纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格及其制作方法，是在網(wǎng)格的經(jīng)緯向絲束的鋪設(shè)過(guò)程中，將光纖光柵傳感器埋設(shè)在同向的纖維絲束中；該光纖光柵傳感器用纖維套管封裝，并在鋪設(shè)后與經(jīng)緯向纖維絲束一同浸漬樹脂、固化成型，對(duì)光纖光柵傳感器與經(jīng)緯向纖維絲束起始接觸部位采用金屬軟管保護(hù)，形成具有自監(jiān)測(cè)功能的智能網(wǎng)格。本發(fā)明提供的制作方法可根據(jù)要求制作經(jīng)緯向任意方向具有光柵光纖自監(jiān)測(cè)功能的網(wǎng)格，適合工業(yè)化批量生產(chǎn)，制成的網(wǎng)格信號(hào)傳輸穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)精度高。
【專利說(shuō)明】纖維増強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能結(jié)構(gòu)材料及其制作方法，具體涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中的纖維增強(qiáng)復(fù)合筋網(wǎng)格是將碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維等高性能連續(xù)纖維浸漬于環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂等形成網(wǎng)格狀的整體復(fù)合材料。這種纖維增強(qiáng)復(fù)合筋網(wǎng)格具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、雙向受力、施工方便、適用于普通環(huán)境、惡劣環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，并能克服傳統(tǒng)建筑材料的缺點(diǎn)，具有更多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在:
由纖維增強(qiáng)復(fù)合筋網(wǎng)格同時(shí)具有兩個(gè)方向的增強(qiáng)效果，其可以方便地應(yīng)用于混凝土板的增強(qiáng)加固，有效提高其混凝土板的承載能力，加固試件延性較好，破壞前有明顯征兆；纖維增強(qiáng)復(fù)合筋網(wǎng)格通過(guò)砂漿或樹脂粘貼于砌體墻體側(cè)面，可以顯著提高墻體的抗剪承載力，增強(qiáng)墻體的整體性，低周反復(fù)荷載試驗(yàn)表明了其對(duì)延性、耗能的明顯提高；纖維增強(qiáng)復(fù)合筋網(wǎng)格可彎成適宜形狀，并易于保持，其用于加固修復(fù)隧道頂部混凝土結(jié)構(gòu)老化、混凝土脫落等病害具有很好的適用性；當(dāng)然，纖維增強(qiáng)復(fù)合筋網(wǎng)格也可用于普通梁的抗剪、抗彎加固，效果及成本優(yōu)于粘貼纖維布加固分布式光纖傳感技術(shù)因其測(cè)試的分布性、網(wǎng)絡(luò)性、穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在被不斷應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。目前國(guó)際上分布式光纖傳感技術(shù)一句其測(cè)試原理的差異主要分為強(qiáng)度型、干涉型和散射型等。其中基于布里淵散射機(jī)理的8010尺、80丁0八等傳感技術(shù)由于其在溫度、應(yīng)變測(cè)試精度高，測(cè)試距離長(zhǎng)等方面的巨大優(yōu)勢(shì)，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的青睞。
