[实用新型]GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土无线传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种工程结构无线监测用氧化石墨烯增强碳纳米管覆膜砂的智能混凝土无线传感器。

背景技术

处于暴露环境中的混凝土交通桥梁、路面、建筑物、大型基础和人行道等易受到重复碾压荷载与长期磨损剥蚀为主要致损因素的损坏，且这种损坏还可能随着更多、更大重型车辆或更大有效承载运输工具的使用而加剧和更频繁地发生。因此，将水泥(混凝土)基材中掺加各类导电/压电填料，诸如炭黑、碳纤维、镍粉、碳纳米管(CNT)、石墨烯纳米片(GnP)、锆钛酸铅(PZT)、聚偏氟二乙烯(PVDF)等，进而制成压阻、压电、压阻/压电复合型传感器，并有效提升这些传感器的抗裂韧性、耐磨蚀性及与结构体系的兼容性。与此同时，利用这些本征传感器的电学性能(电压、电流、电阻率、电容、阻抗等)随所受应力、应变信号的变化而变化的智能特性，并通过外粘、内嵌等工艺，实现对这些交通结构的关键部位进行实时、在位的智能检测、监测就显得极为重要。

中国专利公开号CN106007553A、CN105268339A分别首次公开了一种先将CNT均匀分散于聚乙烯醇胶体、纳米硅胶中，之后将制备的CNT/聚乙烯醇预聚合溶液、CNT/纳米硅胶溶液作为复合改性剂掺入到水泥砂浆中，有效阻止CNT产生团聚，并充分发挥CNT、聚乙烯醇或纳米硅胶在水泥基材料中的韧性及耐久性增强效果，并且能够通过内部电阻变化反映出基材内部应力变化。国际专利ZL200980125145.1用水泥熟料作为锚固过渡金属的纳米颗粒的基底允许在水泥熟料颗粒和晶粒上连续、大规模合成产生CNT，进而形成后续CNT/水泥熟料复合物及结构产品。中国专利公开号CN106277876A公开了采用原位聚合法在CNT表面负载具有良好导电及亲水性能的聚吡咯导电高分子，并将其作为导电填料添加到水泥基体中，制成了具有良好导电性能、自感知性能和力学性能的水泥基导电复合材料。

尽管上述专利中通过不同工艺将CNT导电改性剂添加到水泥或砂浆基体中，对增强水泥复合材料有着不同的优势和独特的作用，但它们设计和制备的方法基本还是一样的。具体方法就是在混合过程中分散导电填料，要么是在干燥的环境下将导电填料和其他组分混合，要么是先混合添加剂(聚乙烯醇、纳米硅胶)然后添加到混合物中。对于这两种方法，导电填料(CNT)集聚、改性剂材料的均匀性以及混合体系稠度都很难被控制或者保证。此外，还不能实现传感材料的大规模制备工艺，生产成本很难降下来，这将极大地限制其在量大面广的建筑结构在线监测、交通智能监测、室内取暖与户外融雪化冰等技术领域中的广泛应用。

实用新型内容

本实用新型为克服上述缺陷，提供一种新的GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土无线传感器。

本实用新型采用如下技术方案：

一种GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土无线传感器，包括GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土、天线基片、平面天线和封装层，所述GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土内嵌网状对电极，并接入分布式监测节点，所述天线基片及平面天线分别粘贴在GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土块或片体两平行对面，并接入无线数据传输通信设备，所述封装层喷涂在GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土四周。

优选地，所述分布式监测节点涵盖微处理器、总线接口、通信接口和数据采集板。

优选地，用航空插头将网状对电极接入分布式监测节点。

优选地，所述天线基片及平面天线分别用导电银浆粘贴。

优选地，所述无线数据传输通信设备涵盖矢量分析仪、模数转换器及解调器。

优选地，所述封装层用聚醚喷剂喷成。

所述GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土无线传感器的制备方法，包括如下步骤：

模压成型GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土块或片，烘干后用航空插头将GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土内嵌对电极接入涵盖微处理器、总线接口、通信接口、数据采集板的分布式监测节点；并在智能混凝土块或片体两平行对面分别用导电银浆粘贴天线基片及平面天线，然后接入涵盖矢量分析仪、模数转换器及解调器的无线数据传输通信设备，实现无线数据的通信传输；之后在智能混凝土四周用聚醚喷剂喷成一绝缘、绝湿的封装薄层，其组合聚合物乳液防水效能共同形成密实封装层。

所述自带平面天线的GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土无线传感器，可实现无线数据传输与通信，这种自带天线传感器形状可以是混凝土粗骨料块体、也可以是压实的圆薄片状；传感器的大小可根据实际需求调整。

其中，所述GO增强CNT覆膜砂的智能混凝土，包括具有以下质量份数的各组分：