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Abstract

本发明涉及一种或多种受压变色材料，将该材料掺入混凝土中，使混凝土在不同的压应力作用下产生不同的颜色，即具有受压变色的智能特性，直观地从混凝土颜色来判断混凝土结构所受应力水平，用于土木工程结构的健康监测与控制。

Description

一种受压变色混凝土及其制备方法
技术领域
本发明专利涉及一种受压变色混凝土及其制备方法。
背景技术
1、变色材料的种类
变色现象是指物质在外界环境作用下而产生的一种对光反应的改变。这种现象普遍存在于自然界。人们对它感兴趣的是一种可逆的变色现象，利用材料的变色性做成的器件称为变色材料。在外界激发源（光、热、电等）的作用下，一种物质或一个体系发生颜色明显变化的现象称为变色性。在气体、液体或固体中都可以观察到变色性。
按照材料的类型可分为：无机变色材料和有机变色材料。
按材料受到的刺激方式分为：光致变色、热致变色、电致变色、受压变色和其它变色。
2、受压变色材料
受压变色材料目前仅制成涂层，涂刷在其他材料表面。
受压变色涂层可以在受到压力或压力变化时改变自身的颜色，这种性质是受压变色材料发生相变产生的。受压变色涂层较多的应用在智能监测系统。例如，在负重吊索外涂覆一层受压变色涂层后，当吊索的载重达到或超过警戒重量时，吊索出现颜色变化警告使用者以避免危险事故；近来，欧洲开始研发带有受压变色涂层的纤维织物，由这些织物制作成的游泳衣、内衣、运动服或其他衣物可以提醒使用者将对人体的压力控制在一定合理范围。
受压变色材料包括金属化合物、有机小分子（例如N–亚水杨基–2–氯苯胺）以及有机铜络合物（如乙烯基二胺铜络合物）等。金属化合物如硫化钐(SmS)是一种非常重要的受压变色材料，在比较低的压强下(0.65GPa)能呈现出急剧的光学变换。随着压力的增加，硫化钐由黑色变为金黄色，加热则使颜色逆向变化。有机铜络合物双四丙铵基六溴二铜酸(Bis(tetrapropy1ammo-nium)Hexabromodicuprate(Ⅱ))有两种相：高温相和低温相，其中高温相是亚稳定相。双四丙铵基六溴二铜酸涂层在很小的压力下就转变成稳定的低温相呈现绿色，在90℃的时候该涂层变成橘红色。
3、智能混凝土的研究现状
智能混凝土的发展是随着社会的进步，人们对建筑物舒适性和安全要求越来越高而产生的.智能材料，指的是“能感知环境条件，做出相应行动”的材料.智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料.根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性.当然，以当下的研究水平制备完善的智能混凝土还具有很大困难.但是近年来一系列单一功能智能混凝土的相继出现，为智能混凝土的研究打下了坚实的基础.智能混凝土定义起源于上个世纪80年代，自从问世以来，得到广大专家的青睐.研究工作持续没有间断.但是截止到目前为止，智能混凝土尚处于研发阶段，在土木工程各领域中尚没有大规模的应用.只在少量有特别要求的建筑中有个别的应用。
实现混凝土智能化的基本思路，是在混凝土中加入智能组分，使之具有智能效果。目前国内外智能混凝土的研制开发主要集中在以下几个方面。
（1）电磁场屏蔽混凝土
在混凝土中掺入碳、石墨、铝和铜等材料制成的导电粉末和导电纤维，使混凝土具有吸收和屏蔽电磁波的功能，消除或减轻各种电器、电子设备、电力设施等的电磁泄露对人体健康的危害。
（2）交通导航混凝土
在混凝土中掺入碳纤维等材料，使混凝土具有反射电磁波的功能，用这种混凝土作为车道两侧的导航标记，将来电脑控制的汽车可自动确定行车路线和速度，实现高速公路的自动导航。
（3）自愈合混凝土
将含有粘结剂的空心玻璃纤维或胶囊掺入混凝土中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂隙，空心玻璃纤维或胶囊中粘结剂流向开裂处，使混凝土重新粘结起来，起到损伤自愈合的效果。
（4）损伤自诊断混凝土
在混凝土中掺入碳纤维等材料，混凝土将具有自动感知内部应力、应变和损伤程度的功能。混凝土本身成为传感器，实现对构件或结构变形、断裂的自动监测。
