[發明專利]基于壓電陶瓷的智能混雜復合FRP預應力筋及其制備方法

有效

• 申請號: 201410066387.0
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN103883076A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 蔣田勇;田仲初;羅舟滔;梁瀟;江名峰
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: E04C5/07
• 分類號: E04C5/07;E04C5/08;G01L1/16;G01N27/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及屬于土木、交通等領域的新材料開發領域,特別是一種基于壓電陶瓷的智能混雜復合FRP預應力筋及其制備方法。

背景技術

纖維增強復合材料FRP(Fiber?Reinforced?Polymer/Plastic)筋是由連續的玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維與聚酯、乙烯基或環氧等樹脂復合而成的一種高性能筋材。高級復合材料尤其是碳纖維增強復合材料CFRP(Carbon?Fiber?Reinforced?Polymer/Plastic)筋以其強度高(有的高于3000MPa，約為高強預應力鋼筋的2倍)、重量輕(約為鋼材的1/5)、免銹蝕和抗疲勞性能好等優異性能極有希望成為處于惡劣自然環境下橋梁結構中傳統普通鋼筋、高強鋼絲和鋼絞線的潛在替代品。在非預應力FRP筋混凝土結構中，由于FRP筋的彈性模量相對較低，結構的變形較大，從而FRP筋的高強度一般得不到有效的發揮。為了充分發揮FRP筋輕質高強、耐腐蝕和抗疲勞性能好的特點，可以將FRP筋作為預應力筋用在各類結構中。但是，用FRP筋施加預應力增強混凝土結構，可以提高其使用階段的極限承載力，但延性性能卻大大降低了，這對工程抗震來說是非常不利的。又由于FRP沒有明顯的塑性流動階段，FRP結構的破壞往往表現出脆性性質，這對于結構的安全使用也是不利的。這就導致FRP筋在土木工程的預應力混凝土結構中應用受到限制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種基于壓電陶瓷的智能混雜復合FRP預應力筋及其制備方法，提高FRP預應力筋的延性性能，改善FRP預應力筋的抗剪性能，使FRP預應力筋不但可用于土木結構的新建結構，而且可以應用于混凝土結構的增強加固以及結構的損傷監測。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種基于壓電陶瓷的智能混雜復合FRP預應力筋制備方法，該方法為：

1）在FRP預應力筋材表面沿埋長方向開設多個凹槽，所述凹槽大小與壓電陶瓷片大小匹配，沿埋長方向在FRP預應力筋材表面一側的凹槽內粘貼作為驅動器的壓電陶瓷片，并用環氧樹脂膠封裝壓電陶瓷片；

2）將鋼絲網一端與FRP預應力筋材粘結固定，將鋼絲網鋪設平整，并在鋼絲網上均勻涂刷環氧樹脂，保證鋼絲網與FRP預應力筋材界面處的環氧樹脂浸漬飽滿；

3）壓緊鋼絲網的另一端，轉動FRP預應力筋材并施加與FRP預應力筋材軸向垂直的張拉力，使鋼絲網密實均勻包裹FRP預應力筋；

4）沿FRP預應力筋材軸向擠去多余的環氧樹脂，將浸漬過環氧樹脂的纖維布帶纏繞在鋼絲網上；

5）在纖維布帶表面沿埋長方向固定多個作為傳感器的壓電陶瓷片，即得到壓電陶瓷智能混雜復合FRP預應力筋。

所述纖維布帶與FRP預應力筋材軸向成45度角。

本發明還提供了一種利用上述方法制備的基于壓電陶瓷的智能混雜復合FRP預應力筋，包括FRP預應力筋材，所述FRP預應力筋材表面沿埋長方向開設有多個凹槽，每一個凹槽內固定有一個用作驅動器的壓電陶瓷片，所述FRP預應力筋材外包裹有表面涂刷有環氧樹脂層的鋼絲網，所述鋼絲網表面均勻涂刷環氧樹脂層，所述鋼絲網外表面纏繞浸漬有環氧樹脂的纖維布帶，所述纖維布帶表面沿埋長方向固定有多個用作傳感器的壓電陶瓷片；所有用作驅動器的壓電陶瓷片和用作傳感器的壓電陶瓷片表面均涂有防水層，且所有壓電陶瓷片與所述凹槽之間均設有絕緣層。

所述絕緣防水層材料為環氧樹脂，所述絕緣防水層厚度為0.08～0.12mm。

本發明提供了一種基于壓電陶瓷分析的FRP筋預應力和損傷監測裝置監測裝置，包括上述智能混雜復合FRP預應力筋，所述多個用作傳感器的壓電陶瓷片均與函數發生器連接，所述用作驅動器的壓電陶瓷片均與數據采集儀連接，所述數據采集儀接入計算機。

每一個用作驅動器的壓電陶瓷片與數據采集儀之間均接有電荷適配器。

所述函數發生器的頻率為500H～10KHz。