CN103808765A - 一种自监测智能织物增强混凝土及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自监测智能织物增强混凝土及其制作方法，在TRC制作的过程中在织物网中的碳纤维上粘贴电极；通过动态检测智能TRC电阻率的变化，对结构中各区域应力、应变状况及分布的监测。本发明不仅能为结构提供有效承载力和延性，还能为结构在服役阶段的安全性提供有效的监测技术,实现集高效结构和实时结构健康监测于一体之目的。

Description

一种自监测智能织物增强混凝土及其制作方法

技术领域：

本发明涉及的是一种自监测智能织物增强混凝土及其制作方法。

背景技术：

随着社会经济和科学技术的迅猛发展，大量已有的和新建的房屋建筑、桥梁、隧道、水坝，它们在运行过程中受到自然环境侵蚀、外部荷载作用或人为因素破坏，不可避免地会存在各种缺陷和损伤，当损伤累积到一定程度时，就会导致结构失效。所以，如何对这些建筑物进行监测、诊断，提高建筑物的建设安全和建筑物的使用安全，是一个需要迫切解决的问题。

在结构健康监测系统中，长期的静态应力（应变）的监测以及结构在激励后动态响应的检测，是用来评价结构长期性能和损伤识别的重要方法。目前，对建筑物进行健康监测通常是附加传感器件来实现的。现有的传感器都是粘贴于被测试的建筑，这给施工布设传感器带来了很多不便、成活率不高、耐久性差，测试精度低。高灵敏度的传感器容易受到噪音以及环境条件变化的影响，而导致监测系统不能正确反应结构自身的参数变化；另一方面，传统的‘点’式应变片常因局部应力集中而传感器自身损坏或因损伤点距离传感器较远而无法预知结构的破坏。此时，一种大范围监测可能的稳定传感器显得尤为重要。

织物增强混凝土(Textile Reinforced Concrete，简称TRC)是一种纤维复合增强材料，由多轴纤维织物和高性能细集料混凝土组成。其中高性能细集料混凝土不仅强度高，而且具有高流动性，自密实性，抗离析性等优良的工作特性和抗渗、抗碳化和抗冻融等较好的耐久性；纤维材料(如耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维等)具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优异特点，而且编织物纤维较细，纤维的保护层厚度仅需满足其粘结锚固要求。所以TRC结构具有高强、抗裂、抗腐蚀、耐久性好、防火、可设计性强的优点，适用于薄壁结构或覆层材料、耐腐蚀构件以及恶劣环境中结构的加固补强。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自监测智能织物增强混凝土及其制作方法。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种自监测智能织物增强混凝土，它包括织物网、电极；在TRC制作的过程中在织物网中的碳纤维上粘贴电极；通过动态检测智能TRC电阻率的变化，对结构中各区域应力、应变状况及分布的监测。

进一步的，所述的织物网由碳纤维束和无碱玻璃纤维束混编形成，两种纤维相互垂直水平铺设，交结处用纱线缝编。

进一步的，所述的织物网根据结构承载力设计需要可以铺设3-5层织物。

进一步的，所述的电极根据结构测试需要在一根碳纤维束上或多根碳纤维束上成对布置，且为分布式网络布置。

进一步的，在使用该自监测智能织物增强混凝土时，将智能TRC铺设在需要监测的结构层表面，测得各电极间的初始电阻R₀，实时在线测量各电极间的电阻R，计算电阻值的变化△R=R-R₀，通过各条通路上电阻变化率的变化，识别应力应变的大小，进而确损伤的程度和发生的具体位置。

本发明还提供了一种自监测智能织物增强混凝土的制作方法，步骤包括：

（1）根据结构测试需要，在一根碳纤维束上或多根碳纤维束上成对布置分布式点电极；

（2）涂上事先配好的环氧树脂、固化剂和丙酮按一定比率混合而成的树脂溶液,使树脂预浸到纤维中,待常温下24h后树脂基本凝固；

（3）将高性能混凝土浇注在底模上，将织物网放在混凝土上，与边模尽量平行，在底层边模的相应位置上安装第二层边模，在织物网上浇注第二层混凝土；

（4）依次操作达到要求铺设的织物层数，养护至龄期，制成智能织物增强混凝土。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明不仅能为结构提供有效承载力和延性，还能为结构在服役阶段的安全性提供有效的监测技术,实现集高效结构和实时结构健康监测于一体之目的。

附图说明：

图1为本发明的准分布式测试网络图。

图2为本发明的结构监测系统图。

图3为本发明的受弯构件荷载-位移-电阻变化率关系曲线图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明的准分布式测试网络图。图2为本发明的结构监测系统图。

一种自监测智能织物增强混凝土，它包括织物网、电极；在TRC制作的过程中在织物网中的碳纤维上粘贴电极；通过动态检测智能TRC电阻率的变化，对结构中各区域应力、应变状况及分布的监测。

