一種受壓變色混凝土及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種或多種受壓變色材料，將該材料摻入混凝土中，使混凝土在不同的壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生不同的顏色，即具有受壓變色的智能特性，直觀地從混凝土顏色來判斷混凝土結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力水平，用于土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測與控制。
【專利說明】—種受壓變色混凝土及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種受壓變色混凝土及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1、變色材料的種類
[0003]變色現(xiàn)象是指物質(zhì)在外界環(huán)境作用下而產(chǎn)生的一種對光反應(yīng)的改變。這種現(xiàn)象普遍存在于自然界。人們對它感興趣的是一種可逆的變色現(xiàn)象，利用材料的變色性做成的器件稱為變色材料。在外界激發(fā)源(光、熱、電等)的作用下，一種物質(zhì)或一個(gè)體系發(fā)生顏色明顯變化的現(xiàn)象稱為變色性。在氣體、液體或固體中都可以觀察到變色性。
[0004]按照材料的類型可分為:無機(jī)變色材料和有機(jī)變色材料。
[0005]按材料受到的刺激方式分為:光致變色、熱致變色、電致變色、受壓變色和其它變色。
[0006]2、受壓變色材料
[0007]受壓變色材料目前僅制成涂層，涂刷在其他材料表面。
[0008]受壓變色涂層可以在受到壓力或壓力變化時(shí)改變自身的顏色，這種性質(zhì)是受壓變色材料發(fā)生相變產(chǎn)生 的。受壓變色涂層較多的應(yīng)用在智能監(jiān)測系統(tǒng)。例如，在負(fù)重吊索外涂覆一層受壓變色涂層后，當(dāng)?shù)跛鞯妮d重達(dá)到或超過警戒重量時(shí)，吊索出現(xiàn)顏色變化警告使用者以避免危險(xiǎn)事故；近來，歐洲開始研發(fā)帶有受壓變色涂層的纖維織物，由這些織物制作成的游泳衣、內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)服或其他衣物可以提醒使用者將對人體的壓力控制在一定合理范圍。
[0009]受壓變色材料包括金屬化合物、有機(jī)小分子(例如N -亞水楊基-2 -氯苯胺)以及有機(jī)銅絡(luò)合物(如乙烯基二胺銅絡(luò)合物)等。金屬化合物如硫化釤(SmS)是一種非常重要的受壓變色材料，在比較低的壓強(qiáng)下(0.65GPa)能呈現(xiàn)出急劇的光學(xué)變換。隨著壓力的增加，硫化釤由黑色變?yōu)榻瘘S色，加熱則使顏色逆向變化。有機(jī)銅絡(luò)合物雙四丙銨基六溴二銅酸(Bis (tetrapropylammo-nium) Hexabromodicuprate ( II ))有兩種相:高溫相和低溫相，其中高溫相是亞穩(wěn)定相。雙四丙銨基六溴二銅酸涂層在很小的壓力下就轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的低溫相呈現(xiàn)綠色，在90°C的時(shí)候該涂層變成橘紅色。
[0010]3、智能混凝土的研究現(xiàn)狀
[0011]智能混凝土的發(fā)展是隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對建筑物舒適性和安全要求越來越高而產(chǎn)生的.智能材料，指的是“能感知環(huán)境條件，做出相應(yīng)行動(dòng)”的材料.智能混凝土是在混凝土原有組分基礎(chǔ)上復(fù)合智能型組分，使混凝土具有自感知和記憶，自適應(yīng)，自修復(fù)特性的多功能材料.根據(jù)這些特性可以有效地預(yù)報(bào)混凝土材料內(nèi)部的損傷，滿足結(jié)構(gòu)自我安全檢測需要，防止混凝土結(jié)構(gòu)潛在脆性破壞，并能根據(jù)檢測結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行修復(fù)，顯著提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性.當(dāng)然，以當(dāng)下的研究水平制備完善的智能混凝土還具有很大困難.但是近年來一系列單一功能智能混凝土的相繼出現(xiàn)，為智能混凝土的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).智能混凝土定義起源于上個(gè)世紀(jì)80年代，自從問世以來，得到廣大專家的青睞.研究工作持續(xù)沒有間斷.但是截止到目前為止，智能混凝土尚處于研發(fā)階段，在土木工程各領(lǐng)域中尚沒有大規(guī)模的應(yīng)用.只在少量有特別要求的建筑中有個(gè)別的應(yīng)用。
