CN209372149U - 梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块，包括表面控温层、热量缓冲层和内部结晶层，所述内部结晶层上铺设热量缓冲层，热量缓冲层上铺设表面控温层；内部结晶层为导电混凝土层且其内置电阻应变片和导线，所述内部结晶层的侧表面设置正电极和负电极，电阻应变片的输入端和输出端分别通过导线与正电极和负电极连接；热量缓冲层为掺杂低导热率物质的导电混凝土层；所述表面控温层为高吸收率物料层或者高反射率物料层。在混凝土前期浇筑过程中避免温度影响减少裂缝和后期能够对混凝土结构进行实时、连续的健康监测可及时发现早期损伤及裂缝并采取相应的补强措施，显著地提高结构性能，减少维修成本，延长结构寿命并提高结构安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及混凝土技术领域，特别是内掺提高保温性能和导电性能的智能混凝土及机敏自监测智能混凝土应用。
背景技术
随着我国现代化进程的迅猛推进，城市规模不断扩张，房屋、道路、桥梁、大坝等建筑设施大量修建，现浇混凝土的应用也越来越广泛。普通建筑结构的设计服役期长达50年，而对于桥梁、大坝等重要基础设施的设计寿命往往在100年以上。现浇混凝土在冬季施工与夏季施工受到温度影响会对混凝土建筑的结构性能有较大影响。
在炎热的夏季，为赶工期抢进度，难免会遇到高温问题，在烈日暴晒下，模板上温度高达45℃以上，再加上风的影响及太阳光的辐射，表面自由水分蒸发速度很快，大大增加了混凝土的干燥速度。在混凝土还处于硬化前的塑性阶段，失水过多造成的混凝土绝对体积变小，毛细空隙中自由水溢出而出现不规则的表面干燥裂缝。随着混凝土硬化过程的进展，密封的混凝土内部相对湿度逐渐降低，在炎热天气导致孔隙内部湿度小于80%而产生负压力，若不及时补充水分便会内部产生微裂缝。
在冬季由于低温影响混凝土硬化速率较慢，在混凝土浇筑后的1至2小时内当混凝土尚未凝固期间由于混凝土浇筑后收缩下沉沿钢筋的走向在混凝土表面产生裂缝。当混凝土内外温差较大时，特别是在水泥水化速率高峰期会产生冷缩裂缝。
在正常服役期内，混凝土结构带裂缝工作具有一定普遍性。这些裂缝会为氯离子侵蚀钢筋提供途径，从而影响到结构的耐用性，结构退化过程常伴随着混凝土材料中空隙的增大、微裂纹和裂缝扩张，当混凝土产生0.2-0.4mm的裂缝时，会导致机体内应力状态恶化，降低混凝土承载力。
如果在施工前期尽可能地减少产生的裂缝和在裂缝产生时进行及时的诊断，对混凝土结构进行实时、连续的健康监测可及时发现早期损伤及裂缝并采取相应的补强措施，则能够显著地提高结构性能，减少维修成本，延长结构寿命并提高结构安全性。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是混凝土在前期浇筑过程中由于受到环境温差的影响产生的裂缝，以及这些裂缝和后期在使用过程中产生的裂缝损伤检测实验复杂、费用高、影响交通，影响建筑的使用寿命以及安全性。
为了解决上述问题，本实用新型技术方案为：梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块，包括表面控温层、热量缓冲层和内部结晶层，所述内部结晶层上铺设热量缓冲层，所述热量缓冲层上铺设表面控温层；所述内部结晶层为导电混凝土层且其内置电阻应变片和导线，所述内部结晶层的侧表面设置正电极和负电极，所述电阻应变片的输入端和输出端分别通过导线与正电极和负电极连接；所述热量缓冲层为掺杂低导热率物质的导电混凝土层；所述表面控温层为高吸收率物料层或者高反射率物料层。
进一步的，所述表面控温层的厚度范围为0.5cm-1.5cm。
进一步的，所述热量缓冲层的厚度范围为3cm-5cm。
进一步的，所述内部结晶层的厚度范围为10 cm -15cm。
进一步的，所述导电混凝土层为掺杂高导电性物质的智能混凝土层。
进一步的，所述内部结晶层下方铺设热量缓冲层。
进一步的，包括光纤探头、第一光纤和第二光纤，所述光纤探头的输入端和输出端分别与第一光纤和第二光纤连接， 所述光纤探头、第一光纤和第二光纤均内置在内部结晶层，所述第一光纤和第二光纤的非连接端伸出内部结晶层。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：在混凝土前期浇筑过程中避免温度影响减少裂缝和后期能够对混凝土结构进行实时、连续的健康监测可及时发现早期损伤及裂缝并采取相应的补强措施，显著地提高结构性能，减少维修成本，延长结构寿命并提高结构安全性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
其中，1-表面控温层，2-热量缓冲层，3-内部结晶层，4-第一光纤，5-第二光纤，6-光纤探头，7-正电极，8-负电极，9-导线，10-电阻应变片。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块，包括表面控温层1、热量缓冲层2和内部结晶层3，所述内部结晶层3上铺设热量缓冲层2，所述热量缓冲层2上铺设表面控温层1；所述内部结晶层2为导电混凝土层且其内置电阻应变片10和导线9，所述内部结晶层3的侧表面设置正电极7和负电极8，所述电阻应变片10的输入端和输出端分别通过导线与正电极7和负电极8连接；所述热量缓冲层2为掺杂低导热率物质的导电混凝土层；所述表面控温层1为高吸收率物料层或者高反射率物料层。优选的，低导热率物质采用纳米气凝胶，其具有较好的隔热性。
在具体实施中，优选的，所述表面控温层的厚度范围为0.5cm-1.5cm，最佳的，所述表面控温层厚度为1cm。所述热量缓冲层的厚度范围为3cm-5cm。所述内部结晶层的厚度范围为10 cm -15cm。
