[发明专利]基于导电聚合物拉敏效应的混凝土开裂监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于导电聚合物拉敏效应的混凝土开裂监测方法，属于土木工程领域。

背景技术

混凝土作为工程施工中的一种重要材料可以应用于几乎所有建设项目中，但混凝土本身由于种种原因有发生开裂的风险，若作为结构物的混凝土一旦开裂，其承载力将迅速下降，继而引发断裂，导致建筑物破坏，造成巨大社会经济损失甚至引发生命危险。然而，混凝土的开裂是一个长时间的过程，实践表明只有混凝土内部损伤状态发展到一定程度时，开裂才会在表面显现出来，这样往往延误了修复和预警的最佳时机。因此，对混凝土的开裂进行监测具有重要意义。近年来,由高分子聚合物合成的土工材料(如土工格栅等),因其强度高、耐腐蚀、柔性大、运输方便等优点，被广泛应用于工程中。然而现今尚未有可以自检测的加固土工材料。本发明将基于导电聚合物的拉敏效应，提出一种混凝土变形分布式自检测技术。机敏导电聚合物强度高、柔性大、耐久性好、成本低，自检测技术不需要在材料内部埋入传感器，避免因为外部传感器的植入引起材料的强度和性能下降等现象，而且检测准确及时，性能稳定。本方案不仅具有重要的理论创新价值和工程意义，而且研究成果有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于导电聚合物拉敏效应的混凝土开裂监测方法，它具有为混凝土工程持久稳定设计及全寿命周期监测与预警提供理论依据与技术支持的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于导电聚合物拉敏效应的混凝土开裂监测方法，具体步骤为：

步骤一：在导电聚合物表面涂上一层保护涂层；

步骤二：测得导电聚合物的拉应变值与聚合物的电阻率的关系式为：当导电聚合物的电阻率不再发生变化时，测得的导电聚合物的拉应变值即为导电聚合物的容许拉应变值，其中Ω₀为聚合物的标准电阻值，Ω为聚合物的实际电阻值，ε为导电聚合物的拉应变值，a、b、c为系数；

步骤三：将导电聚合物和混凝土浇筑成所需要的形状，并从导电聚合物中引出导线；

步骤四：引出的导线与电阻测量装置连接，实时采集导电聚合物的实际电阻值；

步骤五：根据导电聚合物的电阻率与导电聚合物的拉应变值ε的关系，确定导电聚合物的实际拉应变值ε_ti，并与导电聚合物容许拉应变值做比较；

步骤六：设导电聚合物的容许拉应变值为ε_ai，安全系数若有K>1，即导电聚合物的实际拉应变ε_ti高于聚合物的容许拉应变，混凝土有开裂危险，否则，混凝土没有开裂危险。

所述步骤三中的导线外包上一层绝缘保护层。

所述步骤四中电阻测量装置为欧姆表。

本发明的有益效果：使用本发明，具有加筋补强的作用，能有效地降低混凝土开裂的风险，不仅可以避免混凝土开裂后才被发现的情况，可提前疏散建筑物内的人员，保证了建筑物内人员的安全，延长结构物的寿命。

附图说明

图1为导电聚合物渗滤现象示意图；

图2为混凝土拉伸应力-应变曲线；

图3为导电聚合物的铺设示意图。

其中，1.导线，2.导电聚合物，3.钢筋，4.混凝土梁。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

机敏导电聚合物本身有较高的强度，植入混凝土中具有加筋补强作用，能有效地降低混凝土开裂的风险；导电高分子材料目前已在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和器件，以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术等领域得到了广泛应用，填充复合型导电高分子材料是应用最广泛的导电复合材料，它是在基体聚合物中加入炭黑、碳纤维、石墨、碳纳米管等导电填料复合而成。导电复合材料的导电行为一般呈现典型的渗滤现象，如图1所示。当填料含量增加到某一阈值时,在某一区域内复合材料电阻率急剧下降，这一区域被称作渗滤区域。机敏材料具有感知和驱动功能，某些导电高分子复合材料也具有机敏性，经过特殊设计后表现出一些特殊效应，如拉敏效应。拉敏效应是指在外部拉力作用下导电性发生转变的过程(低阻→高阻)，拉敏效应的出现是由于当复合材料变形超过某临界值时，导电通路被部分破坏而呈高阻态。