基于碳纳米管填充界面的复合材料-混凝土界面监测方法

本发明涉及复合材料缺陷监测领域，特别涉及一种基于碳纳米管填充界面的复合材料-混凝土界面监测方法。

背景技术：

1、伴随着科学技术的飞速发展，传统材料已无法满足时代的要求。复合材料因具有比强度高、比模量大等一系列优点在土木工程，航空航天等众多领域得到广泛的应用。但复合材料在服役过程中，不可避免会因面临高压，高温，腐蚀等不利服役环境影响，而产生损伤，特别是复合材料内部界面分层或者产生微小裂纹等不容易被肉眼所观察到的损伤，这些损伤随着时间不断发展与扩张，成为复合材料结构的重大安全隐患，最终会给社会带来巨大经济损伤与人员伤亡。复合材料损伤监测成为一个被学术界广泛研究的方向。

2、目前，对于纤维增强复合材料(frp)与混凝土之间粘结性能的界面监测也是目前研究的一个难点。然而，一些传统的监测方法很难监测出界面的失效模式和损伤状态。往往是由于水泥基复合材料的应变硬化力学行为并不容易及时监测到以及界面腐蚀给结构造成了严重的损坏，从而影响结构的耐久性和监测过程。

3、迄今为止，对理论模型的验证缺乏现场试验数据。有必要开发有效的监测工具。目前，监测frp材料与混凝土的界面手段有诸多，比如：超声监测、分布式光纤传感器、压电陶瓷t传感器、智能骨料传感器以及用声发射技术监测系统等。虽然这些手段能够很好地监测到frp材料与混凝土界面的损伤状态及失效模式，但是这些手段所涉及的工序非常复杂，耗时高，其所需的设备要求也比较高，对实验要求的成本往往比较高，以及实验过程中可能受其他影响因素较多。

4、因此，需要开发一种基于碳纳米管填充界面的复合材料-混凝土界面监测方法，对frp材料与混凝土界面的损伤状态可以起到有效的监测过程。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供一种基于碳纳米管填充界面的复合材料-混凝土界面监测方法，以对frp材料与混凝土界面的损伤状态起到有效的监测过程。

2、为了解决上述技术问题，本发明的实施例公开了如下技术方案：

3、一方面，提供了一种基于碳纳米管填充界面的复合材料-混凝土界面监测方法，包括以下步骤：

4、s1、配置多壁碳纳米管溶液，并用多壁碳纳米管溶液浸润纤维束以得到碳纳米管传感器；

5、s2、制备含碳纳米管填充界面的纤维增强复合材料件；

6、s3、制备纤维增强复合材料-混凝土的拉拔标准试件；

7、s4、进行拉拔试验界面监测前的准备工作；

8、s5、监测拉拔过程中的电信号变化，根据电信号变化数据建立电信号与纤维增强复合材料板层间断裂状态的关联模型。

9、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，步骤s1包括以下步骤：

10、步骤s11：将多壁碳纳米管溶液的原材料混装成混合初液，对该混合初液分散1～2h直至得到分散均匀的多壁碳纳米管溶液；

11、步骤s12、用分散后的多壁碳纳米管溶液浸润纤维束，每次浸泡时间为8～10s，正反面各浸泡一次；

12、步骤s13、以步骤s12为一个浸泡循环，浸泡3～5个循环，将浸润后的纤维束进行烘干，直至纤维束表面的溶液完全烘干为止，即得到碳纳米管传感器。

13、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，步骤s2包括以下步骤：

14、步骤s21、按预设尺寸裁剪标准纤维布，将多片裁剪后的纤维布按一层叠方向进行层叠得到纤维布堆；

15、步骤s22、将应变片及步骤s1中制得的碳纳米管传感器铺设在纤维布堆在层叠方向上的中间位置，得到包含碳纳米管传感器、应变片及纤维布的纤维布堆；

16、步骤s23、利用真空辅助成型法对纤维布堆进行真空成型得到纤维复合材料板；

17、步骤s24、将纤维复合材料板按照预设的尺寸进行切割，得到纤维增强复合材料件。

18、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，步骤s3包括以下步骤：

19、s31、在预制的模具中注入混凝土灌浆料；

20、s32、将步骤s2中制得的纤维增强复合材料件嵌入到混凝土灌浆料中；

21、s33、控制纤维增强复合材料的嵌入深度，使得：纤维增强复合材料件的至少一端从混凝土灌浆料中露出形成自由端，该自由端的长度控制在18～22mm，并且，纤维增强复合材料件中的应变片没入混凝土灌浆料中；

22、s 34、在温度为为20±2℃，相对湿度为95％以上的环境或水中的标准条件下，养护到28天龄期，得到拉拔标准试件。

23、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，步骤s4包括以下步骤：

24、s41、将步骤s3中得到的拉拔标准试件进行拉拔试验前期电信号处理；

25、s42、将拉拔标准试件的外表面用清洁剂擦拭洁净；

26、s43、将导电浆涂抹在自由端，以将露出有碳纳米管传感器的部分进行完全包裹；

27、s44、将导电线用粘接剂粘接在拉拔标准试件的两端并与两端处的碳纳米管传感器相粘合；

28、s45、静置直至粘接剂固化。

29、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，步骤s5包括以下步骤：

30、s51、用万用表监测拉拔过程中的电信号变化；

31、s52、将万用表的通道接线口分别与拉拔标准试件中的碳纳米管传感器和应变片进行电连接，以形成彼此独立的传感器通道和应变片通道；

32、s53、将连接好的拉拔标准试件放置在拉伸试验机上进行拉拔试验，以碳纳米管传感器和应变片电阻信号为信息传递纽带，建立电信号与纤维增强复合材料板层间断裂状态的关联模型。

33、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述纤维束由绝缘纤维制成。

34、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述纤维束为玻璃纤维、芳纶纤维、高分子量聚丙烯纤维及芳纶纤维中的至少一种。

35、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述标准纤维布为玻璃纤维布、碳纤维布、芳纶纤维布、高分子量聚丙烯纤维布及芳纶纤维布中的至少一种。

36、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，所述清洁剂为酒精、二氯甲烷、溴丙烷及四氯化碳中的至少一种；所述导电浆为金浆、银浆、铜浆、银铜合金浆及碳浆中的一种。

37、除了上述公开的一个或多个特征之外，或者作为替代，多壁碳纳米管溶液由碳纳米管和十二烷基硫酸钠制成，其中，碳纳米管和十二烷基硫酸钠的重量比为10:3～10:2。

38、上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本技术方案基于碳纳米管对电导率的影响规律和机理，揭示碳纳米管特性对测量机制的影响规律，实现碳纳米管的附着参数的优化设计。基于附着碳纳米管纤维传感器的原位测量体系的搭建和设计所建立的原位传感网络，以纤维传感器电阻信号为信息传递纽带，建立原位测量信号与纤维增强层合板层间断裂状态的关联模型，从而提供一种纤维增强复合材料/混凝土的界面监测方法。