进一步的，所述的织物网由碳纤维束和无碱玻璃纤维束混编形成，两种纤维相互垂直水平铺设，交结处用纱线缝编。

进一步的，所述的织物网根据结构承载力设计需要可以铺设3-5层织物。

进一步的，所述的电极根据结构测试需要在一根碳纤维束上或多根碳纤维束上成对布置，且为分布式网络布置。

进一步的，在使用该自监测智能织物增强混凝土时，将智能TRC铺设在需要监测的结构层表面，测得各电极间的初始电阻R₀，实时在线测量各电极间的电阻R，计算电阻值的变化△R=R-R₀，通过各条通路上电阻变化率的变化，识别应力应变的大小，进而确损伤的程度和发生的具体位置。

该种自监测智能织物增强混凝土的制作方法，步骤包括：

（1）根据结构测试需要，在一根碳纤维束上或多根碳纤维束上成对布置分布式点电极；

（2）涂上事先配好的环氧树脂、固化剂和丙酮按一定比率混合而成的树脂溶液,使树脂预浸到纤维中,待常温下24h后树脂基本凝固；

（3）将高性能混凝土浇注在底模上，将织物网放在混凝土上，与边模尽量平行，在底层边模的相应位置上安装第二层边模，在织物网上浇注第二层混凝土；

（4）依次操作达到要求铺设的织物层数，养护至龄期，制成智能织物增强混凝土。

图3为本发明的受弯构件荷载-位移-电阻变化率关系曲线图。

TRC损伤演化过程为：混凝土基体开裂、碳纤维与基体间的剪切破坏、纤维的断裂等。

从图3中可以看出，AB阶段，电阻随荷载的增加几乎稳定不变，主要是荷载较小时混凝土基体与碳纤维的共同弹性伸长，碳纤维伸长量很小，因尺寸效应引起的体积电阻变化不明显，电阻基本上稳定不变；BC阶段，电阻出现显著的下降，且出现多个近似平台，由于混凝土基体与碳纤维的弹性模量相差一个数量级，随着荷载的增加，碳纤维和基体间产生高的剪切应力，混凝土基体的拉伸破坏以及纤维-基体界面的剪切破坏，使得被混凝土包裹的碳纤维有了一定的运动空间，活动空间，弯曲的碳纤维被拉直，碳纤维排列整齐度增加，部分碳纤维之间相互接触紧密度增加，碳纤维电阻减小；同时，碳纤维的伸长使得体积电阻增大，两者共同作用使得电阻下降趋势减缓，出现多个平台；CD阶段，电阻出现了反转，电阻剧增至最大且高于初始电阻,随着拉伸应力的进一步增大，部分本身存在缺陷的弱质纤维发生断裂，极限荷载的70%-85%左右,继续拉伸引起大部分碳纤维的断裂，直至碳纤维完全断裂，引起电阻突增，TRC发生破坏。

碳纤维电阻的大体变化趋势为：先稳定不变，然后减小，在最终断裂时又升高。因此，电阻法监测TRC的破坏过程是行之有效的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自监测智能织物增强混凝土，其特征在于，它包括织物网、电极；在TRC制作的过程中在织物网中的碳纤维上粘贴电极；通过动态检测智能TRC电阻率的变化，对结构中各区域应力、应变状况及分布的监测。

2.根据权利要求1所述的一种自监测智能织物增强混凝土，其特征在于，所述的织物网由碳纤维束和无碱玻璃纤维束混编形成，两种纤维相互垂直水平铺设，交结处用纱线缝编。

3.根据权利要求1所述的一种自监测智能织物增强混凝土，其特征在于，所述的织物网根据结构承载力设计需要可以铺设3-5层织物。

4.根据权利要求1所述的一种自监测智能织物增强混凝土，其特征在于，所述的电极根据结构测试需要在一根碳纤维束上或多根碳纤维束上成对布置，且为分布式网络布置。

5.根据权利要求1所述的一种自监测智能织物增强混凝土，其特征在于，在使用该自监测智能织物增强混凝土时，将智能TRC铺设在需要监测的结构层表面，测得各电极间的初始电阻R0，实时在线测量各电极间的电阻R，计算电阻值的变化△R=R-R₀，通过各条通路上电阻变化率的变化，识别应力应变的大小，进而确损伤的程度和发生的具体位置。

6.一种自监测智能织物增强混凝土的制作方法，其特征在于，步骤包括：

（1）根据结构测试需要，在一根碳纤维束上或多根碳纤维束上成对布置分布式点电极；

（2）涂上事先配好的环氧树脂、固化剂和丙酮按一定比率混合而成的树脂溶液,使树脂预浸到纤维中,待常温下24h后树脂基本凝固；

（3）将高性能混凝土浇注在底模上，将织物网放在混凝土上，与边模尽量平行，在底层边模的相应位置上安装第二层边模，在织物网上浇注第二层混凝土；

（4）依次操作达到要求铺设的织物层数，养护至龄期，制成智能织物增强混凝土。

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