[0012]實(shí)現(xiàn)混凝土智能化的基本思路，是在混凝土中加入智能組分，使之具有智能效果。目前國內(nèi)外智能混凝土的研制開發(fā)主要集中在以下幾個(gè)方面。
[0013](1)電磁場屏蔽混凝土
[0014]在混凝土中摻入碳、石墨、鋁和銅等材料制成的導(dǎo)電粉末和導(dǎo)電纖維，使混凝土具有吸收和屏蔽電磁波的功能，消除或減輕各種電器、電子設(shè)備、電力設(shè)施等的電磁泄露對人體健康的危害。
[0015](2)交通導(dǎo)航混凝土
[0016]在混凝土中摻入碳纖維等材料，使混凝土具有反射電磁波的功能，用這種混凝土作為車道兩側(cè)的導(dǎo)航標(biāo)記，將來電腦控制的汽車可自動(dòng)確定行車路線和速度，實(shí)現(xiàn)高速公路的自動(dòng)導(dǎo)航。
[0017](3)自愈合混凝土
[0018]將含有粘結(jié)劑的空心玻璃纖維或膠囊摻入混凝土中，一旦混凝土在外力作用下發(fā)生開裂隙，空心玻璃纖維或膠囊中粘結(jié)劑流向開裂處，使混凝土重新粘結(jié)起來，起到損傷自愈合的效果。
[0019](4)損傷自診斷混凝土
[0020]在混凝土中摻入碳纖維等材料，混凝土將具有自動(dòng)感知內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變和損傷程度的功能。混凝土本身成為傳感器，實(shí)現(xiàn)對構(gòu)件或結(jié)構(gòu)變形、斷裂的自動(dòng)監(jiān)測。
[0021]4、混凝土損傷診斷
[0022]許多研究者在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)研究，健康監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵就在于損傷檢測。隨著計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、傳感器優(yōu)化技術(shù)、信息采集技術(shù)、智能算法等的發(fā)展，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)損傷檢測的方法有很多，都有其各自的特點(diǎn)，其主要可以分為以下3類:
[0023](1)傳統(tǒng)局部檢測方法。它指在不破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用性能的情況下，利用目測法聲波、超聲波法、電磁波法、聲發(fā)射法、脈沖回波法、磁粒子法等，測定混凝土的裂縫位置、鋼筋銹蝕等缺陷。該方法需要檢查人員預(yù)先知道結(jié)構(gòu)的局部損傷位置，不能實(shí)現(xiàn)整體損傷檢測，適用范圍有限。
[0024](2)靜力試驗(yàn)方法。該方法是通過給結(jié)構(gòu)施加靜力荷載，建立靜力平衡方程，根據(jù)實(shí)測結(jié)果(靜力響應(yīng)等)得到靜力參數(shù)(結(jié)構(gòu)剛度、位移、應(yīng)變、材料參數(shù)如彈性模量、慣性矩等)，在單元層次上，利用上述參數(shù)的殘差分析來識(shí)別損傷。靜力試驗(yàn)測試結(jié)果大多較為準(zhǔn)確，是目前普遍采用的方法之一。但是試驗(yàn)加載繁瑣、笨重，工作量大，試驗(yàn)時(shí)間長，而且很容易對結(jié)構(gòu)造成破壞，影響其正常使用。
[0025](3)動(dòng)力試驗(yàn)方法。這種診斷方法的基本原理是對結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于動(dòng)力學(xué)理論的動(dòng)力測試，提取并對比分析結(jié)構(gòu)損傷前后的動(dòng)力指紋(特征頻率值、振型曲線、模態(tài)剛度、阻尼等參數(shù))，從而確定結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)和位置。它能夠反映結(jié)構(gòu)的整體性能工作量相對較小、測試時(shí)間短，但極易受到外界測試環(huán)境的影響。
