土木工程混凝土构件KYOWA应变测试实操方案

在桥梁、隧道、大坝、高层建筑等土木工程领域，混凝土结构的安全性与耐久性评估高度依赖应变测量数据。然而，混凝土作为一种非均质材料，内部含有骨料、孔隙与微裂纹，局部应变分布极不均匀。若采用常规金属应变片（敏感栅长1～6mm），短栅采集的数据往往波动剧烈，无法真实反映构件的整体受力状态。因此，混凝土应变测试在应变片选型、粘贴工艺、防护密封等方面均有别于金属材料测试的特殊要求。本文以日本共和电业（KYOWA）产品体系为核心，系统梳理混凝土构件应变测试的全流程实操方案。

一、混凝土应变测试的核心难点

1. 骨料带来的局部应变不均匀

混凝土中的骨料（石子、砂子）粒径通常在5～40mm之间，受力时骨料与砂浆的变形存在差异。若应变片敏感栅长度小于骨料最大粒径的3倍，测量结果仅反映局部区域的应变分布，无法代表构件的平均应变。

2. 多孔材质对粘贴强度的挑战

混凝土表面疏松多孔，常规瞬干胶难以形成牢固的粘接界面，需选用适配多孔材质的专用粘合剂。

3. 户外长期监测的防水与耐久性

土木工程应变测试多为户外长期监测（桥梁、大坝等），应变片需长期承受日晒雨淋、温度循环与潮湿侵蚀，对防水密封与长期稳定性要求高。

二、产品选型指南

KYOWA针对混凝土应变测试开发了完整的专用产品线，用户需根据测试目的（表面/埋入）、骨料粒径、测量精度等要素进行选型。

（一）表面粘贴式：KC系列线应变片

适用场景：混凝土构件表面应力测试，如桥梁主梁表面应变监测、混凝土试件加载试验等。

核心参数：

参数规格

敏感栅长度60、70、80、120mm

类型单轴型

材料电阻元件Cu-Ni系合金箔

材料基底纸基材＋酚醛环氧树脂

自动补偿温度范围10～60℃

适用线膨胀系数11×10⁻⁶/℃

室温下应变片界限约1.8%

室温下疲劳寿命1.5×10⁵次（±1500×10⁻⁶应变时）

使用温度范围-30～120℃（CC-35粘合剂）

选型核心原则：敏感栅长度须大于骨材（石子、砂子）最大粒径的3倍以上。例如，若混凝土最大骨料粒径为20mm，则应选用敏感栅长度≥60mm的KC系列应变片。70mm超长敏感栅可对大范围区域应变做平均处理，精准获取构件整体受力、收缩、蠕变等参数。

自温度补偿：KC系列所有应变片均内置自补偿功能，无需额外搭配补偿片，自身即可抑制应变温度漂移。

（二）埋入式：KM系列与KMC系列

KM系列——混凝土/砂浆内部应力测量

参数规格

适用场景测量灰浆与混凝土等内部应力，埋入被测物内使用

材料电阻元件Cu-Ni系合金箔

材料基底丙烯

使用温度范围-10～70℃（嵌入）

自动补偿温度范围0～50℃

适用线膨胀系数11×10⁻⁶/℃

室温下应变片界限约0.2%

KM系列通过特殊表面处理确保与砂浆的良好密着性，并兼顾了防水性与弹性系数。适用于桥梁、大坝、核电站、高层建筑的混凝土主体结构内部应变监测，可从施工浇筑阶段同步埋入，跟踪结构从成型到长期使用过程中的应变变化。

KMC系列——自身收缩与应力测量

KMC系列专用于测量水泥系材料的自身收缩、自身应力，可测量高强度、高流动混凝土等刚刚浇筑后的自身收缩，有效对应水泥系材料的裂纹问题。部分型号（H4型）内置T型热电偶，可同时测量温度。

