[发明专利]一种分布式碳纤维筋及制备方法及应变确定方法

说明书

技术领域

本发明属于结构健康监测领域，特别是一种分布式碳纤维筋及制备方法及应变确定方法。

背景技术

碳纤维具有低密度，高强度，高模量，耐腐蚀，耐高温，耐低温，抗疲劳等一系列优点，被称为“新材料之王”。随着碳纤维价格的降低，碳纤维的运用也越来越广泛，尤其在土木建筑行业。但碳纤维是脆性材料，当发生破坏时往往是突然断裂而导致结构物垮塌等恶性事件，危及广大人民群众的财产和生命安全。

由于碳纤维是新材料，目前尚没有专门的监测方法。目前土木工程中主要的监测方法是以光纤为代表的嵌入式传感器和以应变片为代表的贴附式传感器，还有其他的例如观察法等传统的监测方法。但是这些方法都具有一定的局限性，比如光纤价格高比较脆弱，应变片在筋材上贴不劳等特点，传统的监测方法有离线，精度低，稳定性差，成本高等特点。目前的监测方法难于有效的测量碳纤维筋材的应力状态。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种分布式碳纤维筋及制备方法及应变确定方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种碳纤维筋，碳纤维被混合物充分包裹，该混合物包括30-60重量份的环氧树脂、10-20重量份固化剂、30-60重量份的导电粉末、10-20重量份稀释剂。

一种制备上述碳纤维筋的方法，包括以下步骤：

步骤1、将30-60重量份的环氧树脂、10-20重量份固化剂、30-60重量份的导电粉末、10-20重量份稀释剂在10℃-40℃的常温下搅拌均匀，得到混合物A；

步骤2、将碳纤维顺丝浸润在混合物A中，充分浸透后取出碳纤维；

步骤3、使碳纤维丝径向穿过若干铜套，所述铜套的截面为网状；

步骤4、将步骤3中的碳纤维筋材放置在圆柱状模具中并在常温常压下养护，使其形状固定；

步骤5、拆模，完成碳纤维筋的制备。

一种确定上述碳纤维筋应变的方法，包括以下步骤：

步骤A、在铜套表面粘贴电极，并用导线引出，形成碳纤维传感器；

步骤B、测定整段碳纤维筋的灵敏度系数为K；

步骤C、对碳纤维筋的初始电阻进行标定，具体为：假设相邻的四个铜套的编号分别为A、B、C和D，则AB,BC,CD段初始电阻分别为R₁，R₂，R₃；从A，B，C，,D引出的导线实测电阻为R_AB，R_BC，R_CD；

步骤D、确定AB,BC,CD三段的应变。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明选用材料获取途径方便，测量原理简单可靠；2)本发明制作工艺简单，使用方便，具有广阔的应用前景和良好的经济效益；3)本发明可以方便确定结构应变，只需要在监测的点接出传感器即可确定传感器附件混凝土的应力应变状态，并可以对多个监测点同时进行应力监测，可按照监测需求在多个点安装传感器，实现区域性整体实时应力监测；4)本发明制备的碳纤维筋具有良好的耐腐蚀、耐高温、耐低温性能。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为分布式碳纤维筋传感器结构示意图。

图2为铜套详细结构图，图(a)为铜套截面图，图(b)为铜套主视图。

图中编号所代表的含义为：1-碳纤维筋，2-导线，3-铜套，4-电极。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种碳纤维筋，碳纤维被混合物充分包裹，该混合物包括30-60重量份的环氧树脂、10-20重量份固化剂、30-60重量份的导电粉末、10-20重量份稀释剂。

所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，环氧树脂和固化剂为双酚A型环氧树脂中的E51和固化剂593，或是双酚A型环氧树脂中的E44和聚酰胺650固化剂，导电粉末为导电银粉、碳粉或铜粉，稀释剂为丙酮。

一种制备上述碳纤维筋的方法，包括以下步骤：

步骤1、将30-60重量份的环氧树脂、10-20重量份固化剂、30-60重量份的导电粉末、10-20重量份稀释剂在10℃-40℃的常温下搅拌均匀，得到混合物A；

所述环氧树脂和固化剂为双酚A型环氧树脂中的E51和固化剂593，或是双酚A型环氧树脂中的E44和聚酰胺650固化剂，导电粉末为导电银粉、碳粉或铜粉，稀释剂为丙酮。

步骤2、将碳纤维顺丝浸润在混合物A中，充分浸透后取出碳纤维；

步骤3、使碳纤维丝径向穿过若干铜套，所述铜套的截面为网状；