素是非常敏感的，為了保證精確監(jiān)測(cè)在實(shí)際制作傳感器的時(shí)候就要充分考慮到這幾個(gè)因素之間的交叉影響。

結(jié)語

作為建筑結(jié)構(gòu)中的重要建筑材料，鋼筋混凝土在實(shí)際應(yīng)用過程中產(chǎn)生的銹蝕問題會(huì)嚴(yán)重影響到工程質(zhì)量，對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)具有重要意義。本文重點(diǎn)分析了光纖光柵光譜分析法在銹蝕程度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，這種方法的應(yīng)用能夠有效達(dá)到目的。在實(shí)際測(cè)量過程中對(duì)于傳感器的制作必須要保持高度重視，要充分考慮到交叉影響。

參考文獻(xiàn)

[1]吳建華，趙永韜．鋼筋混凝土的腐蝕監(jiān)測(cè)/監(jiān)測(cè)[J]．腐蝕與防護(hù)，2003（10）．

中圖分類號(hào)：TN247

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼；A