[发明专利]一种用于桥梁结构加固性能跟踪监测的智能型芯层式结构胶

说明书

本发明公开了一种用于桥梁结构加固性能跟踪监测的智能型芯层式结构胶。本发明所述的用于桥梁结构加固性能跟踪监测的智能型芯层式结构胶是以预制应变片为芯，然后在芯的外层涂刷碳纤维复合材料板材用结构胶。本发明将应力应变传感器经过预制，植入桥梁加固结构胶体系中，可以实时对被加固混凝土的变形与劣化状态进行响应，实现在线实时监测桥梁结构加固后的应力应变与性能劣化过程，为桥梁结构的加固跟踪监测提供科学数据，降低风险。

技术领域

本发明属于桥梁加固用结构胶制备技术领域，具体涉及一种用于桥梁结构加固性能跟踪监测的智能型芯层式结构胶。

背景技术

据报道，国外桥梁结构的设计寿命为75年，实际使用寿命为40～60年。我国的桥梁在设计之初，标准低于国外标准，且在实际应用中受到施工质量、超载车辆、地震以及其他损伤等影响，国内大约有近1/3的桥梁进入了老化期，需要及时加固维护。如何对加固修复后的桥梁结构进行跟踪监测，实时、客观地反映桥梁结构的使用状态是保证桥梁结构健康服役的关键所在。及时获取加固后桥梁结构的受力状态，对其健康状况作出评估，从根本上确保桥梁结构基础设施的安全运营。

结构的健康监测是指利用现场的无损传感技术，通过对包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到监测结构损伤或退化的目的。现有对加固后桥梁结构进行健康监测的新技术之一为综合碳纤维复合材料(CFRP)的加固修复作用于光纤光栅(FBG)传感器的应变传感功能，制备出一种新型的智能型CFRP，同步实现其对桥梁结构预应力补强修复和对结构应力应变的连续监测与预警。

碳纤维复合材料加固桥梁结构主要涉及三种材料，分别为加固材料-碳纤维复合材料；被加固物体-高性能混凝土；加固媒介-结构胶。上述三种材料的主要技术性能要求如下：(1)碳纤维复合材料，以高强II级条形板为例进行说明，抗拉强度≧2000MPa，受拉弹性模量≧1.4×10⁵MPa，伸长率≧1.4％。(2)高性能混凝土HPC，基本性能要求：抗压强度40～96MPa，抗折强度6～10MPa。(3)以混凝土为基材，粘贴纤维复合材用结构胶基本性能为抗拉强度≧30MPa，受拉弹性模量≧1.5×10³MPa，伸长率≧1.5％，抗弯强度≧40MPa，抗压强度≧70MPa。对比三种材料的力学性能，不难发现将实施应力应变监测的传感器预埋于碳纤维复合材料中，在混凝土性能发生劣化时甚至破坏时，碳纤维复合材料尚不能对混凝土的变形进行有效地响应，但是结构胶与高性能混凝土的性能相近，且处在碳纤维复合材料与被加固混凝土之间，实施力与变形的传导，可有效响应混凝土的变形。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提出一种用于桥梁结构加固性能跟踪监测的智能型芯层式结构胶。桥梁加固用结构胶是桥梁加固材料与被加固结构之间媒介，对其性能的实时监测可以实时评估复合材料修复加固结构的完整性，使其在性能劣化时，提供预警信息，确保结构的安全性。本发明将应力应变传感器经过预制，植入桥梁加固结构胶体系中，可以实时对被加固混凝土的变形与劣化状态进行响应，实现在线实时监测桥梁结构加固后的应力应变与性能劣化过程，为桥梁结构的加固跟踪监测提供科学数据，降低风险。

本发明所述的用于桥梁结构加固性能跟踪监测的智能型芯层式结构胶是以预制应变片为芯，然后在芯的外层涂刷碳纤维复合材料板材用结构胶。

所述的预制应变片是将用于混凝土结构的应变片采用环氧树脂体系进行包裹，然后分阶段固化而成。

所述的环氧树脂体系为双组份体系，其中：A组分由120质量份环氧树脂和10-20质量份增韧剂组成；B组分由10-30质量份改性酚醛胺固化剂和10-30质量份聚醚胺类固化剂组成。

所述的预制应变片的制备方法为：将环氧树脂体系的A组分和B组分混合分散均匀后，涂刷于应变片上下表面；然后在22-25℃下养护20-30h，完成第一阶段固化；最后在110-120℃下继续养护2-4h，完成第二阶段固化。