[科普中國]-微型探測器

混凝土內(nèi)的微型探測器概述

使用埋入混凝土內(nèi)的微型探測器監(jiān)測鋼筋銹蝕在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,鋼筋是主要的受力材料,如果鋼筋銹蝕,將會影響結(jié)構(gòu)的承載能力,嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。所以隨時了解鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的情況而又不破損結(jié)構(gòu)是很重要的。通常情況下,埋在混凝土內(nèi)的鋼筋受到混凝土的保護,使其較少地受到外部因素(如地下水、雨、雪等)的影響,因而不易銹蝕。然而混凝土內(nèi)部的鋼筋銹蝕始終在緩慢進行。如果建筑物或構(gòu)筑物所在地的環(huán)境較差,一些有害物質(zhì)會腐蝕混凝土,使其失去保護作用,如大氣中的二氧化硫、二氧化碳等會腐蝕混凝土,使其碳化。沿海地區(qū)的建筑物或濱海構(gòu)筑物會受到帶有鹽的微粒的大氣或海水的腐蝕,Cl-對混凝土的腐蝕性很大,會加快混凝土碳化。當(dāng)混凝土碳化后,水或Cl就很容易滲到內(nèi)部,加劇鋼筋銹蝕。

構(gòu)成混凝土主要原材料之一的水泥是堿性的,在堿性的環(huán)境中,金屬的表面會產(chǎn)生一層鈍化膜,它使鋼筋免遭腐蝕。當(dāng)混凝土的堿性降低或堿性化合物碳化或Cl侵入混凝土,那么這層鈍化膜將被破壞,鋼筋易腐蝕。在鋼筋腐蝕過程中,滲入混凝土內(nèi)部的水或含鹽的水是電解質(zhì)溶液,與鋼筋形成了腐蝕電池。在腐蝕區(qū)域和非腐蝕區(qū)域之間的電位差驅(qū)動電化學(xué)反應(yīng)持續(xù)發(fā)生,鋼筋腐蝕不斷地進行。因此,可以通過監(jiān)測鋼筋的電化學(xué)特性值來了解其銹蝕的情況。為了準(zhǔn)確地監(jiān)測鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋銹蝕情況,將微型探測器埋入混凝土內(nèi)是一種較理想的方法,不用損壞混凝土就可了解混凝土內(nèi)的鋼筋是否銹蝕。埋入混凝土內(nèi)的微型探測器可以放置相當(dāng)長的時間,實現(xiàn)長期監(jiān)測。

微型探測器的構(gòu)造和性能(1)在微型探測器的中央有一個直徑為4mm的參考電極,在該電極周圍有一個圓環(huán)形的計數(shù)電極,它的內(nèi)徑為6mm外徑為10mm,這兩個電極用黃金制成,以保證其良好的耐腐蝕性和良好的導(dǎo)電性能。

(2)微型探測器的直徑只有10mm,厚度只有12mm,因此,將它們埋入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi),不會影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強度和耐久性。

(3)將微型探測器緊貼著鋼筋埋入混凝土內(nèi),以便能測出三種電化學(xué)特性值:自然電位;極化電阻和電解質(zhì)電阻。

(4)微型探測器可以埋入正在建造的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi),也可以埋入已建成的正在使用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)。

試驗程序鋼筋混凝土試件為一410mm×100mm×100mm的棱柱體,混凝土的水灰比W/C=65%(W—水的用量(kg);C—水泥用量(kg),Cl-=0kg/m3。澆筑混凝土之前,將已除銹的鋼筋放置在試模內(nèi),將兩個微型探測器緊貼著鋼筋表面上的兩個點并固定,混凝土保護層厚度為10mm,然后澆筑混凝土。3天后拆模。試驗中混凝土試件所處的環(huán)境條件為:(1)干燥狀況(50℃,30±5%R.H),(2)氯化鈉溶液滲透:在試件上面做一個小容器,里面放入濃度為3%的氯化鈉溶液。這兩種環(huán)境條件每周交替進行,以了解鋼筋在不同環(huán)境中的腐蝕情況,電化學(xué)特性值的變化。用氯化鈉溶液進行滲透,主要是為了加快鋼筋的腐蝕速度。每周用鋼筋腐蝕監(jiān)測儀器測一次電化學(xué)特性值,利用該儀器可以自動地測出及打印出自然電位、極化電阻和電解質(zhì)電阻。試驗進行了12周,在完成鋼筋腐蝕試驗后,將鋼筋從被氯離子腐蝕的混凝土試件內(nèi)取出,稱出由于腐蝕而減少的重量和測出被腐蝕的面積。1

光纖微型探測器密執(zhí)安大學(xué)的一位化學(xué)家aouloPan發(fā)明了一種微型光纖探測器其粗細(xì)只有人類頭發(fā)的千分之一它是那樣的細(xì)以致于可以很容易地滑進大多數(shù)細(xì)胞的多孔保護膜KoPelman談起這項發(fā)明時說光纖“針”成為世界上最小的一種探頭這種探頭不會損害細(xì)胞沒有任何液體會流出來探測器是在顯微鏡下制作的K叩an小組的科研人員把光纖的一端照亮另一端就會被激光加熱變成一個細(xì)尖然后給這個細(xì)尖涂一些生化物質(zhì)如酸鈣葡萄糖氧鉀鈉等當(dāng)激光通過光纖開的一端進人時被加工過的另一端細(xì)尖就會發(fā)光它的亮度和顏色會隨著被測物化學(xué)成分的變化而變化KoPelman的探頭能測藥品對單個細(xì)胞作用的效果能檢查胚胎初期的生長缺陷醫(yī)生可以用這種光纖給病人作無痛苦自我監(jiān)測例如糖尿病患者可以用這種光纖“針”來測量自己的血糖水平。2