一种碳纳米纤维改性FRP筋、其制备方法及应用技术

本发明专利技术属于工程材料领域，尤其是涉及一种碳纳米纤维改性FRP筋、其制备方法及应用。包括碳纳米纤维分散到树脂基体得到改性树脂，所述改性树脂与不导电连续纤维束复合，形成所述改性FPR筋。本发明专利技术改性FPR筋具备应变自监测功能，使用时通过测量自身电阻来实现实时把握改性FRP筋应变的目的，同时具备对宿主材料无损、稳定性好、测距选取灵活、无需特殊的采集和分析仪器、结果直观等优点；本发明专利技术还提供一种其制备方法及应用，对混凝土内改性FRP筋的电阻开展监测，利用改性FRP筋的力阻效应，达到监测混凝土内FRP筋受力状态的目的。混凝土内FRP筋受力状态的目的。混凝土内FRP筋受力状态的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米纤维改性FRP筋、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于工程材料领域，尤其是涉及一种碳纳米纤维改性FRP筋、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]纤维增强复材(FRP)是一种以纤维为增强相、树脂为基体相的复合材料，具有轻质、高强、抗疲劳和耐腐蚀等优点，已成为土木工程领域重要的结构材料。将FRP制作成带肋的筋材，即FRP筋，嵌入增强混凝土，能够形成力学性能良好的FRP筋混凝土。
[0003]常见的FRP种类有CFRP筋(碳纤维复材筋)、AFRP筋(芳纶纤维复材筋)、GFRP筋(剥离纤维复材筋)和BFRP筋(玄武岩纤维复材筋)，其中GFRP筋和BFRP筋的应用较为广泛。除了CFRP筋，大多数FRP筋材都是不具备导电性的。因FRP筋对氯离子腐蚀不敏感，FRP筋混凝土能够避免普通钢筋所遭遇的腐蚀问题，受到学术界和工程界的广泛关注。但是，混凝土内部FRP筋在材料老化、外部环境和多种荷载等共同作用，其力学性能不断衰退，给结构安全性带来隐患。同时，FRP筋劣化机理复杂、性能衰退随机性大、环境依赖性强，目前研究尚无法准确预测FRP筋的力学性能。
[0004]因此，对FRP筋进行监测，及时了解FRP筋的受力性能，是保障FRP筋混凝土结构安全运行的有效途径。用于监测FRP筋应变的传统手段主要是电阻式应变片和光纤光栅传感器，但各自存在一定的局限性，电阻式应变片存在应变片易脱落、存活率低、稳定性差、不易更换等缺点；光纤光栅传感器存在成本高、传感器易损、需要专门的解调仪等缺点。此外，内部嵌入碳纤维丝或者光纤光栅传感器，容易对筋材本体造成侵入伤害，而且测量精度也受到传感器与筋材本体交互作用的影响。很难满足FRP筋混凝土结构长期监测的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种碳纳米纤维改性FRP筋，具备应变自监测功能，使用时通过测量自身电阻来实现实时把握改性FRP筋应变的目的，同时具备对宿主材料无损、稳定性好、量程大、测距选取灵活、无需特殊的采集和分析仪器、结果直观等优点；本专利技术还提供一种其制备方法及应用，对混凝土内改性FRP筋的电阻开展监测，利用改性FRP筋的力阻效应，达到监测混凝土内FRP筋受力状态的目的。
[0006]本专利技术提供一种碳纳米纤维改性FRP筋，包括碳纳米纤维分散到树脂基体得到改性树脂，所述改性树脂与不导电连续纤维束复合，形成所述改性FPR筋。
[0007]本专利技术利用导电性出色的碳纳米纤维(CNF)对不导电的树脂材料进行掺杂改性，制备得到具有力阻效应的改性树脂，所述改性树脂再与不导电连续纤维束复合形成改性FRP筋。当改性FRP筋出现形变时，其电阻也相应地发生改变，具有FRP筋的力阻效应。因此，本专利技术提供的改性FRP筋是融合结构增强效果和应变自监测效果的新型智能FRP筋。本专利技术添加碳纳米纤维，能够给不导电的树脂基体赋予导电性能和力阻效应。
[0008]优选地，不导电连续纤维束包括玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的一种或多
种。
[0009]优选地，树脂基体为不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂或聚乙烯树脂。这些树脂基体均不导电，所以添加导电性出色和成本较为经济的碳纳米纤维进行改性。更优选地，树脂基体为环氧树脂。
[0010]优选地，所述改性树脂中碳纳米纤维与树脂基体的体积比为1.8
‑
2.2：100。更优选地，所述改性树脂中碳纳米纤维与树脂基体的体积比为2.0：100，该体积比不会降低树脂及筋材的力学强度，而且能提供良好的力阻效应。
[0011]优选地，所述改性FPR筋中不导电连续纤维的体积分数为60％～70％，其余部分为改性树脂。
