基于微结构光纤传感器实时监测的混凝土中氯离子渗透特性的研究

Chloride erosion is the main factor to decrease durability of concrete, it is highly important to monitor chloride content in concrete. This project is concerned with the development of a new fluorescent chloride sensor for real-time, multi-point detecting chloride content in concrete based on the microstructured optical fiber (MOF) in order to resolve the low sensitivity, the poor properties of the sensitive materials, and poor stability of the reported chloride optical sensor. .The specific contents include:.1. To explore the process and mechanism of specific recognition between chloride and sensitive membrane, and expound the influential rules of ambient environment to recognition mechanism..2. To investigate the impact of structure parameters of MOF (especially the pore structure of MOF) on optical propagation characteristics of sensing system..3. To optimize and prepare the chloride sensing probe based on the surface-functionalized MOF, and establish the chloride diffusion models in concrete..Through completing this project, the MOF based sensor not only can achieve high sensitivity and real-time in chloride sensing, but also offering a new research method for concrete durability study. This kind of the fiber optic sensor will promote the development of the engineering field with the important scientific significance and application value.

氯离子侵蚀是影响混凝土耐久性的主要因素，因此对混凝土结构中氯离子浓度进行监测是非常重要的。针对现有氯离子光纤传感器灵敏度低、敏感材料性能差、稳定性差等问题，本项目提出了一种基于微结构光纤（MOF）的荧光型氯离子传感器对混凝土结构中氯离子进行实时、多点位检测。研究内容包括：阐明敏感薄膜与氯离子的特异性识别机制和过程，建立敏感薄膜产生荧光响应的数学理论模型；探明MOF结构参数对传感系统的光传输特性的影响规律，建立孔结构对传感系统的光传输特性的理论分析模型；研究光纤表面功能化及敏感膜参数对传感系统的光传输特性和性能的影响规律，优化MOF传感探头的制备；利用MOF传感器实时监测氯离子浓度，研究氯离子在混凝土结构中渗透特性。通过本项目研究，不仅可以实现对氯离子的高灵敏度实时检测，也为混凝土耐久性提供了一种全新的研究方法，对促进光纤传感器在工程应用发展具有重要的科学意义。

服役于海洋与西部盐碱环境下的混凝土结构长期受到高浓度氯离子的侵蚀，是影响混凝土耐久性的主要因素，因此对混凝土结构中氯离子浓度进行进行实时、多点位监测实现结构预警，从而达到在氯离子侵蚀初期发现问题并解决问题的目的，可以大大延长混凝土结构的服役寿命以及减少损失。.针对现有氯离子光纤传感器灵敏度低、敏感材料性能差、稳定性差等问题，本项目提出了一种基于微结构光纤（MOF）的荧光型氯离子传感器对混凝土结构中氯离子浓度进行实时监测。主要研究内容包括：1、制备氯离子敏感薄膜，并阐明敏感薄膜与氯离子的特异性识别机制和过程，建立敏感薄膜产生荧光响应的数学理论模型；2、探明MOF结构参数对传感系统的光传输特性的影响规律，建立孔结构对传感系统的光传输特性的理论分析模型；3、研究光纤表面功能化及敏感膜参数对传感系统的光传输特性和性能的影响规律，优化MOF传感探头的制备；4、研制光纤氯离子传感器实时监测氯离子浓度，研究其传感性能，包括传感器的检测范围、标准曲线、检测下限、响应时间、抗干扰能力、使用寿命等。.通过本项目研究，我们研制出一种新型基于MOF的超灵敏氯离子光纤传感器，不仅实现了对氯离子的的高灵敏度实时监测，其对氯离子的检测范围为0.1~0.5 mol/L，可满足实际工程应用。同时，也为混凝土耐久性提供了一种全新的研究方法，对促进光纤传感器在工程应用发展具有重要的科学意义。