4、混凝土损伤诊断
许多研究者在进行混凝土结构健康监测技术研究，健康监测系统的关键就在于损伤检测。随着计算机处理技术、传感器优化技术、信息采集技术、智能算法等的发展，现代结构损伤检测的方法有很多，都有其各自的特点，其主要可以分为以下3类：
（1）传统局部检测方法。它指在不破坏混凝土内部结构和使用性能的情况下，利用目测法声波、超声波法、电磁波法、声发射法、脉冲回波法、磁粒子法等，测定混凝土的裂缝位置、钢筋锈蚀等缺陷。该方法需要检查人员预先知道结构的局部损伤位置，不能实现整体损伤检测，适用范围有限。
（2）静力试验方法。该方法是通过给结构施加静力荷载，建立静力平衡方程，根据实测结果（静力响应等）得到静力参数（结构刚度、位移、应变、材料参数如弹性模量、惯性矩等），在单元层次上，利用上述参数的残差分析来识别损伤。静力试验测试结果大多较为准确,是目前普遍采用的方法之一。但是试验加载繁琐、笨重，工作量大，试验时间长，而且很容易对结构造成破坏，影响其正常使用。
（3）动力试验方法。这种诊断方法的基本原理是对结构进行基于动力学理论的动力测试，提取并对比分析结构损伤前后的动力指纹（特征频率值、振型曲线、模态刚度、阻尼等参数），从而确定结构的损伤状态和位置。它能够反映结构的整体性能工作量相对较小、测试时间短，但极易受到外界测试环境的影响。
由此可见，目前的混凝土损伤检测技术工作量大、准确性差，理论不完善。
用于混凝土的受压变色材料应具有的几个基本特性
1、具有压敏变色特性，其颜色与所受应力之间有可逆性。即在某一个压应力水平下呈现某一颜色，压应力增大时变成另一种颜色；当压应力降低至原来的水平时，又能恢复至原来的颜色；
2、掺入混凝土后能稳定存在，且对混凝土和易性、基本力学性能和耐久性不产生负面影响；
3、掺入混凝土后使混凝土具有受压变色特性；
4、掺量不能过大，经济性强，以便应用推广。
发明内容
本发明专利的目的在于提供一种能够实现上述目的一种受压变色混凝土及其制备方法：
一种受压变色混凝土，其特征在于由以下组分组成，水泥150-350份，粉煤灰30-80份，矿渣粉30-80份，砂子640-800份，石子1000-1200份，水164份，减水剂4-11份，压敏变色材料4-10份。
所述水泥为符合《通用硅酸盐水泥》（GB175）要求的水泥。
所述粉煤灰为符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）要求的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。
所述矿渣粉符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046）要求的磨细矿渣粉。
所述砂子为符合《建设用砂》（GB/T14684）要求的建设用砂。
所述石子为符合《建设用卵石、碎石》（GB/T14685）要求的建设用石子。
所述水为符合《混凝土用水标准》（JGJ63）要求的水。
所述减水剂选自符合《混凝土外加剂》（GB8076）要求的萘系高效减水剂或聚羧酸高效减水剂。
所述压敏变色材料选自N–亚水杨基–2–氯苯胺或乙烯基二胺铜络合物。
上述材料混合均匀既得。
粒化高炉矿渣是高炉冶炼生铁时，将浮在铁水表面的熔融物经水淬等急冷处理而成的松散颗粒，其主要化学成分是CaO、SiO2、Al2O3和少量MgO、Fe2O3。急冷的矿渣结构为不稳定的玻璃体，具有较大的化学潜能，其主要活性成分是活性SiO2和活性Al2O3。常温下能与Ca(OH)2反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等具有水硬性的产物，从而产生强度。
磨细矿渣是将粒化高炉矿渣经磨细而成的粉状掺合料。磨细矿渣粉可以等量取代水泥，使混凝土的多项性能得以显著改善，如大幅度提高混凝土强度、提高混凝土耐久性和降低水泥水化热等。《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046—2008)规定，矿渣粉根据28d活性指数(%)分为S105、S95和S75三个级别，工程上最常用的是S95级）。
