[实用新型]一种传感型土工格栅结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及土木工程领域，特别涉及一种传感型土工格栅结构。

背景技术

土工格栅产生以来，已经在道路、水利、建筑等工程中得到了广泛的利用，并取得了巨大的社会经济效益。土工格栅作为一种常用的土工加筋材料，是用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物经热塑或模压而成的二维网格状或具有一定高度的三维立体网格屏栅，多用于加筋土路基工程、地基处理和填方护坡工程。随着社会对道路、建筑等工程质量要求的不断提高，工程对土工格栅性能及功能的要求也越来越高。然而目前，土工格栅产品通常只具有单一的加筋效果，并且由于其自身的材料强度和设计的问题，导致土工格栅在实际工程中的抗拉伸强度较低、摩阻力较差，实际起到的加筋效果有限；同时，现有的土工格栅加固方法无法方便的对自身及其加固体的变形信息进行检测，如若进行检测则需要其他设备与技术的支持，增加监测的难度及成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种传感型土工格栅结构。

为了达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种传感型土工格栅材料，包括聚合物基体，所述聚合物基体中添加碳纳米管和超导炭黑作为导电填料。

本实用新型提出了一种添加碳纳米管、超导炭黑的传感型土工格栅材料。作为导电高分子材料的填料，碳纳米管是一种碳的新型结构物质，具有异常优良的力学、电学和化学性能，并随着碳纳米管研究的深入，其应用前景不断地展现出来；超导炭黑具有低电阻或高电阻性能，能赋予制品导电作用，其特点为粒径小，比表面积大且粗糙等。添加了碳纳米管和超导炭黑的土工格栅，可以利用导电高分子复合材料的拉敏效应，通过检测格栅自身的电阻变化即可方便的获取格栅及加固体的变形信息，无需外部传感器及其他设备的植入，从而避免了对加固体的扰动和传感器本身耐久性不足现象的发生，适用于全寿命周期内土工结构的变形监测及安全预警。

所述聚合物基体为高密度聚乙烯基体，所述碳纳米管占原料总质量的3％-7％，所述超导炭黑占原料总质量的6％-14％。

选用高密度聚乙烯为聚合物基体，能够得到高强度高导电性的复合材料。碳纳米管和超导炭黑作为填料掺加到高密度聚乙烯基体中对基体性能的影响不同，碳纳米管作为填料时能同时提高聚合物的力学和导电性能，但经济成本高，而添加超导炭黑在获得复合体的导电性能时却降低了力学性能。碳纳米管与超导炭黑在这种比例下，经济成本较低，而且可以获得复合体良好的导电性和力学性能。

所述碳纳米管与所述超导炭黑的质量比为1:2。

碳纳米管和超导炭黑采用上述配比，可以获得高强度高摩阻的土工格栅材料。

所述导电填料中添加纳米活性碳酸钙，所述纳米活性碳酸钙占原料总质量的10％-30％。

单独向基体聚合物中添加碳纳米管或超导炭黑时，通常需要添加较多的碳纳米管或超导炭黑才能获得理想的导电性，导致添加较多的碳纳米管时复合材料的制造成本很高，经济可行性较低；添加较大含量的炭黑时复合材料的综合强度较低，力学性能较差。因此，本实用新型同时使用了碳纳米管和超导炭黑作为导电填料，以碳纳米管导电为主，超导炭黑为辅，同时向基体中添加适量的无机粒子纳米碳酸钙。纳米碳酸钙在复合材料中首先通过体积排除效应，促进碳纳米管之间更加容易的相互搭接，从而提高了复合材料的导电性能，同时还能通过无机固体颗粒与基体界面脱粘从而引发颗粒周围基体发生剧烈塑性形变耗散能量来达到增强增韧目的。

所述纳米活性碳酸钙中添加钛酸酯偶联剂，所述钛酸酯偶联剂为所述纳米活性碳酸钙质量的2％-5％。

为了使纳米碳酸钙在基体中均匀分散，避免发生团聚现象影响复合体的性能，本实用新型选用硬脂酸处理的纳米活性碳酸钙，同时为了提高纳米碳酸钙与聚合物基体之间的分散性和粘结力使用钛酸酯偶联剂对纳米碳酸钙进行表面改性，改善其与基体的相容性。

一种传感型土工格栅结构，包括由添加了导电填料的聚合物构成的主肋和辅肋，所述主肋和辅肋在结点处连接，所述主肋的直径大于所述辅肋的直径；根据所述聚合物电阻与变形之间的关系，通过测量所述聚合物的电阻值，获取土工格栅结构的变形值。

本实用新型利用了导电高分子复合材料的拉敏效应，通过检测格栅自身的电阻变化即可方便的获取格栅及加固体的变形信息，无需外部传感器及其他设备的植入，从而避免了对加固体的扰动和传感器本身耐久性不足现象的发生，适用于全寿命周期内土工结构的变形监测及安全预警。

所述主肋沿纵向平行布置，所述主肋上设有连续的凸起，所述凸起沿所述主肋的表面折线型布置。