[发明专利]预制智能FRP-混凝土复合结构的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于碳纤维传感的混凝土复合结构的制备工艺，属于智能材料与结构、土木工程技术领域。

背景技术

 预制混凝土技术是工业化生产的标志。自从19世纪末预制混凝土技术开始运用到工程中，预制混凝土结构已经广泛用于工业与民用建筑、桥梁道路、水工建筑、大型容器等工程结构领域，发挥着不可替代的作用。

    预制混凝土和现浇混凝土相比主要有以下优点：l）产品质量好。预制混凝土产品大部分在工厂制作，生产条件好，质量易于控制。据调查(Basler，1963)，预制混凝土工厂生产的混凝土强度变异系数为7%，而施工现场生产的现浇混凝土强度变异系数为17%。预制工厂生产的产品在强度、密实性、耐久性、防水性等方面都比现场浇注的混凝土更有保证；同时工厂生产可以使用复杂、精细的模板，预制构件的造型富于变化，混凝土表面质量好可以不用粉刷直接作为清水混凝土构件使用。2)生产效率高。预制混凝土产品大部分在工厂用机械化、自动化的方式生产，生产效率高于现场浇筑混凝土的生产方式。3）工人劳动条件好。由于多采用机械化和自动化的生产设备，工人劳动条件和劳动强度都好于现场现浇混凝土的施工方式。4)对环境影响小。相对于现场浇筑构件，预制混凝土构件在工厂制作可以严格控制废水、废料和噪音污染。5）节约资源、利于社会可持续发展。由于工厂生产预制混凝土多采用高强材料和预应力技术，和普通现浇混凝土相比可以大量节省材料，还可以大量利用废旧混凝土、矿渣、粉煤灰、工业废料等来生产预制混凝土产品。同时，预制混凝土结构的拆除也相对容易，且拆除构件修复后重复利用率高。这些对充分合理利用自然资源，保证社会可持续发展具有重要意义。

早期预制混凝土主要用于建筑中的非结构构件，如非承重墙板、建筑装饰构件等。随着科技的不断发展以及社会化大生产的需要，预制混凝土技术有了迅速的发展，具有上述诸多优点，已可用于承重性构件。近来，在预制结构中采用了高强材料和预应力技术，大幅提高了预制结构的性能，出现了诸如大跨度预应力梁、折板、T型板、预应力拼接的节点等新型结构，且在土木工程中得到了广泛的应用，特别是在大跨桥梁结构。

预制构件现场安装也多采用机械化方式施工，不需要或需要很少现浇混凝土作业，减少了现浇混凝土的养护时间，施工方便快捷，受季节和天气的影响较小。利用清水混凝土构件或预先做好建筑饰面的混凝土构件可以在安装后直接投入使用，省去了装修过程。采用预制混凝土技术，在确保工程质量的基础上施工工期可以显著缩短，在劳动力成本逐渐增高和以人为本的社会要求下，从而带来综合经济效益的提高。

近年来，随着材料的不断发展与更新，纤维增强树脂复合材料（FRP）被用于土木工程中，其抗拉强度为普通碳钢的5倍以上，而密度只有钢材的1/3至1/5，且具有良好的耐腐蚀/耐久性，自开发以来便一直倍受关注。碳纤维增强复合材料（CFRP）是FRP复合材料中非常重要的一类，具有超过一般纤维材料的优越力学性能和物化性能，密度只有普通低碳钢的四分之一，但拉伸强度却有10倍左右，具有比普通金属材料更高的抗疲劳性能，热膨胀系数几乎为零，抗腐蚀性能优良。高强度碳纤维的弹性模量(230GPa)与普通低碳钢的基本相当，但是高弹性模量碳纤维的弹性模量可达到普通钢铁的3倍以上。此外，碳纤维还具有良好的导电性和压阻效应。利用其电学性能可以制作智能传感器，国内外对其进行了较多研究。利用其优良的力学性能以及施工上的便利可以用来加固或者修复损伤结构，由于FRP复合材料具有良好的抗腐蚀性能，国内外（特别是北欧、美国等冬季需要使用大量融雪盐的国家和地区）正在积极开展用FRP复合材料代替传统钢材（如制作成FRP筋埋入混凝土）制作混凝土结构的研究，以避免混凝土中钢材腐蚀所带来的危害。由于FRP这些特性，被视为预制预应力混凝土结构的一种较为理想材料。

预制普通混凝土结构虽然在土工工程中已大量运用，但存在着跨度小、自重大、抗裂性能差等缺点；预制预应力混凝土的出现，虽然使得跨度、自重、抗裂性能都有了较好的提高，但也存在一些缺陷：1）耐久性，预应力筋的腐蚀以及混凝土碳化等严重影响预应力混凝土的耐久性；2）预应力损失，管道摩阻力损失（由于预应力材料在管道内进行张拉，越远离张拉端，损失越大）都对预应力有着严重的影响；3）预制质量，预应力混凝土管道压浆的质量很难得到保证。