[发明专利]一种碳纳米纤维改性FRP筋、其制备方法及应用

说明书

本发明属于工程材料领域，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。

技术领域

本发明属于工程材料领域，尤其是涉及一种碳纳米纤维改性FRP筋、其制备方法及应用。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明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；本发明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。

本发明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。

本发明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，本发明提供的改性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。本发明添加碳纳米纤维，能够给不导电的树脂基体赋予导电性能和力阻效应。

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。

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。

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。