（三）传感器式：BS系列应变计

对于无需自行粘贴的场景，KYOWA提供预封装应变传感器：

BS-25AT/25BT应变传感器：适用于骨材较大的混凝土应变测量，内置测温功能

BS-8FT小型应变计：传感器长度80mm，适用于薄混凝土墙面（层）的内部或表面、H型槽钢等钢材表面的应变测量

BS-15CT表面设置式应变仪：专为钢材与混凝土表面的应变测量而开发，带测温功能，采用抗振动设计

三、表面粘贴式应变片安装全流程

以下以KC系列线应变片在混凝土构件表面的安装为例。

（一）安装前准备

1. 工具与材料准备

核心工具：角磨机、砂纸（120目/240目/400目）、脱脂棉、无水乙醇、镊子、刮板、卷尺、记号笔、万用表、绝缘胶带、热缩管、扎带

配套材料：KYOWA专用粘合剂（推荐CC-35，专为混凝土等多孔材质设计）、防护密封胶（环氧树脂胶或硅酮密封胶）、应变片专用引线、接线端子、防潮绝缘层材料

2. 应变片检查

用万用表测量应变片初始电阻值，确认在标称值允许偏差范围内（一般±0.5%以内），记录初始数据备用。检查基底无破损、电阻栅无断裂、引线焊点牢固。

3. 混凝土测点处理（关键步骤）

测点定位：根据应力监测方案标记测点位置，避开裂缝、蜂窝、麻面等缺陷区域，优先选择结构应力集中处或监测关键截面

表面打磨：使用角磨机将测点表面打磨成约5cm×5cm的平整区域，去除表面浮浆、油污、灰尘；随后用120目砂纸粗磨，再用240目、400目砂纸逐级细磨，打磨方向与应变片栅丝方向保持一致，表面粗糙度达到Ra1.6～Ra3.2μm

清洁脱脂：用脱脂棉蘸取无水乙醇，单向擦拭打磨后的表面（避免来回擦拭造成二次污染），清除残留粉尘与油污；自然风干后禁止用手触摸清洁区域

4. 环境条件确认

安装需在干燥、通风环境下进行，环境温度控制在10～30℃，相对湿度≤60%。避免雨天、雾天或强风天气下露天作业。

（二）粘贴与固化

1. 定位划线

在清洁后的混凝土测点中心，用记号笔划出应变片粘贴基准线，确保应变片栅丝方向与混凝土结构主应力方向一致，偏差角度≤±5°，避免角度偏差导致测量数据失真。

2. 涂胶与粘贴

用刮板取适量CC-35粘合剂（混凝土等多孔材质专用），均匀涂抹在混凝土测点表面，胶层厚度控制在0.05～0.1mm，涂胶面积略大于应变片基底面积。用镊子夹取应变片，对准基准线平稳放置，轻轻按压应变片边缘排出胶层气泡。注意：CC-35粘合剂硬化后的使用温度范围为-30～120℃。

