[發明專利]基于導電聚合物拉敏效應的混凝土開裂監測方法

有效

• 申請號: 201310312663.2
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103399049A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 崔新壯;李術才;隋偉;楊為民;張炯;高智珺;張娜
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N27/20
• 分類號: G01N27/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種基于導電聚合物拉敏效應的混凝土開裂監測方法，屬于土木工程領域。

背景技術

混凝土作為工程施工中的一種重要材料可以應用于幾乎所有建設項目中，但混凝土本身由于種種原因有發生開裂的風險，若作為結構物的混凝土一旦開裂，其承載力將迅速下降，繼而引發斷裂，導致建筑物破壞，造成巨大社會經濟損失甚至引發生命危險。然而，混凝土的開裂是一個長時間的過程，實踐表明只有混凝土內部損傷狀態發展到一定程度時，開裂才會在表面顯現出來，這樣往往延誤了修復和預警的最佳時機。因此，對混凝土的開裂進行監測具有重要意義。近年來,由高分子聚合物合成的土工材料(如土工格柵等),因其強度高、耐腐蝕、柔性大、運輸方便等優點，被廣泛應用于工程中。然而現今尚未有可以自檢測的加固土工材料。本發明將基于導電聚合物的拉敏效應，提出一種混凝土變形分布式自檢測技術。機敏導電聚合物強度高、柔性大、耐久性好、成本低，自檢測技術不需要在材料內部埋入傳感器，避免因為外部傳感器的植入引起材料的強度和性能下降等現象，而且檢測準確及時，性能穩定。本方案不僅具有重要的理論創新價值和工程意義，而且研究成果有著廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于導電聚合物拉敏效應的混凝土開裂監測方法，它具有為混凝土工程持久穩定設計及全壽命周期監測與預警提供理論依據與技術支持的優點。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于導電聚合物拉敏效應的混凝土開裂監測方法，具體步驟為：

步驟一：在導電聚合物表面涂上一層保護涂層；

步驟二：測得導電聚合物的拉應變值與聚合物的電阻率的關系式為：當導電聚合物的電阻率不再發生變化時，測得的導電聚合物的拉應變值即為導電聚合物的容許拉應變值，其中Ω₀為聚合物的標準電阻值，Ω為聚合物的實際電阻值，ε為導電聚合物的拉應變值，a、b、c為系數；

步驟三：將導電聚合物和混凝土澆筑成所需要的形狀，并從導電聚合物中引出導線；

步驟四：引出的導線與電阻測量裝置連接，實時采集導電聚合物的實際電阻值；

步驟五：根據導電聚合物的電阻率與導電聚合物的拉應變值ε的關系，確定導電聚合物的實際拉應變值ε_ti，并與導電聚合物容許拉應變值做比較；

步驟六：設導電聚合物的容許拉應變值為ε_ai，安全系數若有K>1，即導電聚合物的實際拉應變ε_ti高于聚合物的容許拉應變，混凝土有開裂危險，否則，混凝土沒有開裂危險。

所述步驟三中的導線外包上一層絕緣保護層。

所述步驟四中電阻測量裝置為歐姆表。

本發明的有益效果：使用本發明，具有加筋補強的作用，能有效地降低混凝土開裂的風險，不僅可以避免混凝土開裂后才被發現的情況，可提前疏散建筑物內的人員，保證了建筑物內人員的安全，延長結構物的壽命。

附圖說明

圖1為導電聚合物滲濾現象示意圖；

圖2為混凝土拉伸應力-應變曲線；

圖3為導電聚合物的鋪設示意圖。

其中，1.導線，2.導電聚合物，3.鋼筋，4.混凝土梁。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

機敏導電聚合物本身有較高的強度，植入混凝土中具有加筋補強作用，能有效地降低混凝土開裂的風險；導電高分子材料目前已在能源、光電子器件、信息、傳感器、分子導線和器件，以及電磁屏蔽、金屬防腐和隱身技術等領域得到了廣泛應用，填充復合型導電高分子材料是應用最廣泛的導電復合材料，它是在基體聚合物中加入炭黑、碳纖維、石墨、碳納米管等導電填料復合而成。導電復合材料的導電行為一般呈現典型的滲濾現象，如圖1所示。當填料含量增加到某一閾值時,在某一區域內復合材料電阻率急劇下降，這一區域被稱作滲濾區域。機敏材料具有感知和驅動功能，某些導電高分子復合材料也具有機敏性，經過特殊設計后表現出一些特殊效應，如拉敏效應。拉敏效應是指在外部拉力作用下導電性發生轉變的過程(低阻→高阻)，拉敏效應的出現是由于當復合材料變形超過某臨界值時，導電通路被部分破壞而呈高阻態。