[发明专利]一种碳纤维混凝土合成技术

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种碳纤维混凝土合成技术，尤其是机敏材料如形状记忆合金、压电陶瓷等也可与混凝土复合成应力应变自诊断功能的智能结构。。

【背景技术】

在土木工程领域，存在许多大型或特殊建筑结构，它们规模庞大，结构复杂，一旦失效，后果是灾难性的。为了提高建筑结构的安全性和耐久性，需要诊断结构材料内部的应力状态、应变量、缺陷或裂纹发展过程，以便及时采取修复和加固措施。因此，发展建筑结构的安全监测技术以及快捷方便的修复技术是非常必要的。

由于水泥基复合材料是土木工程应用最广泛的结构材料，为了实现建筑结构健康的实时在线监测、诊断，将具有感知、驱动等功能的机敏材料融合到混凝土，可使混凝土结构成为具有自诊断、自修复、自增强和自适应等功能的智能结构。例如，将光纤埋入混凝土制作的机敏结构，通过获取因结构变形、产生裂缝导致的光的变化信息，实现结构内部状态的自诊断和自监测。上世纪九十年代这一技术已用于美国Schiessbergstrasse大桥桥面混凝土结构的裂缝和德国Schmalwasser混凝土芯墙坝横缝的三向位移监测。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种碳纤维混凝土合成技术，它机敏材料的普遍特点是与水泥基复合材料是不相容的，它们的加入，对混凝土结构的稳定性耐久性有一定的影响。

为解决上述技术问题，本发明所采用技术方案是：碳纤维增强混凝土(CFRC)是在普通混凝土中分散均匀地加入碳纤维而构成的，具有高比强度、高比模量、良好的抗弯、抗拉强度，是七十年代末期发展起来的水泥基复合材料，并从八十年代中期逐渐应用于许多大型建筑的外墙墙板。由于碳纤维是导电的，因此由碳纤维和碳纤维间未水化的水泥颗粒、水化产物、裂纹等阻隔所形成的势垒构成了具有一定电阻的导电网络。随材料内部应力状态的变化，碳纤维混凝土的电阻也会发生变化，这就是碳纤维混凝土的压敏性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：电阻率的可逆变化对应于材料的弹性应变，不可逆变化对应于非弹性的变形和断裂，其作为应变传感器的灵敏度远高于一般的电阻应变片，对于疲劳造成的微小损伤也能从电阻变化中得到预报。

【具体实施方式】

碳纤维混凝土的制备关键是保证碳纤维的均匀分布，可采用甲基纤维素分散碳纤维，并在水泥中加入极细的无机外加剂(如硅粉)，以分散碳纤维和增加碳纤维与基体间的粘结力；预埋不锈钢作为电极，四探针法测量直流电阻，恒电流/恒电位系统测试交流阻抗；采用声发射技术监测混凝土地损伤状态；电阻应变片测量材料的应变大小；X-射线衍射测量混凝土物相以及界面水化结晶产物的晶粒尺寸；SEM电镜观察显微结构；电子能量损伤谱、XPS、俄歇电子能谱研究材料的微区成分。

1、采取改变水灰比、集料间的级配以及添加细矿物掺料，改变碳纤维混凝土的孔隙率及孔径分布，孔径分布采用高压汞测孔仪得到。研究孔隙率及孔径分布对压敏性的影响；

2、养护期不同，水化程度、水化产物比例不同对压敏性的影响；

3、改变环境温度或使用热源加热，研究在-10-50℃范围间，在各恒定温度下或不同变温速率下，电阻对负载变化的反应，即压敏性能的变化；

4、利用碳纤维混凝土交流阻抗研究其压敏性，消除极化电势，就可避免压电、热电效应产生的影响。