[发明专利]一种受力损伤自感应混凝土桥面板及制作方法

说明书

一种受力损伤自感应混凝土桥面板及制作方法。绑扎钢筋混凝土桥面板节段(1)钢筋及搭设混凝土模板；设置碳纤维砂浆块模板以及绑扎连接钢筋(4/5)、电极(3)；在碳纤维砂浆块模板内浇筑高强度短切碳纤维砂浆材料；首先浇筑普通钢筋混凝土桥面板节段(1)区域，养护，然后拆除碳纤维砂浆块模板，侧面冲毛后，再浇筑高强度短切碳纤维砂浆材料以构筑碳纤维砂浆块(2)，养护；桥面铺装。构造上包含钢筋混凝土桥面板节段(1)拼接而成，相邻钢筋混凝土桥面板节段(1)之间设置有导线端口；每个钢筋混凝土桥面板节段(1)内包括有若干碳纤维砂浆块(2)；所述碳纤维砂浆块(2)，采用了本发明自主开发特制的高强度短切碳纤维砂浆材料。

技术领域

本发明属于桥梁工程混凝土桥面板监测领域。

背景技术

混凝土桥面板是混凝土桥梁中的关键组成部分，它直接承受车辆及人行荷载并将其传递至主梁等主要承力构件。混凝土桥面板有多种常见病害，比如冻融循环、钢筋腐蚀、碱性反应、交通超载等。这些病害可引发混凝土及铺装开裂，影响交通通行，对桥梁结构安全及耐久性造成影响。因此，在既有和新建的混凝土桥梁中，对混凝土桥面板受力状态及损伤情况的监测十分必要。目前专门针对混凝土桥面板的损伤监测不多。一般而言，桥梁构件健康监测可以通过安装传感器来采集构件响应数据并进行评估，但长期监测对传感器耐久性有很高的要求。另一方面，针对混凝土桥面板损伤检测技术主要包括人工巡检、超声波裂缝探伤、基于图像的裂缝识别、基于振动特性的混凝土损伤检测等。人工巡检直观便捷，但主观因素大；超声波裂缝探伤精度高，但受限于成本；基于图像的裂缝识别限于空间位置；基于振动特性的探伤技术在精度上还存在进步的空间。总之，混凝土桥面板损伤监测和检测方法存在着巡检效率低、成本高、技术成熟度不够等问题。

近年来，研究表明掺入短切碳纤维的水泥砂浆具有良好的压敏特性和力学性能。所谓压敏特性是指这种材料的电学特性(如电阻)与材料的应变存在相关性。这对开发具有受力状态及损伤自感应桥梁构件具有重要意义。目前，这种材料在桥梁中的应用大多集中于基于其力学性能的构造加固，而基于材料压敏特点的损伤自感应智能桥梁构件并不多见。

发明内容

本发明的目的是为了克服针对混凝土桥面板病害裂缝监测和检测技术上的不足，提供一种具有损伤自感应功能的混凝土桥面板构件及相关制作方法。

本发明解决上述技术问题的具体技术方案如下：

与现有混凝土桥面板监测与检测技术相比，本发明具有以下特点：

1)损伤自感应，降低监测与检测成本。本发明将具有压敏特性的带电极短切碳纤维砂浆嵌入在混凝土桥面板当中并形成整体，共同参与受力，通过监测材料自身的电阻变化情况即可反馈结构自身的损伤及受力状态，显著降低传感器安装数量，减少了监测与检测的成本。

2)监测系统的高耐久性。本发明中采用的短切碳纤维砂浆在参与受力的同时，也承担了传统传感器的数据采集工作。与传统传感器相比较，这种碳纤维砂浆具有更高的稳定性和耐久性，可为桥面板的长期监测提供可靠保障。

附图说明

图1损伤自感应混凝土桥面板构件示意图(CFM：带短切碳纤维的水泥基压敏砂浆)；

图2典型压敏砂浆的构造示意图；

图3碳基压敏复合材料的压敏试验照片；

图4带短切碳纤维的水泥砂浆压敏试验结果；

图5混凝土桥面板及碳纤维砂浆试块尺寸(mm)；

图6混凝土桥面板损伤自感应模块验证实验(桥面板车轮荷载实验)；

图7疲劳轮荷载中160kN荷载水平下桥面板中心挠度变化；

图8 20.5万次疲劳轮荷载加载后桥面板底缘裂缝分布；