JP7029866B2 - Corrosion-driven smart fiber and its preparation method and application - Google Patents
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Description
本発明は、腐食駆動型スマート繊維及びその調製方法及び応用に関し、土木工学の技術分野に属する。 The present invention belongs to the technical field of civil engineering with respect to corrosion-driven smart fibers and methods and applications thereof.
コンクリート材料は現在、世界最大かつ最も広く使用されている人工建材であるが、脆性、低引張強度、低極限伸びなどの独自の材料の欠点により、使用中や周囲の環境の影響を受けて、ひび割れや局部的な損傷が発生しやすく、空気、水、塩化物イオンなどの腐食性媒体がひび割れに沿って構造内部に侵入し、棒鋼を腐食させ、工学構造の耐用年数を短縮し、構造物の安全性を危険にさらす。工学建設技術の継続的な革新により、油圧ダム、鉄道工学、高速道路橋、港湾および海洋工学、トンネルおよび鉱山工学、パイプライン工学、原子力工学などは、コンクリートの性能に対してより高い要件を提唱している。そのため、繊維補強コンクリートが誕生しており、繊維を投入してひび割れの発生を防止・抑制し、その発達により、コンクリートの耐亀裂性能、靭性、不浸透性能を向上させることができる。 Concrete materials are currently the world's largest and most widely used artificial building materials, but due to the shortcomings of unique materials such as brittleness, low tensile strength and low extreme elongation, they are affected by the environment during use and the surrounding environment. Prone to cracks and local damage, corrosive media such as air, water and chloride ions can penetrate inside the structure along the cracks, corroding steel bars, shortening the useful life of engineering structures and structures. Risk your safety. With continuous innovation in engineering and construction technology, hydraulic dams, railroad engineering, highway bridges, harbor and marine engineering, tunnel and mining engineering, pipeline engineering, nuclear engineering, etc. advocate higher requirements for concrete performance. is doing. Therefore, fiber reinforced concrete has been born, and fibers can be added to prevent / suppress the occurrence of cracks, and the development of the fibers can improve the crack resistance, toughness, and impermeability of concrete.
しかし、コンクリートの伸びや強度が低いという欠点があるため、炭素繊維や鋼繊維などの高強度・高弾性率繊維を使用しても脆性亀裂の問題を解決することは困難であるが、低弾性率の有機繊維は、この問題を解決するのがより困難である。主な理由は、温度や湿度の変化、不均一な沈下、外部荷重の作用でコンクリート構造物にひびが入ると、繊維の応力が小さくなり、それ自体の強度にはほど遠いためであり、ひび割れ応力の増加に伴い、微視的な亀裂はさらに増加し、拡大している。したがって、繊維の投入は、小さな亀裂応力範囲内で、コンクリートの耐亀裂性能を向上させ、亀裂幅を縮小することしかできず、亀裂が発生すると、繊維は亀裂を修復および復帰させることができない。ひび割れが時間内に復帰できなければ、元のマイクロひび割れがマクロひび割れに発展し、腐食性媒体がこれらのひび割れから建物に入り、棒鋼をすばやく腐食して、建物の安全性と耐用年数に影響を与える。 However, due to the drawback of low elongation and strength of concrete, it is difficult to solve the problem of brittle cracks even by using high-strength and high elastic modulus fibers such as carbon fiber and steel fiber, but low elasticity. The rate of organic fiber is more difficult to solve this problem. The main reason is that when the concrete structure cracks due to changes in temperature and humidity, uneven subsidence, and the action of external loads, the stress of the fibers becomes small, far from its own strength, and crack stress. As the number of cracks increases, the microscopic cracks further increase and expand. Therefore, the introduction of fibers can only improve the crack resistance of concrete and reduce the crack width within a small crack stress range, and when cracks occur, the fibers cannot repair and restore the cracks. If the cracks cannot be restored in time, the original microcracks will develop into macro cracks, and corrosive media will enter the building through these cracks and quickly corrode the steel bars, affecting the safety and service life of the building. give.
コンクリートのひび割れの修復は、学術界や工学界で常に関心と研究のホットスポットであり、コンクリートのひび割れが発生すると、手作業による検査と修復だけで、高い技術的要件だけでなく、実施が難しく、操作が面倒である。そのため、自己修復コンクリートが誕生しており、関連する国内外の文献にあるセメントコンクリートの自己修復方法に関するレポートを見ると、現在、３つの主要なカテゴリがある。
１．１結晶沈着法
修復メカニズムによると、この方法は、鉱物結晶化沈殿法、セメントベースの浸透結晶化法、および微生物結晶化法の３つの方法に分けられる。
Repairing concrete cracks has always been a hot spot of interest and research in academia and engineering, and when concrete cracks occur, they are difficult to implement, as well as high technical requirements, with only manual inspection and repair. , The operation is troublesome. Therefore, self-healing concrete has been born, and if you look at the reports on self-healing methods of cement concrete in the related domestic and foreign literature, there are currently three main categories.
1.1 Crystallization method According to the repair mechanism, this method can be divided into three methods: mineral crystallization precipitation method, cement-based permeation crystallization method, and microbial crystallization method.
（１）鉱物結晶沈殿法
メカニズム：結晶化沈殿法による亀裂修復の要因の１つは、亀裂水、非水和セメント粒子及びその他の鉱物添加剤（例えば、Ｃ３Ｓ、Ｃ２Ｓ等）が水和し続けて、水和生成物の沈着が生成され、亀裂を修復し、この修復はほとんど効果がないが、支配的な要因は、水溶性ＣＯ２が微溶性のＣａ（ＯＨ）２とＣａＣＯ３の結晶沈殿を生成することにより、亀裂を復帰し封じることである。
(1) Mineral crystal precipitation method Mechanism: One of the factors of crack repair by the crystallization precipitation method is crack water, non-hydrated cement particles and other mineral additives ( for example, C3S , C2S, etc.). Continued hydration produces precipitation of hydration products, repairing cracks, and this repair is of little effect, but the dominant factor is that water-soluble CO 2 is slightly soluble in Ca (OH) 2 . By forming a crystal precipitate of CaCO3, the crack is restored and sealed.
鉱物結晶沈殿法の問題点は、この方法の復帰機能がコンクリートの年齢、亀裂サイズ、数、分布、特定の環境に大きく影響されることであり、復帰期間は長く、年齢の長いコンクリートの復帰機能は基本的に失われ、幅が０．１５ｍｍを超える亀裂は基本的に復帰が困難である。 The problem with the mineral crystal precipitation method is that the recovery function of this method is greatly affected by the age, crack size, number, distribution, and specific environment of the concrete, and the recovery period is long and the recovery function of old concrete is long. Is basically lost, and cracks with a width of more than 0.15 mm are basically difficult to recover.
（２）セメントベースの浸透結晶化法
メカニズム：セメントベースの透過性結晶材料は、通常のポルトランドセメント、石英砂、および活性官能基を持つ化合物で構成され、透過性結晶材料と混合されたコンクリートが乾燥する時、活性官能基は休止状態になり、コンクリートにひび割れ、水が浸透し、ひび割れのＣａ２＋濃度がある程度低下すると、活性官能基が重縮合反応して新しい結晶を形成し、ひび割れは自動的に充填されて迅速に修復される。
(2) Cement-based permeation crystallization method Mechanism: Cement-based permeable crystal material is composed of ordinary Portland cement, quartz sand, and a compound having an active functional group, and concrete mixed with the permeable crystal material is used. When it dries, the active functional group becomes dormant, and when the concrete is cracked and water is infiltrated and the Ca 2+ concentration of the crack decreases to some extent, the active functional group undergoes polycondensation reaction to form new crystals, and the crack is automatic. Filled and quickly repaired.
セメントベースの浸透結晶化法には、亀裂の自己修復幅が限られており、０．４ｍｍ幅を超えるひび割れの修復効果が良くないという問題がある。 The cement-based permeation crystallization method has a problem that the self-repairing width of cracks is limited and the repairing effect of cracks exceeding 0.4 mm width is not good.
（３）微生物結晶化法
メカニズム：微生物修復技術は、特定の無害なバクテリア（好気性好アルカリ性桿菌）をコンクリート材料に投入しており、非破壊コンクリートの内部は高アルカリで無酸素の環境であり、バクテリアは休眠状態にある。コンクリート構造が損傷してひびが入ると、酸素と水の浸透によって細菌の胞子が活性化され、代謝プロセスでＣＯ２が生成され、コンクリート材料のＣａ２＋が反応して炭酸カルシウム結晶を形成し、ひび割れが密閉されて修復される。
(3) Microbial crystallization method Mechanism: Microbial repair technology puts specific harmless bacteria (aerobic alkalophilic bacilli) into concrete material, and the inside of non-destructive concrete is a highly alkaline and oxygen-free environment. , Bacteria are dormant. When the concrete structure is damaged and cracked, the infiltration of oxygen and water activates bacterial spores, the metabolic process produces CO 2 , and the concrete material Ca 2+ reacts to form calcium carbonate crystals. The cracks are sealed and repaired.
微生物結晶化法は、亀裂の自己復帰幅が限られており、０．５ｍｍ未満のひび割れしか修復できず、このタイプの細菌は、作業環境と温度に一定の要件があり、使用時間と寿命は比較的短い（約１年）という問題がある。 The microbial crystallization method has a limited self-healing width of cracks and can only repair cracks of less than 0.5 mm, and this type of bacteria has certain requirements for working environment and temperature, and has a long usage time and longevity. There is a problem that it is relatively short (about one year).
１．２補修剤の充填方法
この方法は、スマートバイオニック自己復帰コンクリートに用い、補修剤担体のタイプに応じてマイクロカプセル法と中空繊維（中空光ファイバーまたは中空糸）法に分けられる。
1.2 Repair agent filling method This method is used for smart bionic self-recovering concrete and can be divided into a microcapsule method and a hollow fiber (hollow fiber optic or hollow fiber) method according to the type of repair agent carrier.