[0003]將分布式傳感光纖復(fù)合進(jìn)纖維復(fù)合筋網(wǎng)格中，可以形成一種智能結(jié)構(gòu)材料。這樣不僅使得脆弱的光纖在實(shí)際使用時(shí)得到很好的保護(hù)，同時(shí)在用這種纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格加固土木領(lǐng)域結(jié)構(gòu)時(shí)，在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的同時(shí)還能對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，更好的評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的安全性能。開發(fā)一種保證精度、適合工業(yè)化批量生產(chǎn)的纖維增強(qiáng)智能網(wǎng)格制作方法已成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格及其制作方法。以發(fā)揮纖維復(fù)合筋網(wǎng)格在結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)中的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)用該智能網(wǎng)格加固的結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而對(duì)結(jié)構(gòu)安全性能進(jìn)行可靠評(píng)價(jià)。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格，包括纖維絲束、樹脂和光纖傳感器，所述纖維絲束形成縱橫交錯(cuò)的纖維網(wǎng)格，所述樹脂包覆于纖維網(wǎng)格上，所述光纖傳感器與包裹于其外的纖維套管形成高精度光纖傳感器，所述纖維套管的端部具有與光纖傳感器粘接的錨固段。
[0006]作為優(yōu)選，為了保護(hù)傳感器引線的信號(hào)的良好傳輸，所述高精度光纖傳感器與纖維絲束端部的接觸部位套設(shè)有金屬軟管。
[0007]作為優(yōu)選，所述金屬軟管埋入纖維絲束的長(zhǎng)度不小于2挪，露出纖維絲束的長(zhǎng)度不小于201110
[0008]作為優(yōu)選，為了使傳感器對(duì)網(wǎng)格的形變量進(jìn)行高精度的監(jiān)測(cè)，所述高精度光纖傳感器位于纖維網(wǎng)格橫斷面的中心位置。并在高精度光纖傳感器放置過(guò)程中對(duì)其牽拉繃緊。
[0009]作為優(yōu)選，為了使整個(gè)傳感器柔軟，易于彎曲，所述高精度光纖傳感器表面的纖維套管不浸漬樹脂。
[0010]作為優(yōu)選，所述高精度光纖傳感器呈3型布設(shè)在纖維網(wǎng)格內(nèi)。
[0011]所述光纖優(yōu)選為無(wú)滑移光纖光纖或長(zhǎng)標(biāo)距光纖。
[0012]制造時(shí)，將纖維套管封裝的光纖作為高精度光纖傳感器，再使用真空模壓法將其與纖維絲束和樹脂制成纖維筋智能網(wǎng)格，包括以下步驟:
1?制作底模，并在底模上涂刷脫模劑；
2)根據(jù)所設(shè)計(jì)纖維增強(qiáng)復(fù)合筋網(wǎng)格的間距，選擇填充模尺寸，并將填充模通過(guò)螺栓安裝于底模上，形成網(wǎng)格槽道；
3)在所述底模周圍，網(wǎng)格槽道延長(zhǎng)線上確定纖維絲束固定卡；
4)調(diào)配樹脂，將纖維絲束浸漬樹脂；
5)沿網(wǎng)格槽道鋪設(shè)經(jīng)瑋向纖維絲束，并將端部固定于所述的固定卡上；
6)在纖維絲束鋪設(shè)到設(shè)計(jì)量的一半時(shí)，放置高精度光纖傳感器；
7)鋪設(shè)剩余的一半纖維絲束；
8)采用樹脂將形成的網(wǎng)格狀纖維絲束完全浸潤(rùn)，并覆蓋脫模布；
9)在上述脫模布上方纖維絲束位置安放壓條；
10)在上述纖維網(wǎng)格范圍內(nèi)鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)與導(dǎo)流管；
11)在底模固定卡的外圍不少于5(3111處設(shè)置密封膠泥；
12)將整個(gè)模具覆蓋真空袋，且真空袋四周與密封膠泥粘結(jié)密實(shí)，開始抽真空；
13)真空度達(dá)到規(guī)定值后，在真空袋表面鋪設(shè)電加熱毯，設(shè)置加熱溫度；
14)持續(xù)加熱與抽真空1~2小時(shí)，樹脂固化，網(wǎng)格制作完成。
[0013]有益效果:本發(fā)明通過(guò)用纖維套管對(duì)光纖進(jìn)行封裝，制成光纖傳感器克服了光纖的實(shí)際操作過(guò)程中容易脆斷的問(wèn)題，大大提高了在工程應(yīng)用、生產(chǎn)過(guò)程中存活率。本發(fā)明生產(chǎn)的制品具有分布式的傳感和穩(wěn)定的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)性能，具有很高的性價(jià)比。同時(shí)利用真空成型工藝，體系中不留有多余的樹脂，氣泡少，纖維含量高強(qiáng)度更高，性能更加穩(wěn)定；同一制品在真空作用下，不同部分的壓力是相等的，纖維絲束與光纖傳感器界面粘結(jié)密實(shí)，樹脂含量比較均衡，性能比較穩(wěn)定；樹脂的流動(dòng)及固化過(guò)程在相對(duì)密閉的空間內(nèi)進(jìn)行，不會(huì)有大量的刺激性氣味散出，比較環(huán)保；制作工藝操作簡(jiǎn)單，便于掌握，適合工業(yè)化批量生產(chǎn)。