寒冷的冬天铺设高吸收率物料层，尽可能的吸收太阳光热，炎热的夏天铺设高反射率物料层，抵挡太阳光热；通过表面控温层减少混凝土表层与内部的温差，防止在混凝土浇筑硬化过程中由温差带来的裂缝。
通过热量缓冲层对缓冲热量传导，防止混凝土因外界温度变化大造成的热胀冷缩，减少裂纹产生的几率，提高混凝土的结构稳定性。
本实用新型通过设置表面控温层和热量缓冲层实现对内部结晶层进行梯度控温，使得内部结晶层尽量少受高温、低温和温度变化大的影响而产生裂缝。
通过电阻应变片来实时监测内部结晶层是否发生了裂缝，在裂缝产生时进行及时的诊断，对混凝土结构进行实时、连续的健康监测可及时发现早期损伤及裂缝并采取相应的补强措施。
所述导电混凝土层为掺杂高导电性物质的智能混凝土层。智能混凝土层又称“机制砂自密实混凝土”，高导电性物质优选为石墨或者碳纤维。
为了使得内部结晶层内外温度差值尽可能小， 所述内部结晶层下方铺设热量缓冲层，有利于内部结晶层的底面受到基体温度的影响。
所述梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块的模型可根据实际需求放大或缩小尺寸比例。
在上述具体实施例的基础上，梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块，还包括光纤探头6、第一光纤4和第二光纤5，所述光纤探头6的输入端和输出端分别与第一光纤4和第二光纤5连接， 所述光纤探头6、第一光纤4和第二光纤5均内置在内部结晶层3，所述第一光纤4和第二光纤5的非连接端伸出内部结晶层3。
光纤可作为光的传播载体, 研究表明, 当光在光纤中进行传播时, 光纤所处环境 (气温、应力) 会对其传播特性 (频率、光强、相位、偏振态) 造成较大影响。在大体积混凝土施工过程中，水泥的水化作用会放出大量热量，由于混凝土体积过大，水化热不能迅速传到到表面，常常因此产生温度裂缝。因此可通过在混凝土中植入光纤探头，分析其内部温度变化情况，为混凝土的养护提供依据。此外，混凝土内部的应力、变形情况发生变化时光纤也会随之发生变化，此时可通过光在其中的传播特性反应混凝土的应力、变形及裂缝情况，为其维修加固提供指导。
在现场施工时，首先浇筑一层导电混凝土，每隔三米，中间位置放置电阻应变片10和光纤传感器6，放置好后在浇筑一层导电混凝土，组成厚约10-15cm的内部结晶层；接下来进行热量缓冲层2的浇筑，按照导电混凝土中掺杂低导热率物质混合均匀搅拌后浇筑在内部结晶层外部，厚度约3cm-5cm；最后如果在夏天或温度较高的环境中施工，采用高反射率的涂料厚度约1cm，铺设在热量缓冲层上，在冬天或温度较低的环境中施工铺设高吸收率的涂料。
在混凝土完全硬化投入使用时，测试和分析混凝土内部输出的电信号和光信号，转化为温度和应变力数据，稳定后以此为参考标准，实时测测混凝土内部环境变化，待损伤达到一定程度时时可自动启动预警提醒，及时对建筑进行维护和维修。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (7)
1.梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块，其特征在于：包括表面控温层、热量缓冲层和内部结晶层，所述内部结晶层上铺设热量缓冲层，所述热量缓冲层上铺设表面控温层；所述内部结晶层为导电混凝土层且其内置电阻应变片和导线，所述内部结晶层的侧表面设置正电极和负电极，所述电阻应变片的输入端和输出端分别通过导线与正电极和负电极连接；所述热量缓冲层为掺杂低导热率物质的导电混凝土层；所述表面控温层为高吸收率物料层或者高反射率物料层。
2.如权利要求1所述的梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块，其特征在于：所述表面控温层的厚度范围为0.5cm-1.5cm。
3.如权利要求1所述的梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块，其特征在于：所述热量缓冲层的厚度范围为3cm-5cm。
4.如权利要求1所述的梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块，其特征在于：所述内部结晶层的厚度范围为10 cm -15cm。
5.如权利要求1所述的梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块，其特征在于：所述导电混凝土层为掺杂高导电性物质的智能混凝土层。
6.如权利要求1所述的梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块，其特征在于：所述内部结晶层下方铺设热量缓冲层。
7.如权利要求1-6任意一项所述的梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块，其特征在于：包括光纤探头、第一光纤和第二光纤，所述光纤探头的输入端和输出端分别与第一光纤和第二光纤连接， 所述光纤探头、第一光纤和第二光纤均内置在内部结晶层，所述第一光纤和第二光纤的非连接端伸出内部结晶层。
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| CN109916450A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-06-21 | 河海大学 | 梯度控温导电预警机敏智能混凝土模块 |
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