両者が類似する修復メカニズムを有する。補修用接着剤を充填したマイクロカプセル及び中空繊維をコンクリートに注入して、使用中のコンクリート構造に損傷やマイクロクラックが発生すると、クラックが通過したところでマイクロカプセル及び中空繊維が破裂し、クラックから補修剤が流出し、ひび割れに浸透し、コンクリートに分散した触媒と接触して固化・硬化し、ひび割れを素早く密閉し、自己修復を実現する。 Both have similar repair mechanisms. When microcapsules and hollow fibers filled with repair adhesive are injected into concrete and damage or microcracks occur in the concrete structure in use, the microcapsules and hollow fibers burst when the cracks pass and repair from the cracks. The agent flows out, penetrates into the cracks, contacts the catalyst dispersed in the concrete, solidifies and hardens, quickly seals the cracks, and realizes self-repair.
補修剤の充填方法の問題は、この方法は非常に複雑な修復システムであり、修復剤は、有機合成、高分子化学、ファインケミカル産業、マイクロカプセル／中空繊維技術、注入技術などをカバーしており、まだ実験研究段階にあり、多くの問題があり、主に以下のような問題がある。第１に、キャリア投入数の問題があり、数が多すぎると、コンクリート自体の強度に影響し、数が少なすぎると、隙間を埋めることができず、第２に、キャリアの破壊ひずみの問題があり、破壊ひずみが大きすぎると、キャリアが破れないようになり、接着剤が時間内に流出できなくなり、破壊ひずみが小さすぎると、攪拌中にキャリアが壊れやすくなり、接着剤が事前に流出し、第３に、コンクリートマトリックス、補修剤担体と接着剤の適合性、補修剤の長期安定性、ひび割れの流動性、硬化の適時性などの問題がある。 The problem with the repair agent filling method is that this method is a very complex repair system, which covers organic synthesis, polymer chemistry, fine chemical industry, microcapsule / hollow fiber technology, injection technology, etc. , It is still in the experimental research stage, and there are many problems, mainly the following problems. First, there is the problem of the number of carriers input. If the number is too large, it affects the strength of the concrete itself, and if the number is too small, the gap cannot be filled. If the breaking strain is too large, the carrier will not break and the adhesive will not flow out in time, and if the breaking strain is too small, the carrier will break easily during stirring and the adhesive will flow out in advance. Thirdly, there are problems such as concrete matrix, compatibility between the repair agent carrier and the adhesive, long-term stability of the repair agent, fluidity of cracks, and timeliness of curing.
１．３形状記憶合金ドライブクロージャー法（ＳＭＡ法）
この方法は、補修剤充填法と組み合わせて生まれ、理想的な自己修復効果を実現するためには、コンクリートのひび割れ幅を制御しなければならない。そうしないと、多数の修理用キャリアが必要になり、コンクリートの性能に影響を及ぼす。また、コンクリートのひび割れが広すぎると、毛細管の吸引力が低下し、繊維管の上のひび割れが接着剤を吸収しにくくなり、重力の作用で接着剤が継ぎ目に沿って流出し、ひび割れ面に接着剤が少なく、修復効果が低いため、理想的な自己修復効果を得るには、コンクリートのひび割れ幅を制御する必要がある。外部刺激を感じて積極的に変形し、駆動力を発揮できる既存のスマート材料である形状記憶材料には、主に形状記憶合金や形状記憶ポリマーがあるが、記憶ポリマーは変形回復力が小さく、自己復帰駆動には適しておらず、形状記憶合金は、その高強度と大きな復元力により、自己復帰によって駆動することができる。
1.3 Shape memory alloy drive closure method (SMA method)
This method is born in combination with the repair agent filling method, and the crack width of concrete must be controlled in order to achieve the ideal self-healing effect. Otherwise, a large number of repair carriers will be required, which will affect the performance of the concrete. Also, if the cracks in the concrete are too wide, the suction force of the capillaries will decrease, the cracks on the fiber tubes will have difficulty absorbing the adhesive, and the action of gravity will cause the adhesive to flow out along the seams and reach the cracked surface. Due to the low adhesive content and low repair effect, it is necessary to control the crack width of the concrete in order to obtain the ideal self-repair effect. Shape memory materials, which are existing smart materials that can positively deform and exert driving force by feeling external stimuli, mainly include shape memory alloys and shape memory polymers, but memory polymers have a small deformation recovery power. Not suitable for self-recovery drive, shape memory alloys can be driven by self-recovery due to their high strength and large restoring force.
メカニズム：ＳＭＡ法は、コンクリート内部に事前に埋め込まれた形状記憶合金ワイヤーを加熱することにより、それを収縮と変形を刺激し、ひび割れを閉じるための駆動力を提供する。この方法は、構造に予圧力を加えることによってひび割れ幅を積極的に調整するが、これは上記の方法の範囲を超えている。 Mechanism: The SMA method heats a shape memory alloy wire pre-embedded inside the concrete, which stimulates shrinkage and deformation and provides the driving force to close the cracks. This method positively adjusts the crack width by applying prepressure to the structure, which is beyond the scope of the above method.
形状記憶合金の駆動閉鎖法の問題は、形状記憶合金は熱変形可能な材料であるため、合金ワイヤの収縮を刺激するために通電および加熱する必要があり、ひび割れ閉鎖を駆動するには一連のサポート装置が必要であり、ドライブと制御システム全体が複雑で面倒である。ＳＭＡ材料自体の抵抗は大きくないため、通電と加熱には比較的大きな電流が必要であり、電源とワイヤの要件は非常に高くなる。加熱温度は、ＳＭＡの形状回復とコンクリートの力学性能に大きな影響を及ぼす。コンクリートの熱伝導により、ＳＭＡの温度制御は技術的に困難であり、温度が低すぎると、ＳＭＡの駆動が困難になり、過度の加熱と不均一な加熱により、コンクリートの温度亀裂が再び発生する。また、亀裂を駆動し閉じて自己修復を実現するには、大量のＳＭＡを投入する必要があるが、ＳＭＡは通常の鋼の７００倍の高価であり、この点だけで、コンクリートへのＳＭＡ法の適用を抑えるのに十分である。 The problem with the drive closure method of shape memory alloys is that since shape memory alloys are thermally deformable materials, they need to be energized and heated to stimulate shrinkage of the alloy wires, and a series of drives to drive crack closures. Support devices are required, and the entire drive and control system is complex and cumbersome. Since the resistance of the SMA material itself is not high, a relatively large current is required for energization and heating, and the requirements for power supply and wire are very high. The heating temperature has a great influence on the shape recovery of SMA and the mechanical performance of concrete. Due to the heat conduction of the concrete, it is technically difficult to control the temperature of the SMA, if the temperature is too low, it will be difficult to drive the SMA, and overheating and non-uniform heating will cause the concrete to crack again. .. Also, in order to drive and close the crack and realize self-repair, it is necessary to put in a large amount of SMA, but SMA is 700 times more expensive than ordinary steel, and only in this respect, the SMA method for concrete Sufficient to suppress the application of.
上記のように、コンクリート構造の亀裂欠陥によって引き起こされる経済的損失と安全上の脅威を減らすために、コンクリートの亀裂欠陥によって引き起こされる損傷を修復することが急務である。現在の修復方法の中で、セメントベースの透過性結晶材料の適用は、比較的成功したスマート型修復材料であるが、ひび割れ幅によって修復効果が制限される他の方法は、基本的に修復メカニズムが複雑すぎるか、実験的な調査段階にとどまるか、又は、修復効果が良くない。したがって、理想的な自己修復効果を実現するためには、コンクリートのひび割れ幅の制御が非常に重要である。 As mentioned above, there is an urgent need to repair the damage caused by crack defects in concrete in order to reduce the economic loss and safety threats caused by crack defects in concrete structures. Among the current repair methods, the application of cement-based permeable crystalline materials is a relatively successful smart repair material, while other methods where the repair effect is limited by the crack width are basically the repair mechanism. Is too complicated, stays in the experimental investigation stage, or the repair effect is not good. Therefore, it is very important to control the crack width of concrete in order to realize the ideal self-healing effect.
本発明は、従来技術の欠陥に対して、腐食駆動スマート繊維とその調製方法及び応用を提出する。 The present invention presents corrosion-driven smart fibers and methods and applications thereof for defects in the prior art.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維であり、コア繊維及び／又は耐食性コーティング付きのコア繊維、腐食しやすいコーティングからなり、前記コア繊維及び／又は耐食性コーティング付きのコア繊維は、繊維長さ方向に沿って引張応力状態にあり、前記腐食しやすいコーティングは、繊維長さ方向に沿って圧縮応力状態にあり、コア繊維及び／又は耐食性コーティング付きのコア繊維と腐食しやすいコーティングは、繊維長さ方向に沿って引張及び圧縮平衡状態にあり、前記腐食しやすいコーティングは、コア繊維及び／又は耐食性コーティング付きのコア繊維の外に覆われる。 The present invention is a corrosion-driven smart fiber, which comprises a core fiber and / or a core fiber with a corrosion-resistant coating, a coating that is easily corroded, and the core fiber and / or the core fiber with a corrosion-resistant coating is in the fiber length direction. Along the tensile stress state, the perishable coating is in a compressive stress state along the fiber length direction, and the core fiber and / or the core fiber with a corrosion resistant coating and the perishable coating are in the fiber length direction. Along the tension and compression equilibrium, the perishable coating is overlaid on the core fibers and / or the core fibers with a corrosion resistant coating.
好適な技術的手段として、同じ腐食環境で、前記腐食しやすいコーティングの腐食速度は、コア繊維よりも大きいか、及び／又は、同じ腐食環境で、前記腐食しやすいコーティングの腐食速度は、耐食性コーティング付きのコア繊維の腐食速度よりも大きい。 As a preferred technical means, in the same corrosive environment, the corrosion rate of the perishable coating is greater than the core fiber and / or in the same corrosive environment, the corrosion rate of the perishable coating is a corrosion resistant coating. Greater than the corrosion rate of the core fiber with.
