一种传感型裂缝感应材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种传感型裂缝感应材料及其制备方法和应用。其中，一种传感型裂缝感应材料，其原料包括：纳米碳纤维、聚乙烯醇纤维、聚羧酸复合减水剂、胶凝材料、机制砂，所述胶凝材料包括重量比为(50

【技术实现步骤摘要】
一种传感型裂缝感应材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新材料
，尤其涉及一种传感型裂缝感应材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在各种路面病害中，路面裂缝是最常见的一类，同时也是其他多种路面病害的早期表现形式，若能及时检测裂缝的存在并加以养护管理，既能保证道路行驶的安全性，又将养护成本降到了最低。作为与交通结构声阻抗与匹配相容性好、相近服役寿命的各类水泥基传感器在过去几十年里取得了长足的发展，可以说，各种交通结构监测系统的成功很大程度归功于这些智能传感器提供精确而稳定的桥梁交通与结构数据。
[0003]作为一种特殊的土木工程结构，沥青路面的层状结构与施工方式决定了用于其中的传感器应满足一些特殊的要求。对于施工期间的路面监测传感器来说，首先是传感器本身的结构尺寸不能影响道路的使用性能。因为需要大规模安装，传感器本身的成本也不能太高。在沥青混凝土路面中埋入传感器，传感器本身要具有耐高温(至少160℃)的能力。还要承受住施工过程中的碾压与震动荷载。在后期路面使用过程中，由于道路主要分布在环境恶劣的野外，相应的传感器也就需要具有良好的耐腐蚀能力，保证使用寿命；而当环境中存在着强电磁干扰时，传感器要具备抗干扰能力，检测信号能保证不产生较大误差。
[0004]目前，用于测量结构应变的传感元件有电磁类、电阻式应变片、振弦式传感器等，虽然这类传统的测量手段在一定程度上有很高的测试精度及灵敏度，但是受制于其自身的物理、化学特性，其稳定性、耐久性和抗电磁干扰性能等不适合对道路结构进行长期健康监测。
[0005]随着人们对传感元件的探索研究，出现了新型智能传感材料，如光纤、压电材料、半导体材料等，其中光纤传感器脆弱易损，在使用期间的较大变形时容易受损，影响传感器的成活率，导致目前商用光纤传感器的应变量程一般不超过1.5％。传统压电材料脆性大，无法与路面结构协同变形。
[0006]为了解决上述问题，需要提供一种新型智能传感材料。

