[發明專利]預制智能FRP-混凝土復合結構的制備工藝

有效

• 申請號: 201210443620.3
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102922602A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 楊才千;焦友進;吳智深;王紅濤;楊小聰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B28B23/04
• 分類號: B28B23/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種基于碳纖維傳感的混凝土復合結構的制備工藝，屬于智能材料與結構、土木工程技術領域。

背景技術

?預制混凝土技術是工業化生產的標志。自從19世紀末預制混凝土技術開始運用到工程中，預制混凝土結構已經廣泛用于工業與民用建筑、橋梁道路、水工建筑、大型容器等工程結構領域，發揮著不可替代的作用。

????預制混凝土和現澆混凝土相比主要有以下優點：l）產品質量好。預制混凝土產品大部分在工廠制作，生產條件好，質量易于控制。據調查(Basler，1963)，預制混凝土工廠生產的混凝土強度變異系數為7%，而施工現場生產的現澆混凝土強度變異系數為17%。預制工廠生產的產品在強度、密實性、耐久性、防水性等方面都比現場澆注的混凝土更有保證；同時工廠生產可以使用復雜、精細的模板，預制構件的造型富于變化，混凝土表面質量好可以不用粉刷直接作為清水混凝土構件使用。2)生產效率高。預制混凝土產品大部分在工廠用機械化、自動化的方式生產，生產效率高于現場澆筑混凝土的生產方式。3）工人勞動條件好。由于多采用機械化和自動化的生產設備，工人勞動條件和勞動強度都好于現場現澆混凝土的施工方式。4)對環境影響小。相對于現場澆筑構件，預制混凝土構件在工廠制作可以嚴格控制廢水、廢料和噪音污染。5）節約資源、利于社會可持續發展。由于工廠生產預制混凝土多采用高強材料和預應力技術，和普通現澆混凝土相比可以大量節省材料，還可以大量利用廢舊混凝土、礦渣、粉煤灰、工業廢料等來生產預制混凝土產品。同時，預制混凝土結構的拆除也相對容易，且拆除構件修復后重復利用率高。這些對充分合理利用自然資源，保證社會可持續發展具有重要意義。

早期預制混凝土主要用于建筑中的非結構構件，如非承重墻板、建筑裝飾構件等。隨著科技的不斷發展以及社會化大生產的需要，預制混凝土技術有了迅速的發展，具有上述諸多優點，已可用于承重性構件。近來，在預制結構中采用了高強材料和預應力技術，大幅提高了預制結構的性能，出現了諸如大跨度預應力梁、折板、T型板、預應力拼接的節點等新型結構，且在土木工程中得到了廣泛的應用，特別是在大跨橋梁結構。

預制構件現場安裝也多采用機械化方式施工，不需要或需要很少現澆混凝土作業，減少了現澆混凝土的養護時間，施工方便快捷，受季節和天氣的影響較小。利用清水混凝土構件或預先做好建筑飾面的混凝土構件可以在安裝后直接投入使用，省去了裝修過程。采用預制混凝土技術，在確保工程質量的基礎上施工工期可以顯著縮短，在勞動力成本逐漸增高和以人為本的社會要求下，從而帶來綜合經濟效益的提高。

近年來，隨著材料的不斷發展與更新，纖維增強樹脂復合材料（FRP）被用于土木工程中，其抗拉強度為普通碳鋼的5倍以上，而密度只有鋼材的1/3至1/5，且具有良好的耐腐蝕/耐久性，自開發以來便一直倍受關注。碳纖維增強復合材料（CFRP）是FRP復合材料中非常重要的一類，具有超過一般纖維材料的優越力學性能和物化性能，密度只有普通低碳鋼的四分之一，但拉伸強度卻有10倍左右，具有比普通金屬材料更高的抗疲勞性能，熱膨脹系數幾乎為零，抗腐蝕性能優良。高強度碳纖維的彈性模量(230GPa)與普通低碳鋼的基本相當，但是高彈性模量碳纖維的彈性模量可達到普通鋼鐵的3倍以上。此外，碳纖維還具有良好的導電性和壓阻效應。利用其電學性能可以制作智能傳感器，國內外對其進行了較多研究。利用其優良的力學性能以及施工上的便利可以用來加固或者修復損傷結構，由于FRP復合材料具有良好的抗腐蝕性能，國內外（特別是北歐、美國等冬季需要使用大量融雪鹽的國家和地區）正在積極開展用FRP復合材料代替傳統鋼材（如制作成FRP筋埋入混凝土）制作混凝土結構的研究，以避免混凝土中鋼材腐蝕所帶來的危害。由于FRP這些特性，被視為預制預應力混凝土結構的一種較為理想材料。

預制普通混凝土結構雖然在土工工程中已大量運用，但存在著跨度小、自重大、抗裂性能差等缺點；預制預應力混凝土的出現，雖然使得跨度、自重、抗裂性能都有了較好的提高，但也存在一些缺陷：1）耐久性，預應力筋的腐蝕以及混凝土碳化等嚴重影響預應力混凝土的耐久性；2）預應力損失，管道摩阻力損失（由于預應力材料在管道內進行張拉，越遠離張拉端，損失越大）都對預應力有著嚴重的影響；3）預制質量，預應力混凝土管道壓漿的質量很難得到保證。