好適な技術的手段として、本発明は、腐食駆動型スマート繊維であり、
前記腐食駆動型スマート繊維は、コア繊維と腐食しやすいコーティングを含み、コア繊維の外の一部の位置又は全ての位置には、腐食しやすいコーティングが覆われる、
又は
前記腐食駆動型スマート繊維は、耐食性コーティング、コア繊維と腐食しやすいコーティングを含み、前記コア繊維の外の一部の位置又は全ての位置には、耐食性コーティングが覆われ、コア繊維の外の一部の位置又は全ての位置には、耐食性コーティングが覆われる時、得られた材料はＡと定義され、Ａ表面の一部の位置又は全ての位置には、腐食しやすいコーティングが覆われる、
又は
前記腐食駆動型スマート繊維は、コア繊維、腐食しやすいコーティング、耐食性コーティングを含み、前記コア繊維の外には、腐食しやすいコーティングが覆われ、前記腐食しやすいコーティングの一部の位置には、耐食性コーティングが覆われる、
又は
前記腐食駆動型スマート繊維は、コア繊維と腐食しやすいコーティングを含み、コア繊維の外の一部の位置又は全ての位置には、腐食しやすいコーティングが覆われ、前記コア繊維の外の一部の位置は、コア繊維の端を含み、コア繊維の端には、腐食しやすいコーティングが覆われる時、端の腐食しやすいコーティングの外には、耐食性コーティングがさらに覆われる、
又は
前記腐食駆動型スマート繊維は、耐食性コーティング、コア繊維、腐食しやすいコーティングを含み、前記コア繊維の外の一部の位置又は全ての位置には、耐食性コーティングが覆われ、コア繊維の外の一部の位置又は全ての位置には、耐食性コーティングが覆われる時、得られた材料はＡと定義され、Ａ表面の一部の位置又は全ての位置には、腐食しやすいコーティングが覆われ、Ａの端には、腐食しやすいコーティングが覆われる時、端の腐食しやすいコーティングの外には、耐食性コーティングがさらに覆われ、
そのうち、コア繊維及び／又は耐食性コーティング付きのコア繊維は、繊維長さ方向に沿って引張応力状態にあり、前記腐食しやすいコーティングは、繊維長さ方向に沿って圧縮応力状態にあり、
同じ腐食環境で、前記腐食しやすいコーティングの腐食速度は、コア繊維よりも大きいか、及び／又は、同じ腐食環境で、前記腐食しやすいコーティングの腐食速度は、耐食性コーティング付きのコア繊維の腐食速度よりも大きい。
As a preferred technical means, the present invention is a corrosion driven smart fiber.
The corrosion-driven smart fiber comprises a core fiber and a perishable coating, and some or all positions outside the core fiber are covered with the perishable coating.
Alternatively, the corrosion driven smart fiber comprises a corrosion resistant coating, a core fiber and a coating that is susceptible to corrosion, and some or all positions outside the core fiber are covered with a corrosion resistant coating and are outside the core fiber. When the corrosion resistant coating is covered in some or all positions, the resulting material is defined as A, and some or all positions on the surface of A are covered with a corrosive coating.
Alternatively, the corrosion-driven smart fiber comprises a core fiber, a perishable coating, a corrosion resistant coating, the core fiber being covered with a perishable coating, and at some locations of the perishable coating. , Corrosion resistant coating is covered,
Alternatively, the corrosion-driven smart fiber comprises a core fiber and a corrosive coating, and some or all positions outside the core fiber are covered with a corrosive coating, which is one of the outer parts of the core fiber. The location of the portions includes the ends of the core fibers, when the ends of the core fibers are covered with a perishable coating, the outside of the perishable coatings at the ends is further covered with a corrosion resistant coating.
Alternatively, the corrosion driven smart fiber comprises a corrosion resistant coating, a core fiber, a corrosive coating, and some or all positions outside the core fiber are covered with a corrosion resistant coating and are outside the core fiber. When the corrosion resistant coating is covered in some or all positions, the resulting material is defined as A, and some or all positions on the surface of A are covered with a corrosive coating. When the edges of A are covered with a perishable coating, the outside of the perishable coating at the edges is further covered with a corrosion resistant coating.
Of these, the core fibers and / or the core fibers with a corrosion resistant coating are in a tensile stress state along the fiber length direction, and the perishable coating is in a compressive stress state along the fiber length direction.
In the same corrosive environment, the corrosion rate of the perishable coating is greater than the core fiber and / or in the same corrosive environment, the corrosion rate of the perishable coating is the corrosion rate of the core fiber with a corrosion resistant coating. Greater than.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維であり、前記コア繊維は、無機繊維、ポリマー繊維のうちの少なくとも１つから選択され、前記コア繊維の相当径が以下２０ｍｍで、好ましくは以下５ｍｍである。前記の相当径は、繊維横断面積を円断面の直径に変換されたものである。 The present invention is a corrosion-driven smart fiber, and the core fiber is selected from at least one of an inorganic fiber and a polymer fiber, and the equivalent diameter of the core fiber is 20 mm or less, preferably 5 mm or less. The corresponding diameter is obtained by converting the fiber cross-sectional area into the diameter of the circular cross section.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維であり、前記無機繊維はＣ繊維、ガラス繊維、鉱物繊維、玄武岩繊維、セラミック繊維、金属繊維のうちの少なくとも１つから選択され、前記金属繊維は、鋼繊維、Ｍメッキ鋼繊維、ステンレス繊維、銅合金繊維、チタン合金繊維、ニッケル合金繊維のうちの少なくとも１つから選択され、前記のＭは、銅、ニッケル、クロム、錫、カドミウム、銀元素のうちの少なくとも１つから選択される。 The present invention is a corrosion-driven smart fiber, wherein the inorganic fiber is selected from at least one of C fiber, glass fiber, mineral fiber, genbuiwa fiber, ceramic fiber, and metal fiber, and the metal fiber is a steel fiber. , M plated steel fiber, stainless fiber, copper alloy fiber, titanium alloy fiber, nickel alloy fiber, and M is selected from copper, nickel, chromium, tin, cadmium, and silver element. It is selected from at least one.
前記ポリマー繊維は、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維のうちの少なくとも１つから選択される。 The polymer fiber is selected from at least one of polypropylene fiber, polyacrylonitrile fiber, polyvinyl alcohol fiber, polyethylene fiber, aramid fiber, polyester fiber and nylon fiber.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維であり、前記耐食性コーティングの材質は、銅、ニッケル、クロム、カドミウム、銀、金元素のうちの少なくとも１つから選択される。コア繊維は、鋼製繊維である時、その耐食性コーティングの材質は、銅、ニッケル、クロム、カドミウム、銀、金元素のうちの少なくとも１つから選択される。コア繊維は鋼製繊維である時、メッキまたはコーティングによって耐食性コーティングを調製する。 The present invention is a corrosion-driven smart fiber, and the material of the corrosion-resistant coating is selected from at least one of copper, nickel, chromium, cadmium, silver, and gold elements. When the core fiber is a steel fiber, the material of the corrosion resistant coating is selected from at least one of copper, nickel, chromium, cadmium, silver and gold elements. When the core fiber is a steel fiber, a corrosion resistant coating is prepared by plating or coating.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維であり、前記コア繊維又は耐食性コーティングが覆われるコア繊維は、その標準電極電位が、腐食しやすいコーティングよりも大きいか、又は、その活性が、腐食しやすいコーティングよりも小さい。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a corrosion-driven smart fiber, and the core fiber or the core fiber covered with the corrosion-resistant coating has a standard electrode potential higher than that of the coating which is easily corroded, or its activity is easily corroded. Smaller than.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維であり、
前記腐食駆動型スマート繊維は、腐食しやすいコーティング、コア繊維又は耐食性コーティング付きのコア繊維を含み、コア繊維又は耐食性コーティング付きのコア繊維の側面には、腐食しやすいコーティングが覆われる、
又は
前記腐食駆動型スマート繊維は、腐食しやすいコーティング、コア繊維又は耐食性コーティング付きのコア繊維を含み、投錨端を除きてコア繊維又は耐食性コーティング付きのコア繊維の側面には、腐食しやすいコーティングが覆われる。
The present invention is a corrosion-driven smart fiber.
The corrosion-driven smart fiber comprises a corrosive coating, a core fiber or a core fiber with a corrosion resistant coating, and the side surface of the core fiber or the core fiber with a corrosion resistant coating is covered with a corrosive coating.
Alternatively, the corrosion-driven smart fiber comprises a corrosive coating, a core fiber or a core fiber with a corrosion resistant coating, and the side surface of the core fiber or the core fiber with a corrosion resistant coating has a corrosive coating except for the anchor end. Be covered.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維であり、
前記腐食しやすいコーティングは、鉄金属又は鉄合金であり、コア繊維は、鋼繊維であり、耐食性コーティングは、銅金属又は銅合金である。
The present invention is a corrosion-driven smart fiber.
The perishable coating is iron metal or iron alloy, the core fiber is steel fiber, and the corrosion resistant coating is copper metal or copper alloy.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維の調製方法であり、コア繊維又は耐食性コーティング付きのコア繊維に引張力を加えてから、その表面に領域を設定して腐食しやすいコーティングを調製し、引張力を除去して、サンプルが得られ、加えられる引張力は、コア繊維又は耐食性コーティング付きのコア繊維担持力の１０％から９０％である。調製方法に記載の耐食性コーティング付きのコア繊維には、少なくとも２つの状況を含み、状況１は、耐食性コーティングがコア繊維表面に均一に覆われ、状況２は、コア繊維表面には領域を設定して耐食性コーティングを塗布する。工業の適用時、端に耐食性コーティングを設置する必要があれば、得られたサンプルの端に１層の耐食性コーティングをさらに塗布する。
The present invention is a method for preparing a corrosion-driven smart fiber, in which a tensile force is applied to a core fiber or a core fiber having a corrosion-resistant coating, and then a region is set on the surface of the core fiber to prepare a coating that is easily corroded to prepare a tensile force. Is removed to obtain a sample and the tensile force applied is 10% to 90% of the core fiber or core fiber carrying force with a corrosion resistant coating. The core fiber with the corrosion resistant coating described in the preparation method includes at least two situations, in which
腐食しやすいコーティングの局所的な位置で、耐食性コーティングを覆う必要がある時、サンプル表面の設定位置に耐食性コーティングを直接調製してもよい。 When it is necessary to cover the corrosion resistant coating at the local location of the corrosive coating, the corrosion resistant coating may be prepared directly at the set position on the sample surface.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維の調製方法であり、
全体の腐食駆動型スマート繊維において、スマート繊維によって外界に加えられる予応力を最大化するために、それを取得するための最適な方法は、次のようになり、
腐食駆動型スマート繊維の横断面積が一定である場合、
コア繊維の軸方向力の最大値を求め、まず、Ｆの導関数を取り、次の式を取得し、
In the whole corrosion-driven smart fiber, the best way to obtain it to maximize the prestress applied to the outside world by the smart fiber is as follows:
If the cross-sectional area of the corrosion-driven smart fiber is constant,
Find the maximum value of the axial force of the core fiber, first take the derivative of F, get the following equation,
本発明は、腐食駆動型スマート繊維の適用であり、前記腐食駆動型スマート繊維をコンクリート又は繊維補強樹脂複合材料に用いることを含む。
本発明は、腐食駆動型スマート繊維の適用であり、前記腐食駆動型スマート繊維をコンクリートに用いる時、その腐食駆動条件は、コンクリートの使用環境である。コンクリートの使用環境では、Ｈ２Ｏ／Ｏ２、Ｃｌ－、ＳＯ４
－２等が主な腐食性媒体であるか、又は、酸性腐食性物質は主な腐食性媒体である。これらの腐食性媒体は、腐食駆動型スマート繊維を駆動してスマート化を示す前提条件の一つである。工業又は工学の適用時、コンクリートの使用環境に応じて、スマート繊維のコア繊維材質、耐食性コーティング材質、腐食しやすいコーティング材質をさらに調整する。
The present invention is an application of a corrosion-driven smart fiber, and includes using the corrosion-driven smart fiber as a concrete or a fiber reinforced resin composite material.
