导电混凝土及应用和自检测系统的制作方法

本发明涉及建筑材料，尤其是涉及一种导电混凝土及应用和自检测系统。

背景技术：

1、当前，随着世界范围内斜拉桥建造数量的增加，斜拉桥结构的健康监测逐渐引起工程师们的关注。作为大跨度桥梁的典型桥型，斜拉桥主要由桥塔、斜拉索、主梁等组成。其中桥塔的锚索区是连接斜拉索和桥塔的关键部位，其作用是将斜拉索的轴力安全、均匀地传递到桥塔上。这也导致了在桥塔锚索区周围存在高应力集中。当拉索轴力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土受拉侧会产生裂缝，降低了桥塔与斜拉索的连接强度。通常斜拉桥的设计年限都超过100年。

2、然而在过往的诸多工程实例中发现，如果锚索区产生混凝土开裂与损伤，将极大影响桥梁工程的质量和耐久性。因此锚索区混凝土的受力检测显得特别重要。普通高性能混凝土在桥塔锚索区服役过程中又不能获得结构的实时数据，无法实现对结构的自检测。目前传统的结构检测方法是借助电阻应变计、应变传感器等进行结构健康监测，但是其安装步骤复杂，安装线路繁琐，且在盐碱侵蚀、干湿冻融等高空环境下难以保持敏感度和耐久性。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种导电混凝土，以缓解现有技术中桥塔锚索区混凝土受力检测困难、不能获得结构的实时数据，无法实现对结构的自检测的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案:

3、本发明的第一方面提供了一种导电混凝土，包括混凝土基体、导电相填料、外加剂和水；

4、其中，所述混凝土基体包括硅酸盐水泥、石英砂、碎石和硅灰；

5、所述导电相填料包括钢渣、镍粉和碳纳米材料；

6、所述外加剂包括减水剂和分散剂。

7、进一步地，包括按照重量份数计的硅酸盐水泥100份、石英砂120份-300份、碎石120份-300份、硅灰5份-15份、减水剂0.4份-0.8份、分散剂0.3份-0.9份和水39份-50份。

8、所述钢渣的用量为水泥和硅灰总用量的3.0％-6.0％；所述镍粉的用量为水泥和硅灰总用量的3.0％-6.0％，碳纳米材料的用量为水泥和硅灰总用量的0.5％-1％。

9、进一步地，所述碳纳米材料包括羟基多壁碳纳米管、氧化石墨烯粉末和石墨烯纳米薄片中的至少一种。

10、优选地，所述的减水剂包括聚羧酸盐高效减水剂、萘磺酸盐甲醛聚合物减水剂、自由木质素减水剂和三聚氰胺减水剂中的至少一种；

11、优选地，所述的分散剂包括碳纳米管dmf分散剂、碳纳米管树脂分散剂、碳纳米管醇分散剂和碳纳米管酯分散剂中的至少一种。

12、进一步地，所述钢渣的颗粒级配范围为5mm-10mm。

13、本发明的第二方面提供了所述的导电混凝土在建造桥塔锚索区中的应用。

14、本发明的第三方面提供了一种自检测系统，所述自检测系统为桥塔锚索区混凝土受力分布式自检测系统，包括自检测单元、导电电极、电阻输出装置、预警设备、阻隔装置和评定终端；

15、其中，所述桥塔锚索区由所述的导电混凝土建成。

16、进一步地，所述自检测单元选取桥塔锚索区高度方向上的锚索点，所述导电电极设置于桥塔锚索区内部，按照四探针法分布在锚索点的四周；

17、所述阻隔装置的材质为绝缘材质，设置于相邻两块导电电极之间，用于阻隔导电电极的连通；

18、所述导电电极外连接有导线，多个自检测单元由导电电极的导线与预警器之间形成串联电路，自检测单元再与电阻输出设备之间形成并联电路；

19、所述评定终端根据电阻输出装置中电阻变化值监测自检测单元中的受力变化，当超过设定的阈值时会触发对应锚索区的预警设备。

20、进一步地，所述导电电极的材质包括钨铜。

21、优选地，所述导电电极的外形为穿孔板状结构。

22、进一步地，所述阻隔装置上开设有孔洞用于导电电极与所述电阻输出装置的连接。

23、进一步地，所述电阻输出装置采用50hz频率的交流电信号输出电阻值。

24、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果:

