CN106995287A - 一种高强智能环氧混凝土及其制备方法与应用 - Google Patents

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王欣
徐从俊
刘荣桂
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Abstract

本发明提出一种高强智能混凝土，包括环氧树脂、固化剂、导电微粒以及砂，环氧树脂、固化剂、导电微粒以及砂的重量配比为1:(0.33‑0.66)：(0.33‑0.66):(3‑4)；一种制备所述高强智能混凝土的方法以及使用高强智能混凝土制作的传感器，所述传感器包括由所述智能环氧混凝土浇筑的预制件，以及设置在所述预制件上的至少两个电极。本发明所述智能环氧混凝土具有很高的比强度和良好的弹性，传感器具有良好的导电性和压阻效应。

Description

一种高强智能环氧混凝土及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种高强智能环氧混凝土及其制备方法与应用，特别是涉及一种复合材料及以其为主要构件制作的监测结构应变和损伤状况的装置，以及该复合材料在监测结构的应力、应变和损伤上的应用。
背景技术
长期大荷载情况下，混凝土达到极限应力状态而导致局部破坏，这些破坏往往发生在隐蔽处，很难及时发现，若不及时修复，往往导致诸如垮塌等恶性事故，危及广大人民群众的财产和生命安全。
目前，混凝土监测方法主要是回弹法，超声波脉冲法，超声波回弹综合法，以及肉眼观察法，但是这些方法在实际工程中具有很大的局限性，比如有离线，精度低，稳定性差和成本高等缺点，难于实时准确的测量混凝土关键部位的应力状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自感知特性的高强智能混凝土及其制备方法与应用，在不同应力状态下，智能环氧混凝土中的导电粒子形成不同的导电通路，从而使智能环氧混凝土具有不同的电阻率。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高强智能环氧混凝土，包括环氧树脂、固化剂、导电微粒以及砂，环氧树脂、固化剂、导电微粒以及砂的重量配比为1:(0.33-0.66)：(0.33-0.66):(3-4)。
进一步，所述固化剂选自以下物质中的至少一种：593固化剂、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺、聚酰胺650。
进一步，所述导电微粒选自以下物质的至少一种：碳粉、铜粉、银粉、短切碳纤维、短切钢纤维。
一种制备所述高强智能环氧混凝土的方法，包括以下步骤：
(1)将环氧树脂和导电微粒在常温下搅拌均匀，得到预混物A；
(2)将固化剂与所述预混物A混匀，得到预混物B；
(3)将砂倒入预混物B中，充分搅匀，养护后即获得所述高强智能环氧混凝土。
一种用所述高强智能环氧混凝土制作的传感器，包括由所述智能环氧混凝土浇筑的预制件，以及设置在所述预制件上的至少两个电极。
进一步，两个网状电极分别嵌入预制件的受压端，并用导线引出。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)智能环氧混凝土具有高强特性，强度可以达到80MPa，相比于普通混凝土强度高很多；(2)制备高强智能环氧混凝土的方法工艺简单、方便，具有广阔的应用前景和良好的经济效益；(3)智能环氧混凝土传感器的测量原理简单可靠，在应力应变作用下，智能环氧混凝土电阻发生变化，通过监测智能环氧混凝土传感器电阻即可得到对应的应力应变状态；智能环氧混凝土传感器具有自防水特性，现有测试技术主要为电学测试，电学测量对防水要求高，本发明中环氧树脂为传感器的主要成分之一，环氧树脂具有憎水特性，因此本发明不需要其他防水措施，具有自防水特性；智能环氧混凝土传感器能够对混泥土结构进行全生命周期的监测，由于智能环氧混凝土具有高强度，晚于混泥土结构物发生破坏，因此能够对结构物全生命周期进行监测；可以对多个监测点同时进行应力监测，可按照监测需求在多个点监测，实现区域性整体实时应力监测。
附图说明
图1为实施例1智能环氧混凝土弹性段应力应变曲线图；
图2为实施例1智能环氧混凝土弹性段应力电阻率曲线图；
图3为实施例2智能环氧混凝土应力应变曲线图；
图4为实施例2智能环氧混凝土应力电阻率曲线图；
图5为智能环氧混凝土传感器结构示意图；
图6为智能环氧混凝土传感器安装示意图。
具体实施方式
容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
本发明所提供的具有自感知特性的高强智能环氧混凝土，包括环氧树脂、固化剂、导电微粒以及砂，环氧树脂、固化剂、导电微粒以及砂的重量配比为1:(0.33-0.66)：(0.33-0.66):(3-4)。
制备具有自感知特性的高强智能环氧混凝土的方法，包括以下步骤：
(1)将30重量份的环氧树脂和10-20重量份的导电微粒在常温下搅拌均匀，得到预混物A；
(2)将10-20重量份的固化剂与所述预混物A混匀，得到预混物B；
(3)将90-120中砂倒入预混物B中，充分搅匀，养护后即制的具有自感知特性的高强智能环氧混凝土。
其中，所述固化剂选自以下物质中的至少一种，但不局限于以下物质：593、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺、聚酰胺650。