The present invention is an application of a corrosion-driven smart fiber, and when the corrosion-driven smart fiber is used for concrete, the corrosion-driving condition is the environment in which the concrete is used. In the concrete usage environment, H 2 O / O 2 , Cl − , SO 4-2 , etc. are the main corrosive media, or acidic corrosive substances are the main corrosive media. These corrosive media are one of the preconditions for driving a corrosion-driven smart fiber to show smartness. When applying industry or engineering, the core fiber material of smart fiber, corrosion resistant coating material, and corrosive coating material are further adjusted according to the usage environment of concrete.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維の適用であり、腐食駆動型スマート繊維がコンクリートに投錨される。投錨方式は、接着投錨及び／又は機械投錨のうちの少なくとも１つであってもよい。 The present invention is an application of corrosion-driven smart fibers, in which corrosion-driven smart fibers are anchored in concrete. The anchoring method may be at least one of adhesive anchoring and / or mechanical anchoring.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維の適用であり、前記腐食駆動型スマート繊維をコンクリートに用いる時、その用量は、０．０１～２０ｖ％である。 The present invention is an application of the corrosion-driven smart fiber, and when the corrosion-driven smart fiber is used for concrete, the dose thereof is 0.01 to 20 v%.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維の適用であり、前記腐食しやすいコーティングの材質は、好ましくは、腐食しやすい鉄金属材料（例えば、元素鉄、低炭素鉄、鉄合金等）、有害物質（例えば、炭素、窒素、リン、シリコンおよび他の有害な微量元素）がドープされた電気化学腐食の形成しやすい鉄基金属材料又は粒界腐食の形成しやすい合金である。 The present invention is an application of a corrosion-driven smart fiber, and the material of the coating that is easily corroded is preferably an iron metal material that is easily corroded (for example, elemental iron, low carbon iron, iron alloy, etc.), a harmful substance (for example, an iron alloy, etc.). For example, carbon, nitrogen, phosphorus, silicon and other harmful trace elements) are doped with iron-based metal materials that are prone to form electrochemical corrosion or alloys that are prone to form intergranular corrosion.
本発明に記載の腐食しやすいコーティングは、単層材料、多層材料又は傾斜機能材料で構成することができる。 The perishable coatings described in the present invention can be composed of a single layer material, a multilayer material or a functionally graded material.
本発明に記載の腐食駆動型スマート繊維の断面形状は、円形、多角形、異形断面（溝形、十字形、井字形、三葉形、梅花形又は星形を含み）であってもよく、軸線の形状は、波状にすることができ、表面は、押し込み又はリブ付き形状であってもよい。 The cross-sectional shape of the corrosion-driven smart fiber described in the present invention may be circular, polygonal, or irregular cross-sectional (including groove-shaped, cross-shaped, well-shaped, trilobal, plum-flower-shaped, or star-shaped). The shape of the axis can be wavy and the surface may be indented or ribbed.
本発明に記載の腐食駆動型スマート繊維は、１本の繊維構成からなるか、又は、複数本の繊維を撚り合わせて形成されたストランドからなる。 The corrosion-driven smart fiber according to the present invention has a single fiber structure or a strand formed by twisting a plurality of fibers.
本発明に記載の腐食駆動型スマート繊維におけるコア繊維は、１本の繊維からなるか、又は、複数本の繊維を撚り合わせて形成されたストランドからなる。 The core fiber in the corrosion-driven smart fiber according to the present invention is composed of one fiber or a strand formed by twisting a plurality of fibers.
本発明に記載の腐食駆動型スマート繊維は、ターゲット本体に投錨端を形成し、フルメッキエンドフック型、ベアエンドストレートフック型、ベアエンドベントフック型、エンドピアアンカー型、エンドフラットヘッドアンカー型がある。 The corrosion-driven smart fiber described in the present invention forms an anchor end on the target body, and includes a full-plated end hook type, a bare end straight hook type, a bare end vent hook type, an end peer anchor type, and an end flat head anchor type. ..
本発明に記載の腐食駆動型スマート繊維の外形は、平直形、プレスプリズム形、波形、フック形、ビッグヘッド形、ダブルビッグヘッド形、ダブル先形又は集約型である。 The outer shape of the corrosion-driven smart fiber described in the present invention is a flat type, a press prism type, a corrugated type, a hook type, a big head type, a double big head type, a double tip type or an intensive type.
本発明では、コーティングの全て又は一部は、多層であってもよく、複合コーティングであってもよい。 In the present invention, all or part of the coating may be multi-layered or may be a composite coating.
本発明は、腐食性コーティングが完全に腐食されたときに、コア繊維およびコンクリートが投錨力の伝達点を失い、コンクリートに作用するコア繊維の力が失われるのを防ぐことであり、図７に示すように、コア繊維の付勢力を永続的に有効にするには、投錨端を端に設定するか、投錨点を長いスマート繊維の複数の場所に設定するのが最適である。 The present invention is to prevent the core fibers and concrete from losing the transmission point of anchoring force and the force of the core fibers acting on the concrete when the corrosive coating is completely corroded, as shown in FIG. As shown, the best way to permanently enable the urging force of the core fiber is to set the anchoring end at the end or set the anchoring point at multiple locations on the long smart fiber.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維の適用であり、前記腐食駆動型スマート繊維をコンクリートに用いる時、その施工および保守方法は、既存のコンクリートと完全に同じである。 The present invention is an application of a corrosion-driven smart fiber, and when the corrosion-driven smart fiber is used for concrete, the construction and maintenance method thereof is completely the same as that of existing concrete.
原理と利点
本発明は、腐食コーティング付きのコア繊維をコンクリートに添加することを初めて提案する。コンクリートの投錨効果により、使用中初期の防食・ひび割れ防止能力は、既存のコンクリートに相当し、腐食コーティング付きのコア繊維が腐食し始めると、亀裂が完全に閉じるまで発生した亀裂を徐々に修復する機能を発揮することにより、コンクリートの耐用年数が大幅に延長される。同時に、腐食性コーティング付きのコア繊維をコンクリートに添加すると、コンクリートの早期ひび割れの可能性をさらに減らし、コンクリート構造の機械的特性、耐久性、および使用安全性を向上させることができ、低弾性ポリマー繊維コンクリート部材の耐亀裂性を改善することは非常に役立つ。
Principles and Advantages The present invention proposes for the first time the addition of core fibers with a corrosive coating to concrete. Due to the anchoring effect of concrete, the anti-corrosion and anti-cracking ability at the initial stage of use is equivalent to that of existing concrete, and when the core fiber with corrosion coating begins to corrode, it gradually repairs the cracks that have occurred until the cracks are completely closed. By exerting its function, the useful life of concrete is greatly extended. At the same time, the addition of core fibers with a corrosive coating to the concrete can further reduce the possibility of premature cracking of the concrete and improve the mechanical properties, durability and usability of the concrete structure, a low elastic polymer. Improving the crack resistance of fiber concrete members is very helpful.
本発明は、腐食駆動型スマート繊維及び自己復帰コンクリートを提出し、その原理は、プレテンションのコア繊維表面に塗布された腐食しやすいコーティングにスマート繊維（そのうち、コア繊維は腐食しにくく、腐食しやすいコーティングが腐食しやすい）を調製し、スマート繊維の形状回復は、環境内の腐食性媒体の腐食によって刺激され、予圧力がコンクリートに加えられ、コンクリートの亀裂閉鎖に力を提供する。さらに、腐食しやすいコーティングの腐食がより深刻になるほど、加えられた予応力が大きくなり、予応力が十分に大きい場合は、亀裂が復帰される。予応力を加えることにより、コンクリート構造の機械的特性、耐久性、使用安全性が向上し、形状記憶材料の新しい設計アイデアが提供され、コンクリートなどの複合材料の自己修復、自己復帰の新しい概念が提供される。 The present invention has submitted corrosion-driven smart fibers and self-recovering concrete, the principle of which is to apply smart fibers to the perishable coating applied to the surface of the core fibers of the pretension (of which the core fibers are less corrosive and corrode). (Easy coatings are prone to corrosion), the shape recovery of smart fibers is stimulated by the corrosion of corrosive media in the environment, preload is applied to the concrete and provides force in the crack closure of the concrete. In addition, the more severe the corrosion of the perishable coating, the greater the prestress applied, and if the prestress is large enough, the cracks will recover. Prestressing improves the mechanical properties, durability and safety of use of concrete structures, provides new design ideas for shape memory materials, and introduces new concepts for self-healing and self-recovery of composite materials such as concrete. Provided.
