核心内容摘要
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概述传统应变片、便携式应变仪及收缩比对仪等监测技术存在易受环境干扰、数据波动性大、无法捕捉全场应变分布等局限难以实现超高强海砂混凝土长期蠕变与收缩的精准监测。
为此本研究采用基于光频域反射OFDR技术的分布式光纤传感器DOFS使用Sika 30环氧树脂胶将聚酰亚胺PI涂层光纤粘贴于试件表面开展长期间歇监测并在50%相对湿度、75%相对湿度及密封三种环境条件下与传统方法进行系统性能对比验证其监测有效性。
PI光纤实物图以及结构示意图
测试方案
核心监测设备与传感器采用武汉昊衡科技OSI-S设备空间分辨率
0mm应变测量范围±12000με最大测量距离100m传感器选用聚酰亚胺涂层光纤通过Sika 30环氧树脂粘贴于试件表面粘贴前对试件表面进行打磨与乙醇清洗。
传感器布置示意图
试件与试验条件制备超高强海砂混凝土圆柱试件φ75mm×150mm用于蠕变试验和棱柱体试件75mm×75mm×285mm用于收缩试验经90℃蒸汽养护24h试验设置50%RH、75%RH及密封三种湿度环境制定间歇测量方案蠕变试验加载前后各测1次加载后
天日测后续于第
10、
21等关键节点测量总周期90天收缩试验
天日测后续关键节点测量总周期52天。
蠕变试样光纤布设实物图收缩试样光纤布设实物图
标定与数据处理采用3个同类型圆柱试件进行压缩标定基于应变片测量值建立应变-频偏线性关系确定PI涂层光纤与超高强海砂混凝土的应变-频偏系数为
847με/GHz数据处理时剔除光纤脱粘区段数据对全场应变分布取平均值并通过温度补偿试件扣除温度应变影响。
应变频率移位关系
测试结果
测量精度与空间分辨率OFDR分布式光纤传感技术可实现
0mm超高空间分辨率应变测量重复精度达±
0με可精准捕捉超高强海砂混凝土的细微时效变形且能绘制传统方法无法实现的连续应变分布曲线。
不同时间全场应变分布特征
稳定性与可靠性蠕变试验中OFDR测量的变异系数CV均值仅
60%较应变片
2
22%降低76%较便携式应变仪
1
07%降低65%收缩试验中其CV稳定在
68%-
1
60%曲线增长趋势平稳数据离散性显著低于传统方法。
分布式光纤、应变片和便携式应变仪的CV值随时间变化情况收缩比对仪与分布式光纤在测试过程中CV值随时间的变化趋势
抗环境干扰能力OFDR在三种湿度环境下均保持稳定测量75%RH条件下性能最优受湿度波动影响远小于应变片其聚酰亚胺涂层与Sika 30环氧树脂的组合可在
6%-90%RH范围内稳定工作。
结论
基于光频域反射技术的分布式光纤传感器采用武汉昊衡科技OSI-S系列设备适用于超高强海砂混凝土长期蠕变和收缩应变的间歇测量具有测量精准、稳定、可靠的特点同时能够获取传统传感器无法实现的连续空间应变分布数据弥补了传统监测技术的局限。
在本试验条件下采用聚酰亚胺涂层光纤通过Sika 30环氧树脂粘贴于超高强海砂混凝土表面时经3个圆柱试件标定应变-频偏系数均值为
847με/GHz标定结果重复性好、一致性高。
蠕变试验中OFDR分布式光纤传感器的稳定性和可靠性显著优于电阻应变片和便携式应变仪是超高强海砂混凝土长期压缩蠕变监测的首选测量方法。
收缩试验中OFDR分布式光纤传感器测量曲线平稳、一致性好虽无法捕捉混凝土早期自生收缩应变但长期监测性能优异建议采用“早期传统方法长期OFDR技术”的组合监测方案兼顾早期与长期收缩监测需求。
OFDR分布式光纤传感器抗环境干扰能力强在50%相对湿度、75%相对湿度及密封三种环境下均能稳定工作其中75%相对湿度条件下监测性能最优其聚酰亚胺涂层与Sika 30环氧树脂的组合可在
6%-90%相对湿度范围内稳定实现应变传递。
概述传统应变片、便携式应变仪及收缩比对仪等监测技术存在易受环境干扰、数据波动性大、无法捕捉全场应变分布等局限难以实现超高强海砂混凝土长期蠕变与收缩的精准监测。
