专利名称：机敏混凝土传感元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种传感器，具体地说是一种用于监测土木结构的传感器。
背景技术：
在土木结构中常用应变片来监测混凝土构件的受压应力、拉应力的情况。应变片存在着造价较高、安装工艺复杂、与混凝土相容性差、耐久性差等缺点。无法达到对土木结构全寿命的长期监测。

发明内容本发明的目的在于提供一种可以方便地埋入混凝土中、造价低、灵敏度高、安装工艺简单、与混凝土相容性好、耐久性好的机敏混凝土传感元件。本发明的目的是这样实现的它包括试块，在试块上设置有1-2对电极，试块材料的基本组成(质量)为碳纤维0.01％～15％，基料75～99.99％。本发明还可以包括如下结构特征1、所述的电极有1-2对，电极预埋在试块中；2、所述的电极有1对，电极粘贴在试块的两侧；3、所述的基料是水泥石，其组成(质量)为水泥55～67％，水23～45％；4、所述的基料是砂浆，其组成(质量)为水泥10～67％、水12～55％，砂子1～70％；5、所述的基料是混凝土，其的组成(质量)为水泥8～67％、水5～20％，砂子1～40％，石子1～55％；6、所述的碳纤维是短切碳纤维。7、基料中加入适合于水泥或混凝土的外加剂或掺合料，其加入量占水泥用量的0.1％～2％；8、在基料中加入适量的超细掺合料，其加入量占水泥用量的0.1％～10％。将基料按比例配好后，将碳纤维均匀地掺合到基料中，而后浇注成形状为50×50×50mm左右的试块，同时将电极插在试块中再固化制成传感器；或者是试块固化后再将电极粘贴在试块的两侧制成传感器。将本发明的装置埋入混凝土中，可以比较方便地通过监测传感器周围的混凝土的受力状态。由于本发明装置的主要成份是水泥、砂子、石子的混合物，因此它的耐久性很好。而且其体积与混凝土中的粗骨料比较接近，与混凝土也有比较好的相容性。使用时可以直接将本发明的装置埋在混凝土中，安装工艺简单。与应变片相比其制造成本较低。图7给出的是在压应力的作用下其应力与电阻率之间的关系曲线。从中可以看出电阻率与压应力之间的关系可以分成三个阶段1、AB段，此时压力较小，电阻率随压应力的增加而减小；2、BC段，电阻率基本没有变化；3、CD段，电阻率迅速增大。以上三个阶段分别对应于碳纤维应力应变传感器的弹性范围、塑性范围和破坏范围。图8给出的是在拉应力的作用下其应力与电阻率之间的关系曲线。从中可以看出电阻率与压应力之间的关系也可以分成三个阶段1、A′B′段，此时拉应力较小，电阻率随拉应力的增加而增大；2、B′C′段，电阻率基本没有变化；3、C′D′段，电阻率迅速增大。以上三个阶段分别对应于碳纤维应力应变传感器的弹性范围、塑性范围和破坏范围。


图1是本发明的第一种实施方案的结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是本发明的第二种实施方案的结构示意图；图4是图3的B-B剖视图；图5是本发明的第三种实施方案的结构示意图；图6是图5的C-C剖视图；图7是在压应力的作用下其应力与电阻率之间的关系；图8是在拉应力的作用下其应力与电阻率之间的关系。
(五)具体实施方案下面结合附图举例对本发明作更详细的描述1、结合图1、2，将碳纤维0.01-15％、基料75～99.99％的比例备好原料，基料为水泥石，其组成(质量)为水泥55～67％，水23～45％。先将水泥、水按比例混合，制成水泥石，将短切碳纤维均匀的分布在水泥石中，而后浇注成形状为50×50×50mm左右的试块1，同时将电极2、3插在试块中再固化制成传感器。
2、将碳纤维1％、基料99％的比例备好原料，基料为水泥石，其组成(质量)为水泥60％，水40％。先将水泥、水按比例混合，制成水泥石，将短切碳纤维均匀的分布在水泥石中，而后浇注成形状为50×50×50mm左右的试块1，同时将电极2、3插在试块中再固化制成传感器。
3、将碳纤维10％、基料90％的比例备好原料，基料为水泥石，其组成(质量)为水泥65％，水35％。先将水泥、水按比例混合，制成水泥石，将短切碳纤维均匀的分布在水泥石中，而后浇注成形状为50×50×50mm左右的试块1，同时将电极2、3插在试块中再固化制成传感器。
4、将碳纤维0.01-15％、基料75～99.99％的比例备好原料，基料为砂浆，其组成(质量)为水泥10～67％、水12～55％，砂子1～70％。先将水泥、砂子、水按比例混合，制成砂浆，将短切碳纤维均匀的分布在砂浆中，而后浇注成形状为50×50×50mm左右的试块1，同时将电极2、3插在试块中再固化制成传感器。
5、将碳纤维2％、基料98％的比例备好原料，基料为砂浆，其组成(质量)为水泥50％、水35％，砂子15％。先将水泥、砂子、水按比例混合，制成砂浆，将短切碳纤维均匀的分布在砂浆中，而后浇注成形状为50×50×50mm左右的试块1，同时将电极2、3插在试块中再固化制成传感器。