本発明は、腐食駆動形状記憶機能を有する繊維であり、環境中にコンクリートに入る腐食性媒体を通してスマート繊維を駆動して収縮および変形させ、コンクリートに予応力を加え、コンクリートの亀裂を機械的に閉じ、コンクリートのスマート自己復帰のための新しい方法を提供し、コンクリート材料の任意の位置および任意の方向に予応力を加えるための新しいアイデアを提供する。 The present invention is a fiber having a corrosion-driven shape memory function, which drives a smart fiber through a corrosive medium that enters concrete into the environment to shrink and deform, prestress the concrete, and mechanically crack the concrete. It provides a new way for closing, smart self-recovery of concrete, and new ideas for applying prestress in any position and direction of concrete material.
本発明の腐食駆動型スマート繊維の調製およびその自己復帰コンクリートの基本的な原理
調製方法
腐食駆動型スマート繊維（本発明では、スマート繊維と称し）は、コア繊維と腐食しやすいコーティングからなり、そのうち、コア繊維材料は、耐食性材料または耐食性コーティングの材料で構成され、腐食しやすいコーティング材料は、環境中の腐食性媒体によって腐食された材料で構成されている。スマート繊維の調製方法を図１に示し、調製ステップをａ～ｄ順番に行う。
Preparation of Corrosion-Driven Smart Fibers of the Present Invention and Basic Principles of Self-Recovering Concrete Preparation Methods Corrosion-driven smart fibers (referred to as smart fibers in the present invention) consist of core fibers and a corrosive coating. The core fiber material is composed of a corrosion resistant material or a material of a corrosion resistant coating, and the corrosive coating material is composed of a material corroded by a corrosive medium in the environment. The method for preparing smart fibers is shown in FIG. 1, and the preparation steps are performed in the order of a to d.
形状回復メカニズム
スマート繊維形状の回復メカニズムを図２に示し、腐食性媒体環境では、腐食しやすいコーティングが腐食し、断面損失があると、スマート繊維は回復を開始し、回復プロセスはａ～ｃ順番に行う。図ａは、スマート繊維が腐食されない状態にあり、コア繊維と腐食しやすいコーティングが元の平衡状態にあることを示し、図ｂは、腐食性媒体環境では、腐食しやすいコーティングが先ず腐食性媒体に接触し、腐食して荷重に耐えるのが難しい腐食生成物を生成することを示している。コア繊維は強力な耐食性を持ち、断面と強度を失うことはない。腐食後の腐食しやすいコーティングの有効断面厚さが小さくなり、コア繊維の弾性復元力の作用下で、残りの腐食しやすいコーティングの圧縮応力と圧縮変形が増加し続け、それに伴って、コア繊維が収縮し続け、徐々に初期の長さに近づく。図ｃに示されたように、腐食しやすいコーティングが完全に腐食すると、コア繊維が元の長さに戻り、一回の１方向のメモリ効果が完了し、このときのコア繊維は無応力状態にある。
Shape recovery mechanism The shape recovery mechanism of the smart fiber is shown in Fig. 2. In a corrosive medium environment, when the corrosive coating corrodes and there is a cross-sectional loss, the smart fiber starts to recover, and the recovery process is in the order of a to c. To do. FIG. a shows that the smart fibers are in a non-corrosive state and the core fibers and the perishable coating are in their original equilibrium, and FIG. b shows that in a corrosive medium environment, the perishable coating is the first corrosive medium. It has been shown to contact and corrode to produce corrosion products that are difficult to withstand loads. The core fiber has strong corrosion resistance and does not lose its cross section and strength. The effective cross-sectional thickness of the perishable coating after corrosion becomes smaller, and under the action of the elastic restoring force of the core fiber, the compressive stress and compressive deformation of the remaining perishable coating continue to increase, and the core fiber is accompanied by it. Continues to contract and gradually approaches its initial length. As shown in Figure c, when the perishable coating is completely corroded, the core fibers return to their original length, completing one one-way memory effect, leaving the core fibers in a stress-free state. It is in.
したがって、腐食駆動型スマート繊維は、形状記憶機能を持つために２つの基本的な条件を満たす必要がある。
１、コア繊維は軸方向に沿って予引張ひずみを蓄積し、腐食性コーティングには予圧縮ひずみが蓄積され、２つは張力と圧縮平衡状態にある。
２．腐食しやすいコーティング材料は、環境中の腐食性媒体によって腐食しやすい材料で構成する必要があるが、コア繊維は、耐食性材料または耐食性コーティングで塗布された材料で構成される。
Therefore, the corrosion-driven smart fiber needs to satisfy two basic conditions in order to have a shape memory function.
1. The core fiber accumulates pre-tension strain along the axial direction, the corrosive coating accumulates pre-compression strain, and two are in tension and compression equilibrium.
2. 2. Corrosive coating materials need to be composed of materials that are susceptible to corrosion by corrosive media in the environment, while core fibers are composed of corrosion resistant materials or materials coated with a corrosion resistant coating.
自己復帰コンクリートの基本的な原理
予応力を加えるスマート繊維の基本的な条件と原理
温度、湿度、外力などによりコンクリート構造に亀裂が入り、亀裂欠陥箇所のスマート繊維が環境中の腐食性媒体によって腐食され、形状回復が激励されてコンクリートに予圧力が加えられ、亀裂閉鎖に力を提供する。腐食駆動型スマート繊維の自己復帰の原理を図３に示し、自己復帰プロセスはａ～ｃ順番に行う。図ａは、コンクリートに亀裂が入っているが、スマート繊維は腐食しておらず、安定した状態にあることを示している。図ｂは、亀裂の腐食しやすいコーティングが腐食性媒体と化学的または電気化学的に反応し、スマート繊維が刺激され収縮し、接着領域（腐食されない腐食しやすいコーティングとコンクリートとの接着投錨界面）により荷重が伝達され、コンクリートに予圧力が加えら、腐食しやすいコーティングの腐食度が高いほど、閉鎖力が大きくなり、亀裂幅が狭くなることを示している。図ｃに示されたように、腐食しやすいコーティングがある程度腐食すると、ひび割れ面に作用する閉鎖力が十分に大きくなる時、亀裂が閉じ、腐食性媒体がチャネルに入り、腐食が停止して自己復帰の保護機能を実現する。このとき、コア繊維の収縮力と予圧力の上昇が止まる。
Basic Principles of Self-Recovering Concrete Basic Conditions and Principles of Smart Fibers that Apply Prestress Cracks occur in the concrete structure due to temperature, humidity, external force, etc., and the smart fibers at the cracked defects are corroded by corrosive media in the environment. The shape recovery is encouraged and prepressure is applied to the concrete, providing force for crack closure. The principle of self-recovery of the corrosion-driven smart fiber is shown in FIG. 3, and the self-recovery process is performed in the order of a to c. Figure a shows that the concrete is cracked, but the smart fibers are not corroded and are in a stable condition. FIG. b shows a crack-prone coating that chemically or electrochemically reacts with a corrosive medium, stimulating and shrinking smart fibers and adhering regions (adhesive anchoring interface between non-corrosive perishable coating and concrete). This indicates that the higher the degree of corrosion of the easily corrosive coating, the greater the closing force and the narrower the crack width, as the load is transmitted and prepressure is applied to the concrete. As shown in Figure c, when the perishable coating corrodes to some extent, the cracks close, the corrosive medium enters the channel, the corrosion stops and self, when the closing force acting on the cracked surface is large enough. Achieve a return protection function. At this time, the contraction force of the core fiber and the increase of the prepressure stop.
ただし、穴などの欠陥がある場合は、腐食性媒体が材料内部に侵入し、スマート繊維を腐食し続ける可能性があり、腐食しやすいコーティングとコンクリートとの接着投錨界面は減少し続け、コンクリートの予圧力と予応力領域が増加し続ける。投錨界面がスマート繊維の収縮によって引き起こされる引っ張り力に耐えるのに十分でない場合、スマート繊維は引き抜かれ、予応力を加えることは失敗する。または、亀裂がスマート繊維の端に近づくと、端領域の腐食しやすいコーティング表面が腐食し、端投錨が失敗して、スマート繊維がコンクリートに予応力を効果的に与えず、亀裂が再び開く。 However, if there are defects such as holes, corrosive media can penetrate inside the material and continue to corrode smart fibers, the adhesive anchoring interface between the perishable coating and concrete continues to diminish, and the concrete Preload and prestress regions continue to increase. If the anchoring interface is not sufficient to withstand the pulling force caused by the shrinkage of the smart fiber, the smart fiber will be pulled out and prestressing will fail. Alternatively, as the crack approaches the edge of the smart fiber, the corrosive coating surface in the edge area corrodes, the edge anchoring fails, the smart fiber does not effectively prestress the concrete and the crack reopens.
スマート繊維が予応力をコンクリートにより効果的に加えるには、スマート繊維の端に信頼性の高い投錨端を残すのが最適である。図３に示されたように、コア繊維の両端に塗布されていない露出端を残し、投錨端の信頼性を確保するために、両端にエンドフックが残されている。繊維の端に亀裂が分布しているか、腐食しやすいコーティングが完全に腐食しているかに関係なく、信頼性の高い投錨端により、繊維が引き抜かれにくくなり、予応力の効果が保証され、コンクリートの耐亀裂性を向上させる。 For smart fibers to apply prestress more effectively to concrete, it is best to leave a reliable anchoring end at the ends of the smart fibers. As shown in FIG. 3, uncoated exposed ends are left on both ends of the core fiber, and end hooks are left on both ends to ensure the reliability of the anchoring ends. Whether cracks are distributed at the ends of the fibers or the perishable coating is completely corroded, the reliable anchoring ends make it difficult for the fibers to be pulled out, ensuring a prestress effect and concrete. Improves crack resistance.