为此本研究采用基于光频域反射OFDR技术的分布式光纤传感器DOFS使用Sika 30环氧树脂胶将聚酰亚胺PI涂层光纤粘贴于试件表面开展长期间歇监测并在50%相对湿度、75%相对湿度及密封三种环境条件下与传统方法进行系统性能对比验证其监测有效性。
PI光纤实物图以及结构示意图
测试方案
核心监测设备与传感器采用武汉昊衡科技OSI-S设备空间分辨率
0mm应变测量范围±12000με最大测量距离100m传感器选用聚酰亚胺涂层光纤通过Sika 30环氧树脂粘贴于试件表面粘贴前对试件表面进行打磨与乙醇清洗。
传感器布置示意图
试件与试验条件制备超高强海砂混凝土圆柱试件φ75mm×150mm用于蠕变试验和棱柱体试件75mm×75mm×285mm用于收缩试验经90℃蒸汽养护24h试验设置50%RH、75%RH及密封三种湿度环境制定间歇测量方案蠕变试验加载前后各测1次加载后
天日测后续于第
10、
21等关键节点测量总周期90天收缩试验
天日测后续关键节点测量总周期52天。
蠕变试样光纤布设实物图收缩试样光纤布设实物图
标定与数据处理采用3个同类型圆柱试件进行压缩标定基于应变片测量值建立应变-频偏线性关系确定PI涂层光纤与超高强海砂混凝土的应变-频偏系数为
847με/GHz数据处理时剔除光纤脱粘区段数据对全场应变分布取平均值并通过温度补偿试件扣除温度应变影响。
应变频率移位关系
测试结果
测量精度与空间分辨率OFDR分布式光纤传感技术可实现
0mm超高空间分辨率应变测量重复精度达±
0με可精准捕捉超高强海砂混凝土的细微时效变形且能绘制传统方法无法实现的连续应变分布曲线。
不同时间全场应变分布特征
稳定性与可靠性蠕变试验中OFDR测量的变异系数CV均值仅
60%较应变片
2
22%降低76%较便携式应变仪
1
07%降低65%收缩试验中其CV稳定在
68%-
1
60%曲线增长趋势平稳数据离散性显著低于传统方法。
分布式光纤、应变片和便携式应变仪的CV值随时间变化情况收缩比对仪与分布式光纤在测试过程中CV值随时间的变化趋势
抗环境干扰能力OFDR在三种湿度环境下均保持稳定测量75%RH条件下性能最优受湿度波动影响远小于应变片其聚酰亚胺涂层与Sika 30环氧树脂的组合可在
6%-90%RH范围内稳定工作。
结论
基于光频域反射技术的分布式光纤传感器采用武汉昊衡科技OSI-S系列设备适用于超高强海砂混凝土长期蠕变和收缩应变的间歇测量具有测量精准、稳定、可靠的特点同时能够获取传统传感器无法实现的连续空间应变分布数据弥补了传统监测技术的局限。
在本试验条件下采用聚酰亚胺涂层光纤通过Sika 30环氧树脂粘贴于超高强海砂混凝土表面时经3个圆柱试件标定应变-频偏系数均值为
847με/GHz标定结果重复性好、一致性高。
蠕变试验中OFDR分布式光纤传感器的稳定性和可靠性显著优于电阻应变片和便携式应变仪是超高强海砂混凝土长期压缩蠕变监测的首选测量方法。
收缩试验中OFDR分布式光纤传感器测量曲线平稳、一致性好虽无法捕捉混凝土早期自生收缩应变但长期监测性能优异建议采用“早期传统方法长期OFDR技术”的组合监测方案兼顾早期与长期收缩监测需求。
OFDR分布式光纤传感器抗环境干扰能力强在50%相对湿度、75%相对湿度及密封三种环境下均能稳定工作其中75%相对湿度条件下监测性能最优其聚酰亚胺涂层与Sika 30环氧树脂的组合可在
6%-90%相对湿度范围内稳定实现应变传递。
原文来自标题《Intermittent monitoring of long-term concrete creep and shrinkage using OFDR-based distributed optical fiber sensors》作者Yuchao Zhou, Jiayu Wu, Jian-Fei Chen, Chuying Cui, Haoran Wang期刊Measurement 258 (