[0026]由此可見，目前的混凝土損傷檢測技術(shù)工作量大、準(zhǔn)確性差，理論不完善。
[0027]用于混凝土的受壓變色材料應(yīng)具有的幾個(gè)基本特性
[0028]1、具有壓敏變色特性，其顏色與所受應(yīng)力之間有可逆性。即在某一個(gè)壓應(yīng)力水平下呈現(xiàn)某一顏色，壓應(yīng)力增大時(shí)變成另一種顏色；當(dāng)壓應(yīng)力降低至原來的水平時(shí)，又能恢復(fù)至原來的顏色；
[0029]2、摻入混凝土后能穩(wěn)定存在，且對混凝土和易性、基本力學(xué)性能和耐久性不產(chǎn)生負(fù)面影響；
[0030]3、摻入混凝土后使混凝土具有受壓變色特性；
[0031]4、摻量不能過大，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，以便應(yīng)用推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0032] 本發(fā)明專利的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的一種受壓變色混凝土及其制備方法:
[0033]一種受壓變色混凝土，其特征在于由以下組分組成，水泥150-350份，粉煤灰30-80份，礦渣粉30-80份，砂子640-800份，石子1000-1200份，水164份，減水劑4_11份，壓敏變色材料4-10份。
[0034]所述水泥為符合《通用硅酸鹽水泥》(GB175)要求的水泥。
[0035]所述粉煤灰為符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596)要求的I級或II級粉煤灰。
[0036]所述礦渣粉符合《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》(GB/T18046)要求的磨細(xì)礦渣粉。
[0037]所述砂子為符合《建設(shè)用砂》(GB/T14684)要求的建設(shè)用砂。
[0038]所述石子為符合《建設(shè)用卵石、碎石》(GB/T14685)要求的建設(shè)用石子。
[0039]所述水為符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63)要求的水。
[0040]所述減水劑選自符合《混凝土外加劑》(GB8076)要求的萘系高效減水劑或聚羧酸聞效減水劑。
[0041]所述壓敏變色材料選自N -亞水楊基-2 -氯苯胺或乙烯基二胺銅絡(luò)合物。
[0042]上述材料混合均勻既得。
[0043]?；郀t礦渣是高爐冶煉生鐵時(shí)，將浮在鐵水表面的熔融物經(jīng)水淬等急冷處理而成的松散顆粒，其主要化學(xué)成分是Ca0、Si02、Al203和少量Mg0、Fe203。急冷的礦渣結(jié)構(gòu)為不穩(wěn)定的玻璃體，具有較大的化學(xué)潛能，其主要活性成分是活性SiO2和活性ai2o3。常溫下能與Ca(OH)2反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等具有水硬性的產(chǎn)物，從而產(chǎn)生強(qiáng)度。
[0044]磨細(xì)礦渣是將粒化高爐礦渣經(jīng)磨細(xì)而成的粉狀摻合料。磨細(xì)礦渣粉可以等量取代水泥，使混凝土的多項(xiàng)性能得以顯著改善，如大幅度提高混凝土強(qiáng)度、提高混凝土耐久性和降低水泥水化熱等?！队糜谒嗪突炷林械牧；郀t礦渣粉》(GB/T18046— 2008)規(guī)定，礦渣粉根據(jù)28d活性指數(shù)(%)分為S105、S95和S75三個(gè)級別，工程上最常用的是S95級)。
[0045]有益效果:
