[實用新型]一種混凝土結(jié)構(gòu)物應(yīng)力應(yīng)變傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201620114124.7
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN205352590U
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葛智;武新勝;孫仁娟;高瑩;周健;李晨;韓少龍
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于土木工程領(lǐng)域，具體涉及一種混凝土結(jié)構(gòu)物應(yīng)力應(yīng)變傳感器。

背景技術(shù)

在土木工程領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測對結(jié)構(gòu)物破壞預(yù)測、災(zāi)害預(yù)警等具有十分重要的意義，對結(jié)構(gòu)物的維修養(yǎng)護具有指導(dǎo)作用。

混凝土材料是當(dāng)今使用最為普遍和廣泛的建筑材料。混凝土材料具有高強度、高模量、高耐久性等優(yōu)點，在土木工程各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。而混凝土作為一種脆性材料，其破壞具有突變性，這使得其破壞具有不可預(yù)測性，易造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失。因而對于混凝土結(jié)構(gòu)物，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測尤為重要。目前常見的做法是在混凝土結(jié)構(gòu)物中預(yù)埋傳感器，例如電磁致伸縮材料傳感器、光纖傳感器等，這類傳感器的缺點是壽命短、抗干擾能力差、造價高且植入在混凝土結(jié)構(gòu)物中后成活率較低。此外，這類材料一般與混凝土結(jié)構(gòu)物相容性不高，因而會影響混凝土結(jié)構(gòu)物自身的性能。

在混凝土結(jié)構(gòu)物中，也有采用水泥基材料作為基體的機敏材料來制作傳感器，這種傳感器的缺陷在于：水泥基材料本身由于水分散失等問題會致使基體產(chǎn)生收縮裂縫從而導(dǎo)致基體內(nèi)部缺陷，降低傳感器的品質(zhì)；采用水泥基材料制作傳感器需要進行長時間的養(yǎng)護，周期較長，使用不便；由于水泥基材料基體存在由水分蒸發(fā)產(chǎn)生的毛細孔以及內(nèi)部缺陷，其電阻率易受到水分的影響，傳感器存在穩(wěn)定性問題。

而采用機敏材料與樹脂基體組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)作為傳感器，由于構(gòu)造復(fù)雜，制作繁瑣，不利于傳感器的推廣使用。

現(xiàn)有技術(shù)中，一般常將導(dǎo)電填料加入到環(huán)氧樹脂等聚合物中以改善其導(dǎo)電性能，在惡劣環(huán)境下，這種復(fù)合材料可作為金屬材料的替代品，既能起到導(dǎo)電作用，又能抵抗各種環(huán)境的侵蝕作用。在土木工程領(lǐng)域，常采用環(huán)氧樹脂作為結(jié)構(gòu)粘接材料或者各種涂層，而這種由導(dǎo)電填料和環(huán)氧樹脂組成的導(dǎo)電填料在土木工程領(lǐng)域中應(yīng)用較少。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種混凝土結(jié)構(gòu)物應(yīng)力應(yīng)變傳感器，該傳感器性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長、與混凝土結(jié)構(gòu)物相容性好、制作簡單、造價低、埋設(shè)簡便、成活率高。本實用新型采用環(huán)氧樹脂作為基體材料，相比于水泥基基體材料的有點在于固化迅速，強度形成時間快，無需長時間養(yǎng)護，且基體材料本身不含毛細孔結(jié)構(gòu)，因此不受水分的影響；本實用新型所提供的傳感器基體由整塊機敏材料構(gòu)成，避免了復(fù)合結(jié)構(gòu)造成的構(gòu)造復(fù)雜以及制作繁瑣的問題。本實用新型中利用環(huán)氧樹脂-導(dǎo)電填料復(fù)合材料的機敏性，將其作為一種傳感器，引用到土木工程領(lǐng)域，用以監(jiān)測各種土木結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，為環(huán)氧樹脂材料在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了一條新思路。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案：

一種混凝土結(jié)構(gòu)物應(yīng)力應(yīng)變傳感器，包括環(huán)氧樹脂機敏材料基體，所述環(huán)氧樹脂機敏材料基體內(nèi)部按設(shè)定間距布設(shè)若干內(nèi)置電極，內(nèi)置電極與環(huán)氧樹脂機敏材料基體的受力面相平行，環(huán)氧樹脂機敏材料基體表面均勻包裹有外部封裝層；所述內(nèi)置電極與外接導(dǎo)線連接，外接導(dǎo)線延伸至外部封裝層外部。

所述內(nèi)置電極為金屬絲縱橫垂直交錯布置形成的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)；采用這種網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)置電極便于制作，且埋設(shè)方便。環(huán)氧樹脂與大多數(shù)金屬之間具有較好的粘結(jié)強度，采用金屬絲制成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)作為電極有利于傳感器的整體性。

所述內(nèi)置電極的橫向金屬絲之間的間距與豎向金屬絲之間的間距相等。

優(yōu)選的，所述內(nèi)置電極的橫向金屬絲之間的間距為2～15mm；間距太大會降低電極的有效性，間距太小會導(dǎo)致傳感器內(nèi)部出現(xiàn)斷層，影響傳感器的性能。

優(yōu)選的，所述內(nèi)置電極的豎向金屬絲之間的間距為2～15mm；間距太大會降低電極的有效性，間距太小會導(dǎo)致傳感器內(nèi)部出現(xiàn)斷層，影響傳感器的性能。

組成所述網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的金屬絲的直徑為0～1mm；金屬絲過粗易影響傳感器的性能。

所述外接導(dǎo)線包括金屬絲導(dǎo)線，所述金屬絲導(dǎo)線外部包裹有絕緣層。

所述環(huán)氧樹脂機敏材料基體由環(huán)氧樹脂和納米導(dǎo)電填料的混合物制成；納米導(dǎo)電填料可采用碳納米管以及石墨烯，采用納米導(dǎo)電填料能夠提高環(huán)氧樹脂基體的性能。納米導(dǎo)電填料與環(huán)氧樹脂的比例關(guān)系要根據(jù)所采用環(huán)氧樹脂以及納米導(dǎo)電填料的種類進行選用，例如對于雙酚A型環(huán)氧樹脂以及多壁碳納米管，導(dǎo)電填料與環(huán)氧樹脂一般采用0.5:100～10：100的比例。

所述外部封裝層由不含導(dǎo)電填料的環(huán)氧樹脂固化物制成；外部封裝層的環(huán)氧樹脂以及固化劑采用與環(huán)氧樹脂機敏材料基體同樣的材料類型以及混合比例，以保證整個傳感器的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

一種混凝土結(jié)構(gòu)物應(yīng)力應(yīng)變傳感器的監(jiān)測方法，包括以下步驟：