其中，所述导电微粒选自以下物质的至少一种，但不局限于以下物质：碳粉、铜粉、银粉、短切碳纤维、短切钢纤维等。
实施例1
高强智能环氧混凝土制备方法，包括以下步骤：
(1)将30重量份的环氧树脂和15重量份的碳粉，在常温下搅拌均匀，得到预混物A；
(2)将10重量份的固化剂593与预混物A混匀，得到预混物B；
(3)将120中砂倒入预混物B中，充分搅匀，养护即制的具有自感知特性的智能环氧混凝土。
上述制得的环氧混凝土具有高强特性，实测抗压强度为48.95MPa，强度约为常用混凝土C25抗压强度的两倍，取抗压强度的30％为弹性段，弹性段应力应变曲线如图1所示。同时，上述环氧混凝土具有很好的压阻效应，弹性段电阻变化率达到了95％，应力电阻率曲线经过线性拟合，如图2所示，线性度达到0.9965。
实施例2
采用与实施例1相同的方法制备环氧混凝土，其与实施例1的不同之处在于原料的重量份不同，具体在于：实施例2制备的智能环氧混凝土的原料重量份如下：环氧树脂为30重量份，固化剂593为10重量份，碳粉为15重量份，中砂为90重量份。
采用上述方法制的智能环氧混凝土性能优良，实测抗压强度为54.3MPa，应力应变曲线如图3所示。试块受压从初始到破坏，电阻变化率达到80％，应力电阻率曲线经过线性拟合，如图4所示，线性度达到0.9786。
实施例3
本实施例3制备的智能环氧混凝土的各组份重量份如下：环氧树脂为30重量份，固化剂聚酰胺650为20重量份，铜粉为20重量份，中砂为105重量份。
将上述质量份的环氧树脂、聚酰胺650、铜粉、中砂搅拌均匀后，得到该智能环氧混凝土。
实施例4
本实施例4制备的智能环氧混凝土的各组份重量份如下：环氧树脂为30重量份，固化剂乙二胺为15重量份，短切碳纤维为10重量份，中砂为105重量份。将上述质量份的环氧树脂、乙二胺、短切碳纤维、中砂搅拌均匀后，得到该智能环氧混凝土。
实施例5
本实施例5制备的智能环氧混凝土的各组份重量份如下：环氧树脂为30重量份，固化剂二乙烯三胺为20重量份，短切碳纤维为15重量份，中砂为120重量份。
将上述质量份的环氧树脂、乙二胺、短切碳纤维、中砂搅拌均匀后，得到该智能环氧混凝土。
结合1和图2，经过初步实验验证，智能环氧混凝土具有很高的比强度，具有良好的弹性，以及良好的导电性和压阻效应等传感性能，把所述智能混凝土用在具体结构上，既可以作为受力材料，同时又可以起到传感材料的作用，来监测结构内部的应力应变状态和损伤状况。因此，本发明以智能环氧混凝土材料作为基础，制作成一种可以监测混凝土结构物的应力、应变和损伤的智能环氧混凝土传感器，该传感器包括智能环氧混凝土预制件，以及设置在智能环氧混凝土预制件上的至少两个电极。
结合图5，为智能环氧混凝土传感器一个实施例，智能环氧混凝土制得方形的环氧混凝土预制件2，在浇筑预制件时在预制件受压端分别嵌入一个网状电极4并用导线3引出，即为智能环氧混凝土传感器1。结合图6，在混凝土结构件需要监测部位预埋图5所述智能环氧混凝土传感器1。环氧混凝土预制件2可以更具使用环境制作成不同的形状。所述电极4可以设置在智能环氧混凝土预制件两端，或者设置在智能环氧混凝土预制件的中部，或者分别设置在智能环氧混凝土预制件端部和中部。
使用时，或者使用前，将所述传感器设置在待检测的混凝土结构物中，在混凝土结构物受外力改变的情况下，混凝土结构物的应力、应变也发生变化，从而使具有自感知特性的智能环氧混凝土传感器的电阻发生变化。基于这一特性，通过电极测量并分析智能环氧混凝土传感器的电阻，得到对应的混凝土应力状态，通过分析混凝土应力状态判断混凝土结构是否需要加固或者拆除。智能环氧混凝土传感器无需对安装位置进行限制，只需要在监测的点预先安装智能环氧混凝土传感器即可。若整个结构物都采用智能环氧混凝土，那么只需要在监测的点预埋电极即可得到对应的应力应变状态。
所述智能环氧混凝土传感器1还可以根据应力的监测要求，布设由多个智能环氧混凝土传感器1组成的应力监测系统。通过监测智能环氧混凝土传感器电阻值，分析得到传感器对应位置的应力状态。根据结构应力和损伤状态，制定和实施相对应的加固或者拆除方案。

Claims (6)

1.一种高强智能环氧混凝土，其特征在于，包括环氧树脂、固化剂、导电微粒以及砂，环氧树脂、固化剂、导电微粒以及砂的重量配比为1:(0.33-0.66)：(0.33-0.66):(3-4)。
2.如权利要求1所述高强智能环氧混凝土，其特征在于，所述固化剂选自以下物质中的至少一种：593固化剂、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺、聚酰胺650。
3.如权利要求1所述高强智能环氧混凝土，其特征在于，所述导电微粒选自以下物质的至少一种：碳粉、铜粉、银粉、短切碳纤维、短切钢纤维。
4.制备权利要求1至3所述高强智能环氧混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将环氧树脂和导电微粒在常温下搅拌均匀，得到预混物A；
(2)将固化剂与所述预混物A混匀，得到预混物B；
(3)将砂倒入预混物B中，充分搅匀，养护后即获得所述高强智能环氧混凝土。
5.一种用权利要求1至3所述高强智能环氧混凝土制作的传感器，其特征在于，包括由所述智能环氧混凝土浇筑的预制件，以及设置在所述预制件上的至少两个电极。
6.如权利要求5所述传感器，其特征在于，两个网状电极分别嵌入预制件的受压端，并用导线引出。
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