スマート繊維及びコンクリートの内力の理論計算
スマート繊維の内力の理論計算
基本的な仮定
スマート繊維は、細長比が十分に大きい一方向の複合材料であるため、スマート繊維の内力の計算を簡略化するために、次の仮定を行うことができる。
１）腐食しやすいコーティングがコア繊維に均一に塗布され、
２）コア繊維と腐食しやすいコーティングとの界面は、うまく組み合わされ、２つは良好な化学的適合性を持っており、
３）コア繊維と腐食しやすいコーティングの横向ひずみの影響を無視し、ポアソン比は、式の導出に含まれず、
４）コア繊維と腐食しやすいコーティングの受ける力は、線形弾性状態にあり、
５）構造ユニットは、正の張力と負の圧力がかかっている。
Theoretical calculation of internal force of smart fiber and concrete Basic assumption Since smart fiber is a unidirectional composite material with a sufficiently large slenderness ratio, it is necessary to simplify the calculation of internal force of smart fiber. In addition, the following assumptions can be made.
1) A highly corrosive coating is evenly applied to the core fibers.
2) The interface between the core fiber and the perishable coating is well combined and the two have good chemical compatibility.
3) Ignoring the effects of lateral strain on the core fibers and the corrosive coating, Poisson's ratio is not included in the derivation of the equation.
4) The force applied to the core fibers and the corrosive coating is in a linear elastic state.
5) The structural unit is under positive tension and negative pressure.
スマート繊維の内力の式の導出
スマート繊維の予応力の蓄積最適化
コア繊維の軸方向力の最大値を求め、まず、Ｆの導関数を取り、次の式を取得し、
工学の適用時、式１６の計算値が５ｖ％～９５ｖ％の範囲内にない時、コア繊維の体積分率Ｖｆを５ｖ％～９５ｖ％に調整するのが最適である。 At the time of application of engineering, when the calculated value of Equation 16 is not within the range of 5v% to 95v%, it is optimal to adjust the volume fraction V f of the core fiber to 5v% to 95v%.
スマート繊維コンクリートの内力の計算
スマート繊維が複雑な作業条件で役割を発揮し続けることを確保するために、恒久的な投錨端を残したスマート繊維がコンクリートにドープされ、スマート繊維が形状を回復する時、コンクリートに加えられた予応力を予測する。前記恒久的な投錨端は、次の２つの状況がある。
計算を簡略化するために、軸方向応力の大きさに対するポアソン比の影響は考慮されていない。
Calculation of internal force of smart fiber concrete To ensure that smart fiber continues to play a role in complex working conditions, smart fiber with permanent anchorage is doped into concrete and smart fiber recovers its shape. At times, predict the prestress applied to the concrete. The permanent anchorage has the following two situations.
To simplify the calculation, the effect of Poisson's ratio on the magnitude of axial stress is not taken into account.
基本的な仮定
スマート繊維とコンクリートとの相互作用力の計算を簡略化するために、次の仮定が行われる。
１）スマート繊維がコンクリート部材に一方向に均一に配置され、
１）軸方向応力大きさに対するポアソン比の影響は考慮されておらず、
２）恒久的な投錨端がコンクリートとしっかりと結合され、滑らなく、
３）腐食しやすいコーティング腐食生成物に対する力の影響は考慮されておらず、
コンクリートの予圧力
1) Smart fibers are evenly arranged in one direction on the concrete member,
1) The effect of Poisson's ratio on the magnitude of axial stress is not taken into consideration.
2) The permanent anchor end is firmly bonded to the concrete and does not slip.
3) Corrosive coatings The effect of force on corrosion products is not taken into account.
Prepressure of concrete
材料の基本的なパラメータ
上記の内力計算式により、スマート繊維のコア繊維は、銅メッキ鋼繊維（直径０．２ｍｍ、銅メッキ量を考慮しない）を用い、腐食しやすいコーティングは、金属鉄を用い、コア繊維と腐食しやすいコーティングの断面積は、１：１である時、スマート繊維の予応力蓄積が最大に達する。コンクリートにおけるスマート繊維のドープ量は、４ｖ％であり、スマート繊維とコンクリートの基本的なパラメータを表１に示す。
Basic parameters of the material According to the above internal force calculation formula, the core fiber of the smart fiber uses copper-plated steel fiber (diameter 0.2 mm, copper plating amount is not considered), and the corrosive coating uses metallic iron. When the cross-sectional area of the core fiber and the corrosive coating is 1: 1, the prestress accumulation of the smart fiber reaches the maximum. The doping amount of smart fiber in concrete is 4v%, and the basic parameters of smart fiber and concrete are shown in Table 1.
仮に、スマート繊維がコンクリートに一方向に均一に配置され、腐食しやすいコーティング断面が完全に損失され、スマート繊維の形状回復によってコンクリートに加えられる予応力が最大値に達する。
上記の設計と計算に従って、以下のようなコンクリート試験部材を調製する。
実施例１
図８に示されたように、コンクリート試験部材の特徴は、以下のようになる。コンクリート試験部材の寸法は、２００ｍｍ×２０ｍｍ×４０ｍｍ（長さ×幅×高さ）であり、試験部材の長さ方向に垂直な厚さ０．３ｍｍの吸収性ティッシュペーパーでＡとＢの２つの部分に分かれ、吸収性ティッシュペーパーは、試験部材の貫通亀裂シミュレートして腐食媒体チャネルを形成する。試験部材のＡとＢの２つの部分は、長さ１８０ｍｍ、直径０．２８ｍｍの２０本の形状記憶鋼繊維で接続され、各本のスマート繊維のコア繊維は、直径０．２ｍｍ、強さ３０００ＭＰａの銅メッキ鋼繊維を用い、コア繊維の初期引張応力は２０００Ｍｐａであり、腐食しやすいコーティングは電気メッキされた鉄金属であり、厚さは０．０４ｍｍである。２０本の繊維は、周辺に寄せて配置され、吸収性ティッシュペーパーを垂直に通過させ、吸水チャネルとして各本の繊維の中間セクションに長さ５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの吸収性ティッシュペーパーを包むことにより、スマート繊維の腐食しやすい層の腐食速度を増加させ、形状スマート繊維の回復速度をスピードアップする。
試験部材を６ｗｔ％の塩化ナトリウム溶液に浸漬し、４８時間後、ひび割れでティッシュペーパーから少量の黄褐色の鉄錆が染み出し、測定後に亀裂の幅が狭くなっていることが分かる。試験部材のＡとＢの２つの部分の間の吸収性ティッシュペーパーの鉄錆を除き、そして、塩化ナトリウム溶液に４８時間浸漬し続けた後、ひび割れでティッシュペーパーから染み出した黄褐色の鉄錆は、前回よりも少なくなり、測定後、亀裂の幅がさらに狭くなっていることが分かる。さらに浸漬を続け、１５日後、ひび割れから黄褐色の鉄錆が染み出すことはなく、ひび割れは基本的に閉じられたことが分かる。これは、腐食が塩化ナトリウム溶液における形状記憶鋼繊維の電気化学的腐食（鉄コーティングが錆びている）を駆動することを表明し、スマート繊維の形状が電気化学的腐食の駆動で回復し、結果として生じる回復力が試験部材のＡ部分とＢ部分が相互に近づいて、腐食媒体チャネルである吸収性ティッシュペーパーを近づけて絞り、薄くして、吸収性ティッシュペーパーの流通性を減らす。スマート繊維の鉄コーティングがより錆びるほど、スマート繊維の回復力が大きくなり、最後に吸収性ティッシュペーパーが流通性を有しないまで絞られて、貫通ひび割れが閉じられ、腐食媒体が試験部材の内部に入ることができなくなり、自己復帰が形成される。
According to the above design and calculation, the following concrete test members are prepared.
Example 1
As shown in FIG. 8, the characteristics of the concrete test member are as follows. The dimensions of the concrete test member are 200 mm x 20 mm x 40 mm (length x width x height), and two absorbent tissue papers A and B with a thickness of 0.3 mm perpendicular to the length direction of the test member. Divided into sections, absorbent tissue paper simulates through cracks in the test member to form corrosive medium channels. The two parts A and B of the test member are connected by 20 shape memory steel fibers with a length of 180 mm and a diameter of 0.28 mm, and the core fiber of each smart fiber has a diameter of 0.2 mm and a strength of 3000 MPa. The initial tensile stress of the core fiber is 2000 Mpa, the corrosive coating is electroplated iron metal, and the thickness is 0.04 mm. The 20 fibers are placed close to each other and pass vertically through the absorbent tissue paper, wrapping the
It can be seen that after 48 hours, the test member was immersed in a 6 wt% sodium chloride solution, and a small amount of yellowish brown iron rust exuded from the tissue paper due to cracks, and the width of the cracks became narrower after the measurement. Remove the iron rust on the absorbent tissue paper between the two parts A and B of the test member, and after continuing to soak in the sodium chloride solution for 48 hours, the yellowish brown iron rust exuded from the tissue paper with cracks. Is less than the previous time, and it can be seen that the width of the crack is further narrowed after the measurement. Further immersion was continued, and after 15 days, the yellowish brown iron rust did not exude from the cracks, indicating that the cracks were basically closed. This states that corrosion drives electrochemical corrosion of shape memory steel fibers in sodium chloride solution (iron coating is rusted), and the shape of smart fibers is restored by the drive of electrochemical corrosion, resulting in The part A and the part B of the test member approach each other, and the absorbent tissue paper, which is a corrosive medium channel, is brought closer and squeezed and thinned to reduce the circulation of the absorbent tissue paper. The more rusty the iron coating of the smart fiber, the greater the resilience of the smart fiber, and finally the absorbent tissue paper is squeezed until it is not flowable, the penetration cracks are closed and the corrosive medium is inside the test member. It becomes impossible to enter, and self-recovery is formed.