技术实现思路

[0007]本专利技术公开了一种传感型裂缝感应材料及其制备方法和应用，具有应变变形范围大，能够很好的检测裂缝的开展过程，能够与路面协同变形，能够长距离传输的优点。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0009]一种传感型裂缝感应材料，其原料包括：纳米碳纤维、聚乙烯醇纤维、聚羧酸复合减水剂、胶凝材料、机制砂，所述胶凝材料包括重量比为(50
‑
70)：(10
‑
15)：(20
‑
25)的粉煤灰、矿渣微粉、水泥；
[0010]所述纳米碳纤维的体积掺量为所述原料总体积的0.5
‑
1％；
[0011]所述聚乙烯醇纤维的体积掺量为所述原料总体积的1
‑
2％。
[0012]进一步地，所述机制砂和胶凝材料的重量比为(0.3
‑
0.35)：1。
[0013]进一步地，所述聚羧酸复合减水剂和胶凝材料的重量比为(0.015
‑
0.02)：1。
[0014]进一步地，所述机制砂的粒径为0
‑
4.75mm范围连续级配，细度模数分布在2.5
‑
2.8之间。
[0015]进一步地，所述机制砂分为6种级配；所述机制砂包括4.75
‑
2.36mm粒级30
‑
150重量份、2.36
‑
1.25mm粒级30
‑
120重量份、1.25
‑
0.315mm粒级30
‑
120重量份、0.315
‑
0.16mm粒级50
‑
100重量份、0.16
‑
0.075mm粒级30
‑
100重量份、0
‑
0.075mm粒级10
‑
110重量份。更进一步地，所述机制砂包括4.75
‑
2.36mm粒级30
‑
120重量份、2.36
‑
1.25mm粒级40
‑
100重量份、1.25
‑
0.315mm粒级45
‑
110重量份、0.315
‑
0.16mm粒级60
‑
100重量份、0.16
‑
0.075mm粒级32
‑
96重量份、0
‑
0.075mm粒级20
‑
100重量份。
[0016]进一步地，所述纳米碳纤维的直径为150
‑
200nm，长径比为200
‑
300。
[0017]传感型裂缝感应材料的制备方法，主要包括如下步骤：
[0018]S1：将纳米碳纤维和聚羧酸复合减水剂混合均匀，并于25℃下超声分散处理15
‑
20min，制得纳米碳纤维分散液；
[0019]S2：将聚乙烯醇纤维、胶凝材料、机制砂混合均匀，再加入步骤S1制得的纳米碳纤维分散液并混合均匀。
[0020]进一步地，在步骤S2中，在加入纳米碳纤维分散液后，分两次进行搅拌，其中第一次搅拌时间为3
‑
4min，转速为35
‑
40r/min，第二次搅拌时间为5
‑
6min，转速为75
‑
80r/min。
[0021]一种传感型裂缝感应材料在裂缝检测传感器中的应用。更进一步地，一种传感型裂缝感应材料在沥青混凝土路面裂缝检测传感器中的应用。
[0022]本专利技术公开的一种传感型裂缝感应材料及其制备方法和应用的有益效果：
[0023]第一、制得的传感型裂缝感应材料弹性模量能够与路面弹性模量相适应，不易损坏，能够与路面协同变形，耐久性好，耐腐蚀，耐高温，适合对路面结构的长期监测；
[0024]第二、传感型裂缝感应材料应用传感器时，使得传感器应变变形范围大，能够达到1.7
‑
2.8％，适合长距离传输，可实现对裂缝位置的精准测量。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例1中公开的传感型裂缝感应材料中机制砂级配水泥基材料微观结构；
[0027]图2为本专利技术实施例6中公开的传感型裂缝感应材料中机制砂级配水泥基材料微观结构；
[0028]图3为本专利技术实施例7中公开的传感型裂缝感应材料中机制砂级配水泥基材料微观结构；
[0029]图4为本专利技术实施例1
‑
9中公开的传感型裂缝感应材料应力对应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种传感型裂缝感应材料，其特征在于，其原料包括：纳米碳纤维、聚乙烯醇纤维、聚羧酸复合减水剂、胶凝材料、机制砂，所述胶凝材料包括重量比为(50
‑
70)：(10
‑
15)：(20
‑
25)的粉煤灰、矿渣微粉、水泥；所述纳米碳纤维的体积掺量为所述原料总体积的0.5
‑
1％；所述聚乙烯醇纤维的体积掺量为所述原料总体积的1
‑
2％。2.根据权利要求1所述的一种传感型裂缝感应材料，其特征在于，所述机制砂和胶凝材料的重量比为(0.3
‑
0.35)：1。3.根据权利要求1所述的传感型裂缝感应材料，其特征在于，所述聚羧酸复合减水剂和胶凝材料的重量比为(0.015
‑
0.02)：1。4.根据权利要求1所述的传感型裂缝感应材料，其特征在于，所述机制砂的粒径为0
‑
4.75mm范围连续级配，细度模数分布在2.5
‑
2.8之间。5.根据权利要求1所述的传感型裂缝感应材料，其特征在于，所述机制砂包括4.75
‑
2.36mm粒级30
‑
150重量份、2.36
‑
1.25mm粒级30
‑
120重量份、1.25
‑
0.315mm粒级30
‑
120重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世义，范颖芳，李秋超，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：