有益效果：
压敏变色混凝土本质上是能用于普通工程的混凝土，其性能要求与普通混凝土相同，常见性能指标有和易性、抗压强度、抗折强度、碳化、抗渗性、抗冻性、抗氯离子渗透性、抗硫酸侵蚀性、碱骨料反应膨胀危害性等。压敏变色混凝土只是比普通混凝土多了压敏变色材料这一组分，当压敏变色材料掺入混凝土后，对混凝土性能不会产生负面影响，最重的是这种混凝土受压时，混凝土的外观颜色将随所受压力的不同而发生变化，技术人员根据混凝土颜色不同来诊断混凝土的损伤程度，这一技术将完全推翻目前混凝土损伤诊断技术。在何种应力水平混凝土呈现出何种颜色还需要大量试验来验证。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
一种受压变色混凝土，其特征在于由以下组分组成，水泥150-350份，粉煤灰30-80份，矿渣粉30-80份，砂子640-800份，石子1000-1200份，水164份，减水剂4-11份，压敏变色材料4-10份。典型的混凝土配合比详见表1
所述水泥为符合《通用硅酸盐水泥》（GB175）要求的水泥。
所述粉煤灰为符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）要求的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。
所述矿渣粉符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046）要求的磨细矿渣粉。
所述砂子为符合《建设用砂》（GB/T14684）要求的建设用砂。
所述石子为符合《建设用卵石、碎石》（GB/T14685）要求的建设用石子。
所述水为符合《混凝土用水标准》（JGJ63）要求的水。
所述减水剂选自符合《混凝土外加剂》（GB8076）要求的萘系高效减水剂或聚羧酸高效减水剂。
所述压敏变色材料选自N–亚水杨基–2–氯苯胺或乙烯基二胺铜络合物。
本发明所制得的受压变色混凝土生产与养护方法与普通混凝土相同，简单实用。
表1受压变色混凝土典型配合比
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种受压变色混凝土，其特征在于由以下组分组成;水泥150-350份，粉煤灰30-80份，矿渣粉30-80份，砂子640-800份，石子1000-1200份，水164份，减水剂4-11份，压敏变色材料4-10份。
2.如权利要求1所述的一种受压变色混凝土，其特征在所述水泥为符合《通用硅酸盐水泥》（GB175）要求的水泥。
3.如权利要求1所述的一种受压变色混凝土，其特征在所述粉煤灰为符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）要求的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。
4.如权利要求1所述的一种受压变色混凝土，其特征在所述矿渣粉符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046）要求的磨细矿渣粉。
5.如权利要求1所述的一种受压变色混凝土，其特征在所述砂子为符合《建设用砂》（GB/T14684）要求的建设用砂。
6.如权利要求1所述的一种受压变色混凝土，其特征在所述石子为符合《建设用卵石、碎石》（GB/T14685）要求的建设用石子。
7.如权利要求1所述的一种受压变色混凝土，其特征在所述水为符合《混凝土用水标准》（JGJ63）要求的水。
8.如权利要求1所述的一种受压变色混凝土，其特征在所述减水剂选自符合《混凝土外加剂》（GB8076）要求的萘系高效减水剂或聚羧酸高效减水剂。
9.如权利要求1所述的一种受压变色混凝土，其特征在所述压敏变色材料选自N–亚水杨基–2–氯苯胺或乙烯基二胺铜络合物。
10.一种制备如权利要求1-8所述的受压变色混凝土的制备方法，其特征在于将上述材料混合均匀既得。
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