6、将碳纤维0.5％、基料99.5％的比例备好原料，基料为砂浆，其组成(质量)为水泥50％、水40％，砂子10％。先将水泥、砂子、水按比例混合，制成砂浆，将短切碳纤维均匀的分布在砂浆中，而后浇注成形状为50×50×50mm左右的试块1，同时将电极2、3插在试块中再固化制成传感器。
7、将碳纤维0.01-15％、基料75～99.99％的比例备好原料，基料为混凝土，其的组成(质量)为水泥8～67％、水5～20％，砂子1～40％，石子1～55％。先将水泥、砂子、石子、水按比例混合，制成混凝土，将短切碳纤维均匀的分布在混凝土中，而后浇注成形状为50×50×50mm左右的试块1，同时将电极2、3插在试块中再固化制成传感器。
8、将碳纤维12％、基料88％的比例备好原料，基料为混凝土，其的组成(质量)为水泥13％、水8.5％，砂子26.4％，石子51.8％。先将水泥、砂子、石子、水按比例混合，制成混凝土，将短切碳纤维均匀的分布在混凝土中，而后浇注成形状为50×50×50mm左右的试块1，同时将电极2、3插在试块中再固化制成传感器。
9、结合图5、6，在上述8个实施例的基础上，电极包括两对，即电极由电极3、4、5、6组成。
10、结合图3、4，在实施例1-8的基础上，试块浇注成型之后，先进行固化，固化后将电极粘贴在试块的两侧。
11、在上述10个实施例的基础上，在试块基料中加入适合于水泥或混凝土的外加剂或掺合料，其加入量占基料总量的0.1～2％％，其外加剂或掺合剂可以是减水剂(木质素磺酸盐及其衍生物、高级多元醇、羟基羧酸及其盐、萘磺酸盐甲醛缩合物、聚氧乙烯醚及其衍生物、多元醇复合体、多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物、聚丙烯酸盐及其共聚物)、引气剂(木质素磺酸钙、改性木质素磺酸盐及其衍生物、改性萘磺酸盐甲醛缩合物、羧酸盐及聚羧酸盐)、消泡剂(磷酸三丁酯、磷酸二丁酯)、早强剂(氯化物、溴化物、氟化物、碳酸盐、硝酸盐、硫代硫酸盐、铝酸盐、碱性氢氧化物、三乙醇胺、甲酸钙、乙酸钙、丙酸钙、定酸钙、尿素、草酸、胺与甲醛缩合物)、灌浆外加剂(凝胶淀粉、甲基纤维素、膨润土)中的任何一或几种。
12、在上述各实施例的基础上，在基料中加入适量的纳米及微米级的超细掺合料。其加入量占水泥总量的0.1～10％，超细掺和料可以是二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铁、硅灰、磨细矿渣、磨细粉煤灰、磨细硅质页岩中的任何一种。
13、在实施例11、12的基础上，在基料中加入适量的导电超细掺合料。其加入量占水泥总量的0.1～10％，导电超细掺合料可以是二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铁、铜粉、纳米金属氧化物、石墨、羟基铁粉中的任何一种。
权利要求
1.一种机敏混凝土传感元件，其特征是它包括试块，在试块上设置有1-2对电极，试块材料的基本组成(质量)为碳纤维0.01％～15％，基料75～99.99％。
2.根据权利要求1所述的机敏混凝土传感元件，其特征是所述的电极有1-2对，电极预埋在试块中。
3.根据权利要求1所述的机敏混凝土传感元件，其特征是所述的电极有1对，电极粘贴在试块的两侧。
4.根据权利要求1、2或3所述的机敏混凝土传感元件，其特征是所述的基料是水泥石，其组成(质量)为水泥55～67％，水23～45％。
5.根据权利要求1、2或3所述的机敏混凝土传感元件，其特征是所述的基料是砂浆，其组成(质量)为水泥10～67％、水12～55％，砂子1～70％。
6.根据权利要求1、2或3所述的机敏混凝土传感元件，其特征是所述的基料是混凝土，其的组成(质量)为水泥8～67％、水5～20％，砂子1～40％，石子1～55％。
7.根据权利要求1、2或3所述的机敏混凝土传感元件，其特征是所述的碳纤维是短切碳纤维。
8.根据权利要求4所述的机敏混凝土传感元件，其特征是所述的碳纤维是短切碳纤维。
9.根据权利要求5所述的机敏混凝土传感元件，其特征是所述的碳纤维是短切碳纤维。
全文摘要
本发明提供的是一种机敏混凝土传感元件。它包括试块，在试块上设置有1－2对电极，试块材料的基本组成(质量)为碳纤维0.01％～15％，基料75～99.99％。本发明的产品具有可以方便地埋入混凝土中、造价低、灵敏度高、安装工艺简单、与混凝土相容性好、耐久性好等优点。
文档编号G01N3/00GK1484027SQ0213296
公开日2004年3月24日 申请日期2002年9月16日 优先权日2002年9月16日
发明者欧进萍, 李惠, 关新春 申请人:欧进萍, 李惠, 关新春