本发明涉及混凝土结构健康检测技术领域，特别涉及一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置及方法。
背景技术：
智能混凝土的研究可追溯到上世纪60年代，前苏联学者采用炭黑掺入混凝土中尝试制备水泥基导电复合材料，之后有学者提出在混凝土中掺加碳纤维，形成智能混凝土。为了制作具有自感知功能的智能混凝土，往往需要往混凝土里添加导电材料，譬如碳类、金属类等，包括碳纤维、炭黑、金属粉末、金属纤维等等。自2004年石墨烯被发现以来，由于石墨烯卓越的力学和导电性能，成为智能混凝土的新宠，吸引诸多国内外学者针对石墨烯水泥基复合智能材料展开研究。智能混凝土的应用主要有结构损伤监测、交通流量监控方面。
石墨烯是碳原子单层排列的二维蜂窝状晶格结构，即在分子结构上可理解为单原子层的石墨。石墨烯是已知材料中最薄的，仅有一个碳原子的厚度，然而却具有非常高的强度，其强度是钢材的100倍，杨氏模量达1100gpa，而且也是目前已知材料中导电性能最好的。将石墨烯应用于水泥基复合材料，能产生优良导电性能和腐蚀敏感性能。随腐蚀程度的增加，该智能材料沿电极方向的电阻逐渐下降；当智能混凝土出现微裂纹时，其电阻出现断崖式增加。基于上述特征，可将石墨烯基智能混凝土用于建筑结构混凝土的腐蚀检测，且具有与混凝土兼容性好和灵敏度高的特点。
组成内容
有鉴于上述石墨烯优良的电学性能，本发明提供了一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置及方法。采用原状石墨烯粉末作为导电纳米填料使用，优选的是片层厚度<1nm、粒径<1μm的石墨烯，优选的是石墨烯掺量约为水泥用量的3.2％-12.8％。先将石墨烯在表面活性剂的作用下溶解于水中，然后拌制水泥基复合智能材料，不同掺量石墨烯的智能混凝土分层浇筑成梯度式块体，并预先置入网片状、杆状或点状电极，如图1所示。在该智能材料块体经过28天养护后，再进行标定制成梯度式混凝土受力损伤检测装置。
一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置及方法包括：将该梯度式混凝土腐蚀检测装置埋置于建筑结构混凝土中，用导线将电极引出，测量电极间电阻的变化以表征该部位混凝土的腐蚀状态。
本发明是一种骨料式石墨烯水泥基智能混凝土腐蚀检测装置，本发明所能产生的有益效果如下：
(1)该混凝土腐蚀检测装置亦由水泥基复合材料制成，与混凝土可以良好结合，兼容性好；
(2)作为骨料埋入混凝土中，对混凝土本身的影响小。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进一步说明：
图1为分别置入网片状电极、杆状电极、点状电极的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
取石墨烯14.4g，聚羧酸表面活性剂14.4g，溶解于270g水中，并用超声波打散石墨烯；称取水泥450g，砂子1350g，在搅拌机中搅拌均匀，然后加入石墨烯溶液，继续搅拌均匀。上述配合比中石墨烯相对于水泥的重量比为3.2％，命名为智能混凝土a。
取石墨烯28.8g，聚羧酸表面活性剂20g，溶解于270g水中，并用超声波打散石墨烯；称取水泥450g，砂子1350g，在搅拌机中搅拌均匀，然后加入石墨烯溶液，继续搅拌均匀。上述配合比中石墨烯相对于水泥的重量比为6.4％，命名为智能混凝土b。
取石墨烯57.6g，聚羧酸表面活性剂30g，溶解于300g水中，并用超声波打散石墨烯；称取水泥450g，砂子1350g，在搅拌机中搅拌均匀，然后加入石墨烯溶液，继续搅拌均匀。上述配合比中石墨烯相对于水泥的重量比为12.8％，命名为智能混凝土c。
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按abc分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
实施例2
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按acb分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
实施例3
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按bac分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
实施例4
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按bca分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
实施例5
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按cab分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
实施例6
在50×50×50mm的模具中置入两个网片状电极，然后将上述三种智能砂浆按cba分三层浇筑入模具中，一天后拆模，放置到标准养护室(温度23℃，湿度100％)中养护28天，即得到制作好的梯度式石墨烯基混凝土腐蚀检测装置。
将制作好的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置埋置到混凝土中，电极引出导线，用电阻计采集两电极间电阻的变化。结果显示随腐蚀程度增加，两电极间电阻逐渐减小，而且根据三层智能砂浆各自的电阻率变化情况，能判断腐蚀深度。
最后应说明的是：以上所述仅为本组成的优选实施例而已，并不用于限制本组成，尽管参照前述实施例对本组成进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本组成的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本组成的保护范围之内。
1.一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置，其特征在于：采用石墨烯作为导电纳米填料使用，使水泥基复合材料具有腐蚀敏感性能，不同掺量石墨烯的智能混凝土分层按梯度浇筑成块体，并预先置入网片状、杆状或点状电极，然后再进行标定制成骨料形梯度式混凝土腐蚀损伤检测装置。
2.根据权利要求1所述的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置，其特征在于，所述检测装置的制备方法为：先将石墨烯在表面活性剂的作用下溶解于水中，然后拌制水泥基复合智能材料，不同掺量石墨烯的智能混凝土分层浇筑成梯度式块体，并预先置入网片状、杆状或点状电极，在该智能材料块体经过28天养护后，再进行标定制成梯度式混凝土受力损伤检测装置。
3.根据权利要求1所述的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置，其特征在于，所述的石墨烯采用原状石墨烯粉末，石墨烯片层厚度为<1nm，大小<1μm。
4.根据权利要求1所述的梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测装置，其特征在于，所述的石墨烯的掺量为水泥用量的3.2％-12.8％。
5.一种梯度式石墨烯智能混凝土腐蚀检测方法，其特征在于，包括以下步骤:将权利要求1所述骨料式混凝土受力损伤检测装置埋置于建筑结构混凝土中，用导线将电极引出，测量电极间电阻的变化以表征该部位混凝土的腐蚀程度和健康状态。
6.根据权利要求5所述的石墨烯基骨料式混凝土腐蚀损伤检测方法，其特征在于，用导线将电极引出，配合可调电阻，接成半桥桥路，测量桥路间电压的变化以表征该部位混凝土的腐蚀程度和健康状态。
技术总结