專利名稱：帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種可用于修復(fù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)方法主要包括加大結(jié)構(gòu)加固法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、粘鋼加固法等。這些加固方法存在的弊端是(1)增加結(jié)構(gòu)體積和重量、(2)施工周期長(zhǎng)影響使用、(3)需大型修理設(shè)備且無法修復(fù)曲面形體等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。采用碳纖維復(fù)合材料加固修復(fù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗震性好、可設(shè)計(jì)性好、成型容易的優(yōu)點(diǎn)，它可以解決傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)方法所存在的弊端，但是，采用碳纖維復(fù)合材料加固修復(fù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)只有加固修復(fù)的單一功能，而不具備對(duì)被加固結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)采用碳纖維復(fù)合材料修復(fù)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而提供了一種帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明包含碳纖維結(jié)構(gòu)層1，它還包含多個(gè)布拉格光柵光纖2，多個(gè)布拉格光柵光纖2固定在碳纖維結(jié)構(gòu)層1的內(nèi)部并且布拉格光柵光纖2與碳纖維結(jié)構(gòu)層1中的碳纖維束1-1平行排列。本發(fā)明的制備方法的步驟包括一、選擇布拉格光柵光纖2的規(guī)格，光纖是單模光纖并且它的表面有聚丙烯保護(hù)層；二、將布拉格光柵光纖2在碳纖維結(jié)構(gòu)層1固化前埋入到碳纖維結(jié)構(gòu)層1中，并且保證布拉格光柵光纖2與碳纖維結(jié)構(gòu)層1中的碳纖維束1-1平行排列。本發(fā)明利用布拉格光柵波長(zhǎng)與實(shí)測(cè)應(yīng)變的關(guān)系判斷修復(fù)后的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的健康情況。用本發(fā)明加固修復(fù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，再與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)數(shù)值模擬軟件匹配，便可以實(shí)現(xiàn)集先進(jìn)加固與實(shí)時(shí)健康測(cè)評(píng)雙重功能于一體的目的，這對(duì)預(yù)防重要結(jié)構(gòu)突發(fā)性的破壞有重大意義。本發(fā)明兼具碳纖維復(fù)合材料與布拉格光柵光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)輕質(zhì)高強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕、傳感精度高達(dá)1～2με、抗電磁干擾、準(zhǔn)分布式傳感、抗潮防水、穩(wěn)定性與耐久性好。


圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1的A-A剖面示意圖，圖3是圖1的B-B剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1、圖2和圖3說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
由碳纖維結(jié)構(gòu)層1和多個(gè)布拉格光柵光纖2組成，多個(gè)布拉格光柵光纖2固定在碳纖維結(jié)構(gòu)層1的內(nèi)部并且布拉格光柵光纖2與碳纖維結(jié)構(gòu)層1中的碳纖維束1-1平行排列。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是它還包括保護(hù)管3，布拉格光柵光纖2與碳纖維結(jié)構(gòu)層1出口處的裸光纖上套有保護(hù)管3并且保護(hù)管3的一部分固定在碳纖維結(jié)構(gòu)層1中。采用本具體實(shí)施方式
時(shí)，對(duì)布拉格光柵光纖2與碳纖維結(jié)構(gòu)層1出口處的光纖進(jìn)行了保護(hù)，目的是為了避免損壞在布拉格光柵光纖2與碳纖維結(jié)構(gòu)層1出口處的裸光纖。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是碳纖維結(jié)構(gòu)層1是碳纖維無緯布和改性環(huán)氧樹脂的混合物。在本具體實(shí)施方式
制作的過程中，要保證單向碳纖維無緯布被改性環(huán)氧樹脂基體浸透，又要特別保護(hù)光纖光柵。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
三的不同點(diǎn)是碳纖維結(jié)構(gòu)層1中碳纖維無緯布的重量占碳纖維結(jié)構(gòu)層1的重量的50～65％。采用本具體實(shí)施方式
時(shí)，碳纖維單向布抗拉強(qiáng)度大于3000Mpa，彈性模量大于235000Mpa，環(huán)氧樹脂正拉伸粘結(jié)強(qiáng)度大于3Mpa，拉伸剪切強(qiáng)度大于20Mpa。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
四的不同點(diǎn)是碳纖維結(jié)構(gòu)層1中碳纖維無緯布的重量占碳纖維結(jié)構(gòu)層1的重量的50％。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