比較例１
比較例１のコンクリート試験部材の特徴及び調製方法は、実施例１と基本的に同じである。区別は、試験部材ＡとＢの２つの部分を接続する２０本の鋼繊維のコア繊維の初期引張応力は、０Ｍｐａであり、即ち、０．０４ｍｍ厚さの鉄コーティングが張力なしで電気めっきされる。
比較例１のコンクリート試験部材を６％の塩化ナトリウム溶液に浸漬し、４８時間後、ひび割れから少量の黄褐色の鉄錆が染み出し、測定後に亀裂の幅に変化がないことが分かる。試験部材のＡとＢの２つの部分の間の吸収性ティッシュペーパーの鉄錆を除き、そして、塩化ナトリウム溶液に４８時間浸漬し続けた後、ひび割れでティッシュペーパーから染み出した黄褐色の鉄錆があり、測定後、亀裂の幅が狭くなっていないことが分かる。さらに浸漬を続け、１５日後、ひび割れから黄褐色の鉄錆がまだ染み出しており、ひび割れの幅が基本的に変化していないことが分かる。実験結果は、これらの２０本の鋼繊維が形状記憶機能を持たず、吸収性ティッシュペーパーによって形成された貫通亀裂を閉じることができないことがわかり、張力なしで鉄コーティングを電気めっきして調製した鋼繊維には記憶機能を持たず、コンクリートのひび割れを復帰できないことを表明した。
Comparative Example 1
The characteristics and preparation method of the concrete test member of Comparative Example 1 are basically the same as those of Example 1. The distinction is that the initial tensile stress of the core fibers of the 20 steel fibers connecting the two parts of the test members A and B is 0 Mpa, i.e., a 0.04 mm thick iron coating is electroplated without tension. To.
It can be seen that the concrete test member of Comparative Example 1 was immersed in a 6% sodium chloride solution, and after 48 hours, a small amount of yellowish brown iron rust exuded from the cracks, and the width of the cracks did not change after the measurement. Remove the iron rust on the absorbent tissue paper between the two parts A and B of the test member, and after continuing to soak in the sodium chloride solution for 48 hours, the yellowish brown iron rust exuded from the tissue paper with cracks. After the measurement, it can be seen that the width of the crack is not narrowed. Further immersion was continued, and after 15 days, yellowish brown iron rust still exuded from the cracks, and it can be seen that the width of the cracks basically did not change. Experimental results show that these 20 steel fibers do not have shape memory function and cannot close through cracks formed by absorbent tissue paper, and were prepared by electroplating an iron coating without tension. He stated that steel fibers do not have a memory function and cannot recover from cracks in concrete.
比較例２
比較例２のコンクリート試験部材の特徴及び調製方法は、実施例１と基本的に同じである。区別は、試験部材ＡとＢの２つの部分を接続する２０本の鋼繊維のコア繊維の初期引張応力は、０Ｍｐａであり、即ち、０．０４ｍｍ厚さの銅コーティングが張力なしで電気めっきされる。
比較例２のコンクリート試験部材を６％の塩化ナトリウム溶液に浸漬し、４８時間後、ひび割れに異常な変化がなく、亀裂の幅は変化しなかったことが分かる。そして、塩化ナトリウム溶液に４８時間浸漬し続けた後、黄褐色の鉄錆が染み出しておらず、亀裂の幅は変化していない。実験結果は、これらの２０本の鋼繊維が形状記憶機能を持たず、吸収性ティッシュペーパーによって形成された貫通亀裂を閉じることができないことがわかり、銅コーティングを電気めっきして調製した鋼繊維には記憶機能を持たず、コンクリートのひび割れを復帰できないことを表明した。
Comparative Example 2
The characteristics and preparation method of the concrete test member of Comparative Example 2 are basically the same as those of Example 1. The distinction is that the initial tensile stress of the core fibers of the 20 steel fibers connecting the two parts of test members A and B is 0 Mpa, i.e., a 0.04 mm thick copper coating is electroplated without tension. To.
It can be seen that the concrete test member of Comparative Example 2 was immersed in a 6% sodium chloride solution, and after 48 hours, there was no abnormal change in the cracks and the width of the cracks did not change. Then, after being immersed in the sodium chloride solution for 48 hours, the yellowish brown iron rust did not exude and the width of the crack did not change. Experimental results show that these 20 steel fibers do not have shape memory function and cannot close through cracks formed by absorbent tissue paper, and the steel fibers prepared by electroplating a copper coating were used. Has stated that it has no memory function and cannot recover from cracks in steel.
比較例３
比較例３のコンクリート試験部材の特徴及び調製方法は、実施例１と基本的に同じである。区別は、試験部材ＡとＢの２つの部分を接続する２０本の鋼繊維のコア繊維の初期引張応力は、２０００Ｍｐａであり、即ち、０．０４ｍｍ厚さの銅コーティングが張力なしで電気めっきされる。
比較例３のコンクリート試験部材を６％の塩化ナトリウム溶液に浸漬し、４８時間後、ひび割れに異常な変化がなく、亀裂の幅は変化しなかったことが分かる。そして、塩化ナトリウム溶液に４８時間浸漬し続けた後、黄褐色の鉄錆が染み出しておらず、亀裂の幅は変化していない。浸漬を続け、１５日後、ひび割れにまだ変化はなく、ひび割れ幅は変わらない。実験結果は、これらの２０本の鋼繊維が形状記憶機能を持たず、吸収性ティッシュペーパーによって形成された貫通亀裂を閉じることができないことがわかり、張力なしで銅コーティングを電気めっきして調製した鋼繊維には記憶機能を持たず、コンクリートのひび割れを復帰できないことを表明した。
Comparative Example 3
The characteristics and preparation method of the concrete test member of Comparative Example 3 are basically the same as those of Example 1. The distinction is that the initial tensile stress of the core fibers of the 20 steel fibers connecting the two parts of test members A and B is 2000 Mpa, i.e., a 0.04 mm thick copper coating is electroplated without tension. To.
It can be seen that the concrete test member of Comparative Example 3 was immersed in a 6% sodium chloride solution, and after 48 hours, there was no abnormal change in the cracks and the width of the cracks did not change. Then, after being immersed in the sodium chloride solution for 48 hours, the yellowish brown iron rust did not exude and the width of the crack did not change. After 15 days of continued immersion, the cracks were still unchanged and the crack width did not change. Experimental results show that these 20 steel fibers do not have shape memory function and cannot close through cracks formed by absorbent tissue paper, and were prepared by electroplating a copper coating without tension. He stated that steel fibers do not have a memory function and cannot recover from cracks in concrete.
実施例２
実施例２のコンクリート試験部材の特徴及び調製方法は、実施例１と基本的に同じである。区別は、試験部材ＡとＢの２つの部分を接続する２０本の鋼繊維のコア繊維は、銅メッキ保護のない鋼繊維を用い、その他は実施例１と同じである。
試験部材を６ｗｔ％の塩化ナトリウム溶液に浸漬し、４８時間後、ひび割れから少量の黄褐色の鉄錆が染み出し、測定後に亀裂の幅が狭くなっていることが分かる。試験部材のＡとＢの２つの部分の間の吸収性ティッシュペーパーの鉄錆を除き、そして、塩化ナトリウム溶液に４８時間浸漬し続けた後、ひび割れでティッシュペーパーから染み出した黄褐色の鉄錆は、前回よりも少なくなり、測定後、亀裂の幅がさらに狭くなっていることが分かる。さらに浸漬を続け、１５日後、ひび割れが開き、ひび割れの最も広い部分が初期のひび割れより０．２ｍｍ広くなり０．５ｍｍに達し、５本の鋼繊維が破断していることが分かる。実験結果は、２０本の鋼繊維は形状記憶機能を持っているものの、コア繊維の表面に銅がめっきされておらず、電気化学的腐食によりコア繊維が破断し、吸収性ティッシュペーパーによって形成された貫通亀裂がまた開いて、コンクリートのひび割れの復帰へ閉鎖力を提供できないことが分かる。
Example 2
The characteristics and preparation method of the concrete test member of Example 2 are basically the same as those of Example 1. The distinction is that the core fibers of the 20 steel fibers connecting the two parts of the test members A and B are steel fibers without copper plating protection, and the rest are the same as in Example 1.
It can be seen that after 48 hours, the test member was immersed in a 6 wt% sodium chloride solution, and a small amount of yellowish brown iron rust exuded from the cracks, and the width of the cracks became narrower after the measurement. Remove the iron rust on the absorbent tissue paper between the two parts A and B of the test member, and after continuing to soak in the sodium chloride solution for 48 hours, the yellowish brown iron rust exuded from the tissue paper with cracks. Is less than the previous time, and it can be seen that the width of the crack is further narrowed after the measurement. Further immersion was continued, and after 15 days, the cracks opened, and the widest part of the cracks became 0.2 mm wider than the initial cracks to reach 0.5 mm, and it can be seen that the five steel fibers were broken. The experimental results show that although the 20 steel fibers have a shape memory function, the surface of the core fibers is not plated with copper, and the core fibers are broken by electrochemical corrosion and formed by absorbent tissue paper. It can be seen that the penetrating cracks open again and cannot provide closing force for the restoration of cracks in the concrete.
実施例３
実施例３のコンクリート試験部材の特徴及び調製方法は、実施例１と基本的に同じである。区別は、試験部材ＡとＢの２つの部分を接続する２０本の鋼繊維は、調製する時コア繊維の初期引張応力は、１５００Ｍｐａであり、その他は実施例１と同じである。
試験部材を６ｗｔ％の塩化ナトリウム溶液に浸漬し、検出条件が実施例１と完全に一致する場合、その検出結果は、実施例１と基本的に一致する。
Example 3
The characteristics and preparation method of the concrete test member of Example 3 are basically the same as those of Example 1. The distinction is that the 20 steel fibers connecting the two parts of the test members A and B have an initial tensile stress of 1500 Mpa for the core fibers when prepared, otherwise the same as in Example 1.
When the test member is immersed in a 6 wt% sodium chloride solution and the detection conditions are completely in agreement with Example 1, the detection result is basically in agreement with Example 1.
本発明はまた、他のコア材料（例えば、鉱物繊維、炭素繊維、ガラス繊維、玄武岩繊維、セラミック繊維、他の金属繊維など）および他の腐食しやすいコーティング設計を試み、良好な結果を達成した。 The present invention has also attempted other core materials (eg, mineral fibers, carbon fibers, fiberglass, genbuiwa fibers, ceramic fibers, other metal fibers, etc.) and other perishable coating designs and achieved good results. ..
上記のように、本発明によって設計および調製された腐食駆動型スマート繊維は、腐食条件で優れた記憶機能を示し、それをコンクリートに使用した場合に、優れた亀裂閉鎖機能または亀裂自己修復機能を示す。 As mentioned above, the corrosion-driven smart fibers designed and prepared by the present invention exhibit excellent memory function in corrosive conditions and, when used in concrete, provide excellent crack closing or crack self-healing function. show.
