淺談光纖光柵光譜分析的混凝土結構鋼筋銹蝕監測

陳　巖（長春建筑學院，吉林 長春 130607）

淺談光纖光柵光譜分析的混凝土結構鋼筋銹蝕監測

陳巖
（長春建筑學院，吉林 長春 130607）

摘要：鋼筋混凝土是當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銹蝕現象，而一旦出現這種現象就會對整個混凝土鋼筋材料造成嚴重影響，甚至對建筑的整體質量會造成影響。正是因為如此，在實際工作過程中需要加強對鋼筋銹蝕程度的監測。光纖光柵光譜分析法是一種專業的鋼筋銹蝕監測方法。這種方法的應用能夠有效提升監測效率，這對于建筑質量具有重要意義。本文將重點探討光纖光柵光譜分析法的監測原理以及科學應用。

關鍵詞：光譜；傳感器；銹蝕；鋼筋

在實際施工過程中鋼筋混凝土是一種重要的建設材料，由于這種材料是由鋼筋和混凝土組成的，因而在實際應用過程中，既有高抗壓強度同時也具有高抗折強度的特點。從長期的實際施工經驗中可以看出當前鋼筋混凝土在使用過程中經常會出現銹蝕問題，一旦出現這種現象就會對工程質量造成影響。對于鋼筋銹蝕進行監測是近些年來人們研究的一個重點問題，在實際工作過程中電化學阻抗、測量偏置電阻以及半電位方法的應用盡管能夠實現基本監測，但是在實際工作過程中卻會受到外界因素的影響。正是因為如此，采用全新方式就成為了今后研究的重點內容。光纖光柵光譜分析在監測過程中具有一系列優點，受外界的干擾也較小。長周期光纖光柵測量更是有著非常重要的意義。

一、監測原理

本文將以長周期光纖光柵為例來進行說明，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，在實際工作過程中由于這樣的特質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。在檢測過程中光纖內部一旦出現圍繞的時候，不同傳播模式之間就有可能產生耦合，長周期光纖光柵一旦彎曲之后，光纖也就會變成彎曲波導。與此同時在長周期光柵中的每一個北調職折射率橫截面都會發生傾斜，正是因為如此彎曲長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行測量的重要前提。在經過深入研究分析之后就會發現長周期光纖光柵一旦出現彎曲之后，透射譜也將會隨著整個彎曲度的增加而不斷右移，隨著透射率的不斷增大，光譜形將會出現右移。分析其溫度特性可以發現透射譜出現漂移情況的時候透射譜譜形基本上是不變的，應變情況下其透射譜同樣會不變化。從以上分析中就可以看出長周期光纖光柵一旦受到溫度、彎曲以及應變共同作用的時候，人們就可以通過透射譜來觀察其是否發生彎曲。采用這樣一種方式將能夠有效避免受到環境溫度以及應變的影響。這是這種監測方式的優勢所在。

二、傳感器設計

傳感器是光纖光柵光譜分析法的關鍵設備，傳感器能否實現科學合理的設計將直接關系到效率。對于這一種關鍵設備，在實際工作過程中本文將以兩根鋼筋和一根光柵來構成該設備。實際工作過程中要選擇直徑為25mm的螺紋鋼筋，鋼筋A、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。實際應用過程中就需要把鋼筋A、B兩端通電，為了保證效果需要用恒電流儀來進行操作。通電之后一旦出現銹蝕，鋼筋體積就會迅速膨脹，在膨脹作用下鋼筋也會產生位移。最終會導致光纖光柵也會產生拉應變，在這種情況影響下光譜儀就能夠側刀中心波長漂移。

由上文可知長周期光纖光柵在實際應用過程中對溫度和應變是同時敏感的，為了獲得真實數據在實際工作過程中就需要科學合理地區分溫度和應變，這樣做能夠有效解決交叉敏感問題，在實際工作過程中只有把溫度和應力進行區分測量才能夠實現傳感器的科學合理的應用。這是我們在實際工作過程中需要特別注意的一點。

三、實驗

為了檢測實際效果，在實際工作過程中還需要進行專門實驗，通過實驗能夠更加有助于了解這種方法的優勢。對于該方法的實驗，在實際工作中就是要把鋼筋放到凹槽型不銹鋼基座內部同時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驗過程中出現便宜。為了防止周圍介質折射率對光柵可能造成的影響，還需要在對光柵進行外套保護管。

通過實驗就可以發現鋼筋出現銹蝕并膨脹直徑不斷增加的情況下，光柵本身會出現向上移動的現象，光柵極有可能從一點移動到另一端，正是因為如此光柵彎曲度就會出現明顯變化。為了更加方便地觀察實際監測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分子激光的方式來實現這一目的，HF酸溶液銹蝕的應用更是有用。通過專門的檢測檢驗可以發現光譜儀監測出0.01dB透射率變化量的時候，銹蝕鋼筋直徑變化量也將會達到1.2um，利用該方法進行檢測的時候監測厚度更是能夠達到3mm。從專門實驗中就可以發現利用長周期光強光柵能夠實現對鋼筋銹蝕程度的有效判斷。

傳感器在實際工作中起著非常重要的作用，當傳感器是暴露在空氣中的時候，對其進行觀察就會發現在銹蝕量不斷增加的背景下，光纖應變也會隨之增加，最后也將會編程穩定。需要注意的是當光纖達到極限拉伸應變的時候，光纖同鋼筋粘貼就會出現滑移，傳感器本身也將會失效。通過實驗還可以風險波長同時間之間的關系是能夠有效反應器銹蝕速率的，這一點同樣需要引起我們注意。

如何封裝傳感器是實際監測工作過程中需要認真處理的一個問題，對于傳感器的封裝可以通過不同方式來實現。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長方體。對于水泥砂漿標號在選擇過程中必須要同現場使用的水體砂漿標號保持一致，保護層厚度同所監測構件也要相同，只有在把傳感器埋設到需要監測的構件鋼筋位置上才能夠實現精確有效地監測。這是在實際工作過程中必須要嚴格遵循的。

通過上述分析就會發現長周期光強光柵對于彎曲、應變以及溫度這些因素是非常敏感的，為了保證精確監測在實際制作傳感器的時候就要充分考慮到這幾個因素之間的交叉影響。

結語

作為建筑結構中的重要建筑材料，鋼筋混凝土在實際應用過程中產生的銹蝕問題會嚴重影響到工程質量，對其進行有效監測具有重要意義。本文重點分析了光纖光柵光譜分析法在銹蝕程度監測中的應用，這種方法的應用能夠有效達到目的。在實際測量過程中對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

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

中圖分類號：TN247

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