[0012]优选地，本专利技术还提供一种碳纳米纤维改性FRP筋的制备方法，包括以下步骤：将碳纳米纤维添加到树脂基体中搅拌，制备得到改性树脂；将不导电连续纤维束浸渍在改性树脂中，然后通过拉挤成型工艺制备成型，得到所述改性FPR筋。
[0013]优选地，本专利技术还提供一种碳纳米纤维改性FRP筋的应变自监测方法，测量所述改性FRP筋指定位置的电阻，利用导电银胶将导线黏贴到所述改性FRP筋表面指定位置，导线另一端连接电阻采集仪，然后用环氧树脂将导电银胶完全覆盖，采用电阻采集仪对所述改性FRP筋指定位置的电阻进行监测。指定位置是指想要测试的位置。
[0014]优选地，本专利技术还提供一种碳纳米纤维改性FRP筋的应用，利用导电银胶将导线黏贴到所述改性FRP筋表面指定位置，导线另一端连接电阻采集仪，再用环氧树脂将导电银胶完全覆盖，然后置于混凝土内，采用电阻采集仪对所述改性FRP筋指定位置的电阻进行监测，从而监测混凝土内所述改性FRP筋的受力状态。
[0015]本专利技术利用导电银胶将导线黏贴到智能FRP筋表面，并在导电银胶覆盖环氧树脂形成保护层。
[0016]本专利技术基于制备得到的改性FRP筋的力阻效应，对混凝土内改性FRP筋的电阻开展监测，从而达到监测混凝土内FRP筋受力状态的目的。本专利技术为FRP筋混凝土结构的监测提供了一种新手段。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0018](1)本专利技术提供一种碳纳米纤维改性FRP筋，具备应变自监测功能，使用时通过测量自身电阻来实现实时把握改性FRP筋应变的目的，克服了传统监测手段的缺点，同时具备对宿主材料无损、稳定性好、量程大、测距选取灵活、无需特殊的采集和分析仪器、结果直观等优点。本专利技术提供的改性FRP筋不仅能用来增强混凝土，同时又能作为传感器对自身受力状态进行监测。
[0019](2)本专利技术添加碳纳米纤维，能够给不导电的树脂基体赋予导电性能和力阻效应，本专利技术对FRP筋本体无侵入伤害，具有本征传感的功能，且不会降低筋材强度，反而还有增强筋材强度的作用。
[0020](3)本专利技术利用导电性出色的碳纳米纤维(CNF)对不导电的树脂材料进行掺杂改性，制备得到具有力阻效应的改性树脂，所述改性树脂再与不导电连续纤维束复合形成改性FRP筋。当改性FRP筋出现形变时，其电阻也相应地发生改变，具有FRP筋的力阻效应。因此，本专利技术提供的改性FRP筋是融合结构增强效果和应变自监测效果的新型智能FRP筋。
[0021](4)本专利技术基于制备得到的改性FRP筋的力阻效应，应用时可通过监测改性FRP筋
的电阻转换成其应变，达到应变自监测的目的。改性FRP筋的电阻测点连接方式简单，而且测距长度可根据实际需求灵活选取。改性FRP筋电阻监测只需简单的电阻测量仪，无需复杂的数据采集和分析设备，成本低，操作简单，结果直观。
[0022](5)对混凝土内改性FRP筋的电阻开展监测，利用改性FRP筋的力阻效应，将混凝土内改性FRP筋的电阻监测数据转换成改性FRP筋应变结果，从而达到监测混凝土内FRP筋受力状态的目的。本专利技术为FRP筋混凝土结构的监测提供了一种新手段。
[0023](6)本专利技术具有测距灵活的优势，测量时将导线黏贴到改性FRP筋表面想要测距的两侧位置即可。本专利技术还能够根据实际需求，选取任本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米纤维改性FRP筋，其特征在于：包括碳纳米纤维分散到树脂基体得到改性树脂，所述改性树脂与不导电连续纤维束复合，形成所述改性FPR筋。2.根据权利要求1所述的碳纳米纤维改性FRP筋，其特征在于：不导电连续纤维束包括玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的碳纳米纤维改性FRP筋，其特征在于：树脂基体为不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂或聚乙烯树脂。4.根据权利要求3所述的碳纳米纤维改性FRP筋，其特征在于：树脂基体为环氧树脂。5.根据权利要求1所述的碳纳米纤维改性FRP筋，其特征在于：所述改性树脂中碳纳米纤维与树脂基体的体积比为1.8
‑
2.2：100。6.根据权利要求5所述的碳纳米纤维改性FRP筋，其特征在于：所述改性树脂中碳纳米纤维与树脂基体的体积比为2.0：100。7.根据权利要求5所述的碳纳米纤维改性FRP筋，其特征在于：所述改性FPR筋中不导电连续纤维的体积分数为60％～70％，其余部分为改性树脂。8.一种权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱淼长，邓军，李俊辉，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：