Page 45 - 无损检测2023年第八期

朱俊波, 等:

基于传感涂层的混凝土裂缝电阻层析成像检测

试, 采用三点弯曲试验机对喷涂有传感涂层的钢筋 达133% , 同时循环加载试验表明传感涂层在2%应
混凝土梁试件进行压弯裂缝试验, 并利用自行搭设 变内呈弹性应变, 涂层复原后电阻变化值随即变为
的16电极 ERT 成像系统对其进行检测, 最终基于 零。而常见的建筑材料 ( 如混凝土) 最大应变为
MATLAB软件和开源的 EIDORS数据处理软件进 0.33% , 因此使用该传感涂层作为 ERT 无损检测载
行图像重建。 体, 可以满足对混凝土梁进行裂缝监测的需求。
3.1 传感涂层应变与电阻率关系试验 3.2 ERT裂缝检测试验与结果分析

将传感涂层以2mm×5mm×50mm ( 厚×宽 试验中将制备的混凝土试件放置在三点弯曲试

×长) 的标准尺寸喷涂在最大抗拉强度为4.0MPa , 验机上, 在试验开始前采集一次电压数据, 并在试验
伸长率为200%的橡胶板中心。喷涂传感涂层时在 机加载到一定程度( 裂缝开裂至一定程度) 时再各采
其两端接入铜丝导线, 采用胶带固定在橡胶板上。 集一次电压数据, 所制备的两根混凝土梁试件均进
传感涂层单轴拉伸与电导率试验现场如图4所示, 行同样的加载及数据采集。 ERT 裂缝检测试验现
采用 CMT5504 / 5105型万能试验机对喷涂有传感 场如图6所示, 试验装置由以下 9 部分组成: ① 计

涂层的橡胶板进行拉伸试验, 预载力为 10N , 拉伸 算机; ② 交流电电源; ③ 电压采集仪; ④ 温度湿度

速率为0.1mm · min , 恒温 25 ℃ , 引伸计夹在传 计; ⑤ 万能试验机; ⑥ 试验机控制器; ⑦ 混凝土试
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感涂层两 端 以 检 测 涂 层 实 际 拉 伸 量。同 时 采 用 件; ⑧ 电极阵列; ⑨ 受力垫块。

LCR 数字精密电桥( A pp lentAT2818 型) 连接铜

丝导线以实时测量不同拉伸率情况下的传感涂层电
导率变化值。

图6 ERT 裂缝检测试验现场
试验前, 采用 LCR 精密电桥设备测量传感涂层
图4 传感涂层单轴拉伸与电导率试验现场 的电阻, 以确定合适的电流电压和激励频率参数
不同 CMWNT ( 羧基化碳纳米管) 含量传感涂 ( 10mA , 10V , 1kHz )。试验加载的混凝土梁尺寸

层应变与电导率变结果如图5所示, 可见不同百分 ( 长×宽×高为50cm×6cm×4cm ), 试验前对梁

比含量 CMWNT 的传感涂层在应变小于0.35%时, 进行了轻微加固( 以所需最小配筋率配筋), 以使梁
应变与电导率呈线性关系, 随着应变的增大电导率 在最终破坏前能够形成弯曲或剪切裂缝。在混凝土
逐渐减小, 应变值0.35%可认为是电导率与应变呈 梁与万能试验机压轴中间放置受力垫块, 使得荷载
直线关系的比例极限点; 测得该涂层最大拉伸率可
能准确集中地施加在梁段中心。
通过计算混凝土梁试件开裂弯矩得知试件在三
点受弯状态下开裂荷载约为1.5kN , 当荷载达到混

凝土梁开裂荷载时, 保持该荷载10min并在观察混

凝土梁裂缝情况的同时进行 ERT 数据测量, 且由于
该混凝土梁试件跨中极限荷载约为5.0kN , 为防止梁

完全破坏断裂致使无法采集完善的 ERT 电流电压数

据, 在荷载施加到4.0kN 时停止继续加载, 保持荷载
直到 ERT数据采集以及裂缝观察结束。另外, 试验
图5 不同 CMWNT 含量传感涂层应变与电导率关系
时为了防止梁突然断裂, 应控制三点弯曲万能试验机
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2023年 第45卷 第8期
无损检测