Claims (13)
前記コア繊維及び／又は耐食性コーティング付きのコア繊維は、繊維長さ方向に沿って引張応力状態にあり、
前記腐食しやすいコーティングは、繊維長さ方向に沿って圧縮応力状態にあり、
コア繊維及び／又は耐食性コーティング付きのコア繊維と腐食しやすいコーティングは、繊維長さ方向に沿って引張及び圧縮平衡状態にあり、
前記腐食しやすいコーティングは、コア繊維及び／又は耐食性コーティング付きのコア繊維の外に覆われる腐食駆動型スマート繊維であって、
当該腐食駆動型スマート繊維は、１本の繊維からなるか、又は、複数本の繊維を撚り合わせて形成されたストランドからなる、ことを特徴とする腐食駆動型スマート繊維。 Consists of core fibers and / or core fibers with a corrosion resistant coating, a corrosive coating,
The core fiber and / or the core fiber with a corrosion resistant coating is in a tensile stress state along the fiber length direction.
The perishable coating is in a compressive stress state along the fiber length direction.
Core fibers and / or core fibers with corrosion resistant coatings and perishable coatings are in tensile and compressive equilibrium along the fiber length direction.
The perishable coating is a corrosion-driven smart fiber that is overlaid on the core fiber and / or the core fiber with a corrosion resistant coating.
The corrosion-driven smart fiber is characterized by being composed of one fiber or a strand formed by twisting a plurality of fibers.
同じ腐食環境で、前記腐食しやすいコーティングの腐食速度は、耐食性コーティング付きのコア繊維の腐食速度よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の腐食駆動型スマート繊維。 In the same corrosive environment, the corrosion rate of the perishable coating is greater than the core fiber and / or
The corrosion-driven smart fiber according to claim 1, wherein in the same corrosion environment, the corrosion rate of the corrosive coating is higher than the corrosion rate of the core fiber with the corrosion resistant coating.
又は
前記腐食駆動型スマート繊維は、耐食性コーティング、コア繊維と腐食しやすいコーティングを含み、前記コア繊維の外の一部の位置又は全ての位置には、耐食性コーティングが覆われ、コア繊維の外の一部の位置又は全ての位置には、耐食性コーティングが覆われる時、得られた材料はＡと定義され、Ａ表面の一部の位置又は全ての位置には、腐食しやすいコーティングが覆われるか、
又は
前記腐食駆動型スマート繊維は、コア繊維、腐食しやすいコーティング、耐食性コーティングを含み、前記コア繊維の外には、腐食しやすいコーティングが覆われ、前記腐食しやすいコーティングの一部の位置には、耐食性コーティングが覆われるか、
又は
前記腐食駆動型スマート繊維は、コア繊維と腐食しやすいコーティングを含み、コア繊維の外の一部の位置又は全ての位置には、腐食しやすいコーティングが覆われ、前記コア繊維の外の一部の位置は、コア繊維の端を含み、コア繊維の端には、腐食しやすいコーティングが覆われる時、端の腐食しやすいコーティングの外には、耐食性コーティングがさらに覆われるか、
又は
前記腐食駆動型スマート繊維は、耐食性コーティング、コア繊維、腐食しやすいコーティングを含み、前記コア繊維の外の一部の位置又は全ての位置には、耐食性コーティングが覆われ、コア繊維の外の一部の位置又は全ての位置には、耐食性コーティングが覆われる時、得られた材料はＡと定義され、Ａ表面の一部の位置又は全ての位置には、腐食しやすいコーティングが覆われ、Ａの端には、腐食しやすいコーティングが覆われる時、端の腐食しやすいコーティングの外には、耐食性コーティングがさらに覆われ、
そのうち、コア繊維及び／又は耐食性コーティング付きのコア繊維は、繊維長さ方向に沿って引張応力状態にあり、前記腐食しやすいコーティングは、繊維長さ方向に沿って圧縮応力状態にあり、
同じ腐食環境で、前記腐食しやすいコーティングの腐食速度は、コア繊維よりも大きいか、及び／又は、同じ腐食環境で、前記腐食しやすいコーティングの腐食速度は、耐食性コーティング付きのコア繊維の腐食速度よりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の腐食駆動型スマート繊維。 The corrosion-driven smart fiber comprises a core fiber and a corrosive coating, and some or all positions outside the core fiber are covered with a corrosive coating.
Alternatively, the corrosion driven smart fiber comprises a corrosion resistant coating, a core fiber and a coating that is susceptible to corrosion, and some or all positions outside the core fiber are covered with a corrosion resistant coating and are outside the core fiber. When some or all positions are covered with a corrosion resistant coating, the resulting material is defined as A, and some or all positions on the surface of A are covered with a corrosive coating. ,
Alternatively, the corrosion-driven smart fiber comprises a core fiber, a perishable coating, a corrosion resistant coating, the core fiber being covered with a perishable coating, and at some locations of the perishable coating. , Corrosion resistant coating is covered
Alternatively, the corrosion-driven smart fiber comprises a core fiber and a corrosive coating, and some or all positions outside the core fiber are covered with a corrosive coating, which is one of the outer parts of the core fiber. The location of the portion includes the end of the core fiber, when the end of the core fiber is covered with a perishable coating, the outside of the perishable coating at the end is further covered with a corrosion resistant coating,
Alternatively, the corrosion driven smart fiber comprises a corrosion resistant coating, a core fiber, a corrosive coating, and some or all positions outside the core fiber are covered with a corrosion resistant coating and are outside the core fiber. When the corrosion resistant coating is covered in some or all positions, the resulting material is defined as A, and some or all positions on the surface of A are covered with a corrosive coating. When the edges of A are covered with a perishable coating, the outside of the perishable coating at the edges is further covered with a corrosion resistant coating.
Of these, the core fibers and / or the core fibers with a corrosion resistant coating are in a tensile stress state along the fiber length direction, and the perishable coating is in a compressive stress state along the fiber length direction.
In the same corrosive environment, the corrosion rate of the perishable coating is greater than the core fiber and / or in the same corrosive environment, the corrosion rate of the perishable coating is the corrosion rate of the core fiber with a corrosion resistant coating. The corrosion-driven smart fiber according to claim 1, which is larger than the above.
前記腐食駆動型スマート繊維の表面は、押し込み又はリブ付き形状であってもよく、
前記腐食駆動型スマート繊維の外形は、平直形、波形、フック形、ビッグヘッド形、ダブルビッグヘッド形である、ことを特徴とする請求項１に記載の腐食駆動型スマート繊維。 The cross-sectional shape of the corrosion-driven smart fiber is selected from one of circular, polygonal, and deformed cross-sections, and the deformed cross-sections are groove-shaped, cross-shaped, well-shaped, trilobal, plum-flower-shaped, and star-shaped. Including at least one of
The surface of the corrosion-driven smart fiber may be indented or ribbed.
The corrosion-driven smart fiber according to claim 1, wherein the outer shape of the corrosion-driven smart fiber is a flat type, a corrugated shape, a hook type, a big head type , and a double big head type.
又は
前記腐食駆動型スマート繊維は、腐食しやすいコーティング、コア繊維又は耐食性コーティング付きのコア繊維を含み、投錨端を除いてコア繊維又は耐食性コーティング付きのコア繊維の側面には、腐食しやすいコーティングが覆われる、ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の腐食駆動型スマート繊維。 The corrosion-driven smart fibers include a corrosive coating, a core fiber or a core fiber with a corrosion resistant coating, and the sides of the core fiber or the core fiber with a corrosion resistant coating are covered with a corrosive coating.
Alternatively, the corrosion-driven smart fiber comprises a corrosive coating, a core fiber or a core fiber with a corrosion resistant coating, and the side surface of the core fiber or the core fiber with a corrosion resistant coating has a corrosive coating except for the anchor end. The corrosion-driven smart fiber according to any one of claims 1 to 7, wherein the fiber is covered.
コア繊維又は耐食性コーティング付きのコア繊維に引張力を加えてから、その表面に領域を設定して腐食しやすいコーティングを調製し、引張力を除去して、サンプルが得られ、加えられる引張力は、コア繊維又は耐食性コーティング付きのコア繊維担持力の１０％から９０％である、ことを特徴とする腐食駆動型スマート繊維の調製方法。 The method for preparing a corrosion-driven smart fiber according to any one of claims 1 to 9.
Tensile force is applied to the core fiber or core fiber with a corrosion resistant coating, then a region is set on the surface to prepare a corrosive coating, the tensile force is removed, a sample is obtained, and the applied tensile force is , A method for preparing a corrosion driven smart fiber, characterized in that it is 10% to 90% of the core fiber carrying capacity of the core fiber or the core fiber with a corrosion resistant coating.
腐食駆動型スマート繊維の横断面積が一定である場合、
コア繊維の軸方向力の最大値を求め、まず、Ｆの導関数を取り、次の式を取得し、
Ｖｆが１６式の条件を満たし、Ｆが最大値を取得でき、即ち、Ｆｍａｘを取得し、
そのうち、
Ａは、スマート繊維の断面積である、ことを特徴とする請求項１０項に記載の腐食駆動型スマート繊維の調製方法。 In the whole corrosion-driven smart fiber, the best way to obtain it to maximize the prestress applied to the outside world by the smart fiber is as follows:
If the cross-sectional area of the corrosion-driven smart fiber is constant,
Find the maximum value of the axial force of the core fiber, first take the derivative of F, get the following equation,
V f satisfies the condition of 16 equations, F can acquire the maximum value, that is, Fmax is acquired, and
Of which
The method for preparing a corrosion-driven smart fiber according to claim 10, wherein A is a cross-sectional area of the smart fiber.
前記腐食駆動型スマート繊維をコンクリート又は繊維補強樹脂複合材料に用いることを含み、
前記腐食駆動型スマート繊維をコンクリートに用いる時、前記腐食駆動型スマート繊維がコンクリートに投錨され、その腐食駆動条件は、コンクリートの使用環境である、ことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載の腐食駆動型スマート繊維。 The application of the corrosion-driven smart fiber according to any one of claims 1 to 9.
Including the use of the corrosion driven smart fiber in concrete or fiber reinforced resin composite material,
13. Corrosion-driven smart fiber according to any one item.
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