Будет ли датчик раздавлен, если его залить в бетон?
Если «голые» датчики без защиты (например, незащищенное волокно или решетка Брэгга) непосредственно заливаются в бетон, они, скорее всего, будут раздавлены или порваны; однако, если используются датчики в профессиональной инженерной оболочке, они не будут раздавлены и будут работать стабильно и с высокой точностью в течение длительного времени.
При «встраиваемом монтаже» в гражданском строительстве прямое заливание хрупкого кварцевого волокна (голое волокно обычно имеет диаметр всего 125 мкм, а с покрытием — 250 мкм) в бетон сопряжено со следующими фатальными механизмами физического и химического повреждения:
1. Механические повреждения при бетонировании
Во время бетонирования и вибрации бетона камни (заполнитель) интенсивно перемещаются и сжимают друг друга. Для микроволокна без защитного слоя это создает огромное локальное точечное сжатие и сдвигающие силы. Прямые удары заполнителя мгновенно разрывают голое волокно.
2. Неравномерное напряжение при отверждении и эксплуатации бетона
При отверждении (экзотермическая реакция гидратации) и твердении бетона происходит его объемное сжатие (усадка). Эта неравномерная усадка создает сложные сдвиговые напряжения на границе раздела. Если датчик не имеет достаточного защитного кожуха, внутренние оптические элементы будут повреждены из-за локальной перегрузки давлением.
3. Химическая коррозия
После отверждения бетон находится в сильнощелочной среде (pH обычно составляет от 12 до 13). Вода, кислород и высокая концентрация гидроксид-ионов химически травят поверхность кварцевого (кремнеземного) волокна, вызывая ограничения на стрессовую коррозию, что приводит к значительному снижению срока службы из-за усталости или даже к поломке в течение короткого периода времени.
Общее инженерное решение: металлическая и полимерная инкапсуляция
Для решения этой проблемы в промышленности обычно используются инкапсулированные датчики «высокой прочности» для встраиваемого монтажа. Например, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) предлагает различные специализированные датчики на основе волоконных решеток Брэгга (FBG) для таких высокопрочных и сложных сред встраиваемого мониторинга:
A. Мониторинг деформации арматуры и бетона
OFSCN® Fiber Bragg Grating Rebar Strain Gauge (Датчик деформации арматуры на основе волоконной решетки Брэгга) является типичным примером применения в данном сценарии. Он обычно производится на основе OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor (Датчик деформации на основе волоконной решетки Брэгга в сплавной оболочке).
- Механизм физической защиты: Внешний диаметр датчика составляет около 1.1 мм, а прочная эластичная сплавная трубка обеспечивает полную металлическую жесткую защиту хрупкой волоконной решетки.
- Устойчивость к сдавливанию: Оболочка полностью изолирует локальное точечное сжатие от гравия и заполнителя, а также сдвиговые силы от усадки при затвердевании. Он не только устойчив к сдавливанию, но и точно передает фактическую продольную микродеформацию бетона или арматуры на внутреннюю решетку.
B. Гибкий и многоточечный распределенный встраиваемый монтаж
Для встраиваемого мониторинга, требующего высокой водонепроницаемости, влагостойкости и средней прочности, можно использовать датчики с полимерной инкапсуляцией, усиленные трубами из нержавеющей стали:
- OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter) (внешний диаметр не более 1.2 мм, с бесшовной защитной оболочкой из нержавеющей стали)
- OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (1.5mm/2.3mm diameter) (внешний диаметр не более 2.3 мм, с бесшовной защитной оболочкой из нержавеющей стали)
Эти датчики используют двухслойную технологию оболочки «полимерный буферный слой + бесшовная металлическая трубка», которая эффективно экранирует боковое жесткое точечное сжатие, одновременно обладая отличной гибкостью, прочностью на растяжение и сжатие, а также полностью герметизируя от проникновения влаги и щелочной химической коррозии.
Вывод: Пока вы используете инкапсулированные датчики, защищенные прочной металлической/полимерной оболочкой, и непосредственно прикрепляете их к арматурному каркасу и заливаете бетоном с вибрированием, датчики не будут раздавлены и смогут точно предоставлять данные о внутренних деформациях и температурных изменениях бетона в течение десятилетий.