[发明专利]检测混凝土孔隙溶液中氯离子光纤传感器的敏感膜的制备方法

说明书

本发明提供一种检测混凝土孔隙溶液中氯离子光纤传感器的敏感膜的制备方法，将聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚酰亚胺和石墨烯溶解于DMSO中，得到前驱体溶液；加入接枝改性剂，油浴剧烈搅拌后溶解于2～5倍质量份的DMF中，得到母液溶液；加入无机纳米颗粒和一定重量份的氯离子荧光探针粉末，磁力搅拌后立即使用超声分散仪进行分散，得到均质的喷膜液，进行静电喷雾制备得到敏感膜；比表面积大，亲水性能良好，具有优异的机械力学性能和化学稳定性，尤其适合土木工程中应用于混凝土这种严苛环境下氯离子的检测；使用该氯敏膜的光纤传感器对氯离子的响应十分快速敏感，能够实时检测混凝土中氯离子含量。

技术领域

本发明属于土木工程混凝土中氯离子检测技术领域，涉及混凝土孔隙溶液中氯离子光纤传感器技术，具体涉及一种氯离子光纤传感器的敏感膜。

背景技术

大型土木工程设施如桥梁、隧道、大坝和河堤等具有设计寿命长、造价高、服役环境恶劣、覆盖面积广和体积大等特点，其结构损伤往往表现为机制复杂、交叉影响因素多、时变演化效应显著、损伤位置隐蔽等特性。钢筋混凝土结构的腐蚀是最为关注的问题之一，将引起结构可靠性的劣化，缩短服役寿命，甚至造成巨大的安全隐患。钢筋腐蚀是由点蚀慢慢发展的，并且在腐蚀的初期点蚀对整个结构的影响不显著。传统的钢筋腐蚀程度监测方案都是基于钢筋发生腐蚀后产生的变量进行腐蚀程度监测，无法提前预报锈蚀的起点。如果能在初期发现问题并且及时处理，那么可以将钢筋锈蚀所带来的损失降到最低。引起钢筋腐蚀的环境因素有很多，其中氯离子的入侵是造成混凝土结构钢筋腐蚀的最主要原因，尤其在水分参与下，氯离子侵蚀钢筋的速度明显加快。

传统的钢筋混凝土结构氯离子侵蚀监测方法包括有损检测和无损检测两大类，常用的有电化学噪声法、交流阻抗法、线性极化法、半电池电位法、脉冲电压法、恒电量法等电化学方法以及电阻探针法等物理方法。而随着光学技术的高速发展，光纤传感器以体积小、耐高温、抗腐蚀、抗电磁干扰等特点得到了广泛的研究与应用。因为光纤传感器的波长调制解调方式的最小计量单位为光束的波长，所以具有远高于传统监测系统的灵敏度，并且能同时集信息传感与数据传输于一身，可重复利用性好，有利于组网实现在线监测，被认为是实现智能化钢筋腐蚀监测的重要可行性方案之一，在混凝土结构健康监测等领域正在得到广泛的关注和应用。

目前的研究主要是采用在光纤表面或者端面固定氯离子荧光指示剂进行监测，这样会存在光纤探头长时间使用后，特别是在诸如混凝土内部这类条件复杂的环境中，荧光指示剂易脱落或溶出的问题。CN105510293A公开了一种用于检测混凝土内氯离子浓度的荧光型光纤传感器，采用平衡光纤探头与测量光纤探头结合的荧光比率法，解决因光源强度波动或者荧光材料光漂白而导致的氯离子浓度测量不准确的问题。CN105300944A公开了一种基于荧光猝灭的混凝土氯离子腐蚀光纤传感器，包括保护套及设在保护套中的传输光纤和感光膜片组合件，通过传输光纤传输注入激发光和接收荧光发射，利用感光膜与激发光产生反应结合膜附近的氯离子浓度不同，产生不同强度荧光，进而实现对氯离子的检测。CN102495032A公开了一种荧光检测氯离子的方法，具体为将对氯离子敏感的荧光试剂通过在光纤表面成膜和制成测试液两种方法，通过测量荧光峰值波长或强度等信息，来检测氯离子浓度，可以用于在线评估钢筋混凝土的腐蚀环境中氯离子的浓度测量。

通过荧光猝灭原理的光纤传感器对混凝土结构氯离子浓度的监测，可以预测钢筋混凝土结构的锈蚀程度，实现早期钢筋刚与氯离子接触而未锈蚀状态的检测，为提前预测锈蚀的发生提供了可能性。但是荧光探针本身存在荧光强度光漂白现象，以及需要将其固定在薄膜中才能用于传感器中等问题还有待深入研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，旨在提供一种检测混凝土孔隙溶液中氯离子光纤传感器的敏感膜的制备方法，采用化学接枝改性和静电喷雾法，形成荧光探针均匀分散在氯敏膜中的结构，制备得到的氯敏膜比表面积大，亲水性能良好，具有优异的机械力学性能和化学稳定性，克服了传统凝胶膜易开裂、易脱落，同时具有响应快、重复性和稳定性好的优点，应用于光纤传感器，实现对氯离子的在线检测，尤其适合土木工程中应用于混凝土这种严苛环境下氯离子的检测。