四的不同點(diǎn)是碳纖維結(jié)構(gòu)層1中碳纖維無緯布的重量占碳纖維結(jié)構(gòu)層1的重量的60％。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
四的不同點(diǎn)是碳纖維結(jié)構(gòu)層1中碳纖維無緯布的重量占碳纖維結(jié)構(gòu)層1的重量的65％。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖1、圖2和圖3說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
的制備方法的步驟包括一、選擇布拉格光柵光纖2的規(guī)格，光纖是單模光纖并且它的表面有聚丙烯保護(hù)層；二、將布拉格光柵光纖2在碳纖維結(jié)構(gòu)層1固化前埋入到碳纖維結(jié)構(gòu)層1中，并且保證布拉格光柵光纖2與碳纖維結(jié)構(gòu)層1中的碳纖維束1-1平行排列。本具體實(shí)施方式
采用布拉格光柵光纖，它具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、耐腐蝕、質(zhì)地輕柔形狀可變、一線多點(diǎn)分布測(cè)量、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與集中管理等優(yōu)異性能，并且它與碳纖維復(fù)合材料有很好的結(jié)合性，碳纖維復(fù)合材料是光纖光柵的優(yōu)良封裝保護(hù)材料；將布拉格光柵光纖傳感器埋入到碳纖維復(fù)合材料中可以用來感應(yīng)修復(fù)后的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化。
具體實(shí)施方式
九結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是它還包括三、將布拉格光柵光纖2與碳纖維結(jié)構(gòu)層1出口處的裸光纖套上保護(hù)管3，并在碳纖維結(jié)構(gòu)層1固化前將布拉格光柵光纖2與碳纖維結(jié)構(gòu)層1出口處的跳線和保護(hù)管3的一部分也埋入到碳纖維結(jié)構(gòu)層1中。其它步驟與具體實(shí)施方式
八相同。采用本具體實(shí)施方式
避免了在碳纖維結(jié)構(gòu)層1出口處布拉格光柵光纖2受到損傷而影響到數(shù)據(jù)的傳輸。
具體實(shí)施方式
十本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是；步驟一中選擇的布拉格光柵光纖2的裸光纖的包層直徑為80～125μm，單模光纖表面聚丙烯保護(hù)層的外直徑是120～245μm。單模光纖表面的聚丙烯保護(hù)層是為了保護(hù)光纖，使所述光纖在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不受干擾。其它步驟與具體實(shí)施方式
八相同。
具體實(shí)施方式
十一本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟一中選擇的布拉格光柵光纖2的裸光纖的包層直徑為80μm，單模光纖表面聚丙烯保護(hù)層的外直徑是120μm。其它步驟與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十二本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟一中選擇的布拉格光柵光纖2的裸光纖的包層直徑為125μm，單模光纖表面聚丙烯保護(hù)層的外直徑是245μm。其它步驟與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十三本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
十的不同點(diǎn)是步驟一中選擇的布拉格光柵光纖2的裸光纖的包層直徑為100μm，單模光纖表面聚丙烯保護(hù)層的外直徑是180μm。其它步驟與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十四結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是步驟一中選用的布拉格光柵光纖2的光纖波段為1.50～1.60μm，光柵波長(zhǎng)集中在1528～1568nm。其它步驟與具體實(shí)施方式
八相同。
具體實(shí)施方式
十五結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
十四的不同點(diǎn)是步驟一中選用的布拉格光柵光纖2的光纖波段為1.55μm。其它步驟與具體實(shí)施方式
十四相同。
具體實(shí)施方式
十六結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
八的不同點(diǎn)是步驟二中布拉格光柵光纖2置入的體積占碳纖維結(jié)構(gòu)層1的體積的0.01～0.98％。其它步驟與具體實(shí)施方式
八相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在碳纖維結(jié)構(gòu)層1中置入的布拉格光柵光纖2全部成活且信號(hào)穩(wěn)定，且本發(fā)明材料的應(yīng)變-荷載的線形相關(guān)度系數(shù)均在0.995以上，加載卸載均有很好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，本發(fā)明的材料多應(yīng)變傳感具有良好的線形關(guān)系，應(yīng)變靈敏系數(shù)與理論值非常接近，相對(duì)差異不超過5％。
具體實(shí)施方式
十七結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
十六的不同點(diǎn)是步驟二中布拉格光柵光纖2置入的體積占碳纖維結(jié)構(gòu)層1的體積的0.01％。其它步驟與具體實(shí)施方式
十六相同。
具體實(shí)施方式
十八結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
十六的不同點(diǎn)是步驟二中布拉格光柵光纖2置入的體積占碳纖維結(jié)構(gòu)層1的體積的0.49％。其它步驟與具體實(shí)施方式
