基于壓電智能骨料的混凝土滲水監(jiān)測方法研究.pdf

1、近年來隨著智能材料以及智能傳感器的迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)得到了進(jìn)一步的拓展。其中，壓電陶瓷材料因?yàn)榫哂姓鎵弘娦?yīng)、頻響高、成本低、可重復(fù)性好、適合實(shí)時(shí)監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，使得其在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前埋入式壓電智能骨料（Smart Aggregate簡稱SA）傳感器主要研究和應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)損傷裂縫、早期水化、鋼管與混凝土脫粘和樁基等領(lǐng)域的監(jiān)測，而在混凝土結(jié)構(gòu)滲水監(jiān)測方面鮮有報(bào)道，本文將搭建壓電滲水監(jiān)測系統(tǒng)，圍繞傳感器在水中傳輸特

2、性、溫度效應(yīng)、波速表征及數(shù)值實(shí)現(xiàn)等方面展開相關(guān)研究，具體包括以下幾方面的工作：
　　將壓電智能骨料浸泡于自來水中，以浸泡時(shí)間描述水侵入智能骨料內(nèi)部的過程，試驗(yàn)研究了壓電智能骨料的工作性能（信號(hào)幅值）隨浸泡時(shí)間的變化，并考慮了激勵(lì)信號(hào)頻率的影響。研究結(jié)果表明：水對(duì)壓電智能骨料工作性能的影響是非常明顯的，在浸泡的前幾個(gè)小時(shí)信號(hào)幅值迅速增大后趨于穩(wěn)定。
　　通過對(duì)處于溫度變化環(huán)境中的混凝土試件進(jìn)行主動(dòng)監(jiān)測，并將監(jiān)測信號(hào)幅值作為評(píng)價(jià)

3、指標(biāo)，對(duì)基于壓電智能骨料的混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)功能單元的溫度敏感性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：P波幅值具有較強(qiáng)的溫度敏感性，隨溫度降低監(jiān)測信號(hào)幅值也隨之降低，反之亦然。并且，隨激勵(lì)信號(hào)頻率的增加，P波幅值受溫度影響減小。
　　基于混凝土滲水深度監(jiān)測系統(tǒng)，采用不同頻率激勵(lì)信號(hào)，分別對(duì)處于同一滲水深度及不同滲水深度的兩根素混凝土短柱進(jìn)行主動(dòng)監(jiān)測，研究了監(jiān)測信號(hào)幅值及波速信息隨混凝土滲水深度的變化規(guī)律。對(duì)比討論了峰值點(diǎn)法、互相關(guān)法以

4、及互功率譜法對(duì)P波總傳播時(shí)間的影響，并基于等效P波波速定性評(píng)價(jià)了混凝土的滲水情況。研究結(jié)果表明：同一滲水深度下，監(jiān)測信號(hào)幅值隨浸水時(shí)間呈先迅速下降后趨于穩(wěn)定；不同滲水深度下，監(jiān)測信號(hào)幅值隨滲水深度的增加，呈降低趨勢，當(dāng)試件滲水飽和時(shí)幅值會(huì)略有提高。另外，隨滲水深度增加等效 P波波速有非線性增大趨勢，因此基于等效P波波速定性評(píng)價(jià)混凝土滲水狀況是可行的。最后，研究表明利用互相關(guān)法確定總傳播時(shí)間具有很大的優(yōu)越性。
　　利用有限元軟件An