3. 固化处理

粘贴完成后，在应变片表面覆盖一层玻纤布，用刮板轻压定型。常温下静置固化24小时；也可60～80℃加热固化1～2小时。固化期间严禁触碰或挪动应变片。

（三）防护与密封（长期监测必须）

混凝土构件应变测试多为户外长期监测，防护密封是决定测量寿命的关键环节。

引线焊接：将应变片引线与专用导线焊接，使用低温焊锡（熔点≤180℃），焊接时间控制在2～3秒内，避免高温损坏应变片

防水密封：在应变片及引线焊点区域涂覆环氧树脂胶或硅酮密封胶，形成完整防水层

引线保护：给引线套上PVC防护波纹管，沿结构表面固定，预留足够松弛长度

四、埋入式应变片安装要点

对于需测量混凝土内部应力的场景，采用KM或KMC系列埋入式应变片：

浇筑前安装：用细扎丝将应变片轻绑在钢筋笼的钢筋上，捆绑位置避开敏感栅区域，避免挤压导致栅极变形

后期安装：在测点造适配槽孔，槽内涂薄层专用应变胶，将应变片贴合在槽内中心位置，用专用滚轮轻压排出胶层气泡

浇筑防护：振捣棒需远离应变片至少1m，避免振动造成应变片位移；控制浇筑速度，防止混凝土流动冲击力破坏贴合状态

五、数据采集与系统调试

（一）采集设备选型

KYOWA PCD-400B 传感器接口放大器是混凝土应变测试的理想配套设备：

参数规格

通道数4通道（堆叠扩展至16通道）

采样频率最高10kHz

接口USB 2.0（兼容USB 3.0）

抗干扰内置载波式测量电路及动态数字滤波，有效抑制50/60Hz工频干扰

适用场景桥梁载荷监测、结构健康监测等

PCD-400B广泛应用于结构健康监测（桥梁、建筑、机械设备的动态应变分析），帮助工程师识别潜在缺陷、预防安全事故。

（二）系统调试流程

桥路连接：将应变片接入半桥或全桥电路。对于长距离信号传输，采用屏蔽线缆，屏蔽层一端接地以减少电磁干扰

系统预热：连接采集仪后开机预热30分钟，待系统稳定后调零

零点漂移验证：静置2小时观察零点漂移，若漂移超标则排查应变片是否受潮、接线是否有误

灵敏度验证：通过施加小载荷验证灵敏度，确保数据响应正常

（三）数据采集策略

短期荷载测试：可每分钟采集1次

长期结构监测：按需调整采集间隔，定期记录数据，对比分析应变变化趋势

六、典型应用场景

1. 桥梁关键截面应变监测

在桥梁主梁跨中截面、1/4截面、3/4截面沿截面高度布置KC系列线应变片（敏感栅长≥60mm），监测车辆荷载作用下的应变分布。配合PCD-400B采集仪实现动态应变采集。

2. 大坝与隧道长期健康监测

将KM系列埋入式应变片从施工浇筑阶段同步埋入混凝土主体结构，跟踪结构从成型到长期使用过程中的应变变化，预警结构变形与开裂风险。

3. 混凝土试件加载试验

在实验室混凝土试件表面粘贴KC线应变片，进行抗压、抗弯等力学性能测试，获取应力-应变曲线。

4. 钢筋混凝土结构内部应力监测

将KSNB系列埋入式应变片绑扎于钢筋笼上，随混凝土一同浇筑，测量钢筋附近混凝土的内部应力状态。

七、操作注意事项总结

环节关键要点

应变片选型表面测试选KC系列（栅长＞骨料粒径3倍）；内部应力选KM/KMC系列

粘合剂选择混凝土等多孔材质必须使用CC-35（-30～120℃），不可使用CC-33A

表面处理打磨至Ra1.6～3.2μm，打磨方向与栅丝方向一致；单向擦拭脱脂

粘贴定位栅丝方向与主应力方向偏差≤±5°

固化时间常温静置24小时，或60～80℃加热1～2小时

防水密封长期监测必须涂覆环氧树脂或硅酮密封胶，引线套PVC波纹管

埋入施工振捣棒远离应变片至少1m，避免冲击破坏

系统调试预热30分钟，调零后静置2小时验证零点漂移

八、采购建议

KYOWA混凝土应变片及配套采集设备均为精密测量仪器，建议从正规授权渠道采购，以确保产品品质与技术支持的可靠性。

玉崎科学仪器（深圳）有限公司作为京都玉崎株式会社在中国的全资子公司，在KYOWA应变测量产品的引进与技术支持方面积累了丰富经验。其优势包括：

完整的产品线覆盖：KC系列线应变片（60/70/80/120mm栅长）、KM/KMC系列埋入式应变片、BS系列应变传感器、PCD-400B数据采集仪等全系列产品

原装正品保障：承诺品质，已完成严格的入库检验与质量核查

配套耗材齐全：CC-35混凝土专用粘合剂原装现货，以及防护密封材料、专用导线等全套配套产品

专业技术支持：可根据用户的具体测试需求（混凝土强度等级、骨料粒径、监测期限、环境条件等）提供精准的选型与安装方案

建议用户在混凝土应变测试项目启动前，充分评估被测构件的骨料粒径、测试目的（表面/埋入）、监测期限（短期/长期）与环境条件，必要时可联系玉崎科学的技术团队进行方案论证与现场技术指导，以确保测试数据准确可靠。