十六相同。
具體實(shí)施方式
十九結(jié)合圖1和圖2說明本具體實(shí)施方式
，本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
十六的不同點(diǎn)是步驟二中布拉格光柵光纖2置入的體積占碳纖維結(jié)構(gòu)層1的體積的0.98％。其它步驟與具體實(shí)施方式
十六相同。
權(quán)利要求
1.帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料，包含碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)，其特征在于它還包含多個(gè)布拉格光柵光纖(2)，多個(gè)布拉格光柵光纖(2)固定在碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)的內(nèi)部并且布拉格光柵光纖(2)與碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)中的碳纖維束(1-1)平行排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料，其特征在于它還包括保護(hù)管(3)，布拉格光柵光纖(2)與碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)出口處的裸光纖上套有保護(hù)管(3)并且保護(hù)管(3)的一部分固定在碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料，其特征在于它的碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)是碳纖維無緯布和改性環(huán)氧樹脂的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料，其特征在于它的碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)的碳纖維無緯布的重量占碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)的重量的50～65％。
5.帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它的步驟為一、選擇布拉格光柵光纖(2)的規(guī)格，光纖是單模光纖并且它的表面有聚丙烯保護(hù)層；二、將布拉格光柵光纖(2)在碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)固化前埋入到碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)中，并且保證布拉格光柵光纖(2)與碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)中的碳纖維束(1-1)平行排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它還包括三、將布拉格光柵光纖(2)與碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)出口處的裸光纖套上保護(hù)管(3)，并在碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)固化前將布拉格光柵光纖(2)與碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)出口處的跳線和保護(hù)管(3)的一部分也埋入到碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它的步驟二中布拉格光柵光纖(2)置入的體積占碳纖維結(jié)構(gòu)層(1)的體積的0.01～0.98％。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它的步驟一中選擇的布拉格光柵光纖(2)的裸光纖的包層直徑為80～125μm，單模光纖表面聚丙烯保護(hù)層的外直徑是120～245μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它的步驟二中布拉格光柵光纖(2)光纖波段為1.50～1.60μm，光柵波長(zhǎng)集中在1528～1568nm。
全文摘要
帶光柵光纖的碳纖維復(fù)合材料及其制備方法，它具體涉及一種可用于修復(fù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料及其制備方法，它的目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)采用碳纖維復(fù)合材料修復(fù)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明的多個(gè)布拉格光柵光纖2固定在碳纖維結(jié)構(gòu)層1的內(nèi)部并且2與1中的碳纖維束1－1平行排列。本發(fā)明的制備方法的步驟包括一、選擇布拉格光柵光纖2的規(guī)格，光纖是單模光纖并且它的表面有聚丙烯保護(hù)層；二、將2在碳纖維結(jié)構(gòu)層1固化前埋入1中并且保證2與1中的碳纖維束1－1平行排列。用本發(fā)明加固修復(fù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，再與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)數(shù)值模擬軟件匹配，便可以實(shí)現(xiàn)集先進(jìn)加固與實(shí)時(shí)健康測(cè)評(píng)雙重功能于一體的目的。
文檔編號(hào)C04B30/00GK1733645SQ200510010148
公開日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2005年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月1日
發(fā)明者謝懷勤, 盧少微 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)