[0046]壓敏變色混凝土本質(zhì)上是能用于普通工程的混凝土，其性能要求與普通混凝土相同，常見性能指標(biāo)有和易性、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、碳化、抗?jié)B性、抗凍性、抗氯離子滲透性、抗硫酸侵蝕性、堿骨料反應(yīng)膨脹危害性等。壓敏變色混凝土只是比普通混凝土多了壓敏變色材料這一組分，當(dāng)壓敏變色材料摻入混凝土后，對混凝土性能不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，最重的是這種混凝土受壓時(shí)，混凝土的外觀顏色將隨所受壓力的不同而發(fā)生變化，技術(shù)人員根據(jù)混凝土顏色不同來診斷混凝土的損傷程度，這一技術(shù)將完全推翻目前混凝土損傷診斷技術(shù)。在何種應(yīng)力水平混凝土呈現(xiàn)出何種顏色還需要大量試驗(yàn)來驗(yàn)證。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0048]一種受壓變色混凝土，其特征在于由以下組分組成，水泥150-350份，粉煤灰30-80份，礦渣粉30-80份，砂子640-800份，石子1000-1200份，水164份，減水劑4_11份，壓敏變色材料4-10份。典型的混凝土配合比詳見表1[0049]所述水泥為符合《通用硅酸鹽水泥》(GB175)要求的水泥。
[0050]所述粉煤灰為符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596)要求的I級或II級粉煤灰。
[0051]所述礦渣粉符合《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》(GB/T18046)要求的磨細(xì)礦渣粉。
[0052]所述砂子為符合《建設(shè)用砂》(GB/T14684)要求的建設(shè)用砂。
[0053]所述石子為符合《建設(shè)用卵石、碎石》(GB/T14685)要求的建設(shè)用石子。
[0054]所述水為符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63)要求的水。
[0055]所述減水劑選自符合《混凝土外加劑》(GB8076)要求的萘系高效減水劑或聚羧酸聞效減水劑。
[0056]所述壓敏變色材料選自N -亞水楊基-2 -氯苯胺或乙烯基二胺銅絡(luò)合物。
[0057]本發(fā)明所制得的受壓變色混凝土生產(chǎn)與養(yǎng)護(hù)方法與普通混凝土相同，簡單實(shí)用。
[0058]表1受壓變色混凝土典型配合比
[0059]
【權(quán)利要求】
1.一種受壓變色混凝土，其特征在于由以下組分組成；水泥150-350份，粉煤灰30-80份，礦渣粉30-80份，砂子640-800份，石子1000-1200份，水164份，減水劑4-11份，壓敏變色材料4-10份。
2.如權(quán)利要求1所述的一種受壓變色混凝土，其特征在所述水泥為符合《通用硅酸鹽水泥》(GB175)要求的水泥。
3.如權(quán)利要求1所述的一種受壓變色混凝土，其特征在所述粉煤灰為符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596)要求的I級或II級粉煤灰。
4.如權(quán)利要求1所述的一種受壓變色混凝土，其特征在所述礦渣粉符合《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》(GB/T18046)要求的磨細(xì)礦渣粉。
5.如權(quán)利要求1所述的一種受壓變色混凝土，其特征在所述砂子為符合《建設(shè)用砂》(GB/T14684)要求的建設(shè)用砂。
6.如權(quán)利要求1所述的一種受壓變色混凝土，其特征在所述石子為符合《建設(shè)用卵石、碎石》(GB/T14685)要求的建設(shè)用石子。
7.如權(quán)利要求1所述的一種受壓變色混凝土，其特征在所述水為符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63)要求的水。
8.如權(quán)利要求1所述的一種受壓變色混凝土，其特征在所述減水劑選自符合《混凝土外加劑》(GB8076)要求的萘系高效減水劑或聚羧酸高效減水劑。
9.如權(quán)利要求1所述的一種受壓變色混凝土，其特征在所述壓敏變色材料選自N-亞水楊基-2-氯苯胺或乙烯基二胺銅絡(luò)合物。
10.一種制備如權(quán)利要求1-8所述的受壓變色混凝土的制備方法，其特征在于將上述材料混合均勻既得。
【文檔編號(hào)】C04B14/06GK103896533SQ201410101855
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】柯國軍, 王勁松, 陳振富 申請人:南華大學(xué)