25、本发明提供的导电混凝土，通过在混凝土基体材料中添加导电相填料，赋予了导电混凝土导电性能，使导电混凝土对受力变化具备自感知功能，同时提高了导电混凝土结构的力学性能。

26、本发明提供的导电混凝土的应用，为桥塔锚索区提供了性能更好的混凝土，因导电混凝土具有导电性能，因此通过导电混凝土的受力时自身电阻率变化，实现桥塔锚索区结构受力状态的自检测，提供实时数据，减少工程安全事故，对于提高桥塔结构的安全性具有重要意义。

27、本发明提供的自检测系统持续地、全面地监测桥塔所有锚索区混凝土的服役状态，加固锚索区混凝土结构的同时，通过分析锚索区周围的电极之间的混凝土电阻率变化，长期稳定地监测锚索区混凝土的所受拉力变化或者裂纹损伤程度，实现锚索区混凝土服役状态的自检测。在拉索轴力发生较大变化时发出预警信号并精准定位对应锚索点，方便对损坏的桥塔锚索点及时采取补救措施，减少工程安全事故，对于提高桥塔结构的安全性具有重要意义。

技术特征：

1.一种导电混凝土，其特征在于，包括混凝土基体、导电相填料、外加剂和水；

2.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，包括按照重量份数计的硅酸盐水泥100份、石英砂120份-300份、碎石120份-300份、硅灰5份-15份、减水剂0.4份-0.8份、分散剂0.3份-0.9份和水39份-50份；

3.根据权利要求1所述的导电混凝土，其特征在于，所述碳纳米材料包括羟基多壁碳纳米管、氧化石墨烯粉末和石墨烯纳米薄片中的至少一种；

4.根据权利要求1或2所述的导电混凝土，其特征在于，所述钢渣的颗粒级配范围为5mm-10mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的导电混凝土在建造桥塔锚索区中的应用。

6.一种自检测系统，其特征在于，所述自检测系统为桥塔锚索区混凝土受力分布式自检测系统，包括自检测单元、导电电极、电阻输出装置、预警设备、阻隔装置和评定终端；

7.根据权利要求6所述的自检测系统，其特征在于，所述自检测单元选取桥塔锚索区高度方向上的锚索点，所述导电电极设置于桥塔锚索区内部，按照四探针法分布在锚索点的四周；

8.根据权利要求6所述的自检测系统，其特征在于，所述导电电极的材质包括钨铜；

9.根据权利要求6所述的自检测系统，其特征在于，所述阻隔装置上开设有孔洞用于导电电极与所述电阻输出装置的连接。

10.根据权利要求6所述的自检测系统，其特征在于，所述电阻输出装置采用50hz频率的交流电信号输出电阻值。

技术总结
本发明提供了一种导电混凝土及应用和自检测系统，具体涉及建筑材料技术领域。该导电混凝土包括混凝土基体、导电相填料、外加剂和水；其中，所述混凝土基体包括硅酸盐水泥、石英砂、碎石和硅灰；所述导电相填料包括钢渣、镍粉和碳纳米材料；所述外加剂包括减水剂和分散剂。该导电混凝土通过在混凝土基体材料中添加导电相填料，赋予了导电混凝土导电性能，使导电混凝土对受力变化具备自感知功能，同时提高了导电混凝土结构的力学性能。

技术研发人员：楼晓强,高建科,傅程辉,何建国,余丛迪,余嘉,曹宇聪
受保护的技术使用者：浙江交工金筑交通建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12