[0014]除了上面所述的本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征以及由這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)外，本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格及其制作方法所能解決的其他技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案中包含的其他技術(shù)特征以及這些技術(shù)特征帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，將結(jié)合附圖做出進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中底模及填充模的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例中纖維絲束在槽道中的鋪設(shè)示意圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例中光纖傳感器的布置示意圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例中纖維絲束鋪設(shè)完成的示意圖；
圖6是本發(fā)明真空模壓工藝輔助材料安裝示意圖；
圖7是圖5的剖視圖；
圖8是成型智能網(wǎng)格不意圖；
圖中:1底模、2定位卡、3填充模、4螺栓、5纖維絲束、5-1纖維絲束卷、6光纖傳感器、6-1光纖、6-2纖維套管、6-3錨固段、6-4彎曲段金屬軟管、6-5光纖傳感器與纖維絲束接觸部位金屬軟管、7-1橫向壓條、7-2縱向壓條、8導(dǎo)流網(wǎng)、9導(dǎo)流管、10密封膠泥、11真空膜、12電加熱毯、13樹脂收集器、14真空泵、15脫模布。

【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例:
為了對(duì)本發(fā)明的工藝特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說(shuō)明。
[0017]圖1是光纖傳感器封裝結(jié)構(gòu)示意圖，光纖6-1外圍包裹纖維套管6-2，錨固段用樹脂6-3將光纖與纖維套管牢固粘結(jié)，制成高精度光纖傳感器。
[0018]圖2是底模1與填充模3的連接結(jié)構(gòu)示意圖，填充模3通過(guò)螺栓4固定在底模1上，形成用于鋪設(shè)纖維絲束的網(wǎng)格槽道。槽道中線上設(shè)置定位卡2。
[0019]圖3是纖維絲束5在槽道中的鋪設(shè)示意圖。纖維絲束5在填充模3陣列布置形成的槽道中經(jīng)瑋向間隔鋪設(shè)，始終保持連續(xù)繃緊鋪設(shè)。
[0020]圖4是光纖傳感器的布置示意圖。纖維絲束5纏繞到設(shè)計(jì)用量的一半時(shí)，停止纏繞。在網(wǎng)格槽道內(nèi)布置傳感器6，保證傳感器居中放置在槽道內(nèi)。傳感器呈3型彎曲布設(shè)時(shí)以及在傳感器與纖維絲束接觸的始末位置，須安裝彎曲段金屬軟管6-4和光纖傳感器與纖維絲束接觸部位金屬軟管6-5。在傳感器保持拉直繃緊狀態(tài)下，纏繞余下的纖維絲素。纏繞完成后矯正金屬軟管在纖維絲束中的埋置長(zhǎng)度，埋入長(zhǎng)度不能低于2挪，外露長(zhǎng)度不能低于20111,以確保光纖傳感器的信號(hào)線不被折斷，能很好的保護(hù)。
[0021〕圖5是鋪設(shè)脫模布15，鋪設(shè)完成后將壓條鋪設(shè)在槽道中，壓條包括橫向壓條7-1和縱向壓條7-2。以便于經(jīng)瑋向纖維絲束5在真空狀體下自由調(diào)節(jié)壓縮量，保證纖維絲素的均勻性、密實(shí)性。
[0022]圖6是真空模壓工藝輔助材料安裝示意圖。先鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)8，，再鋪設(shè)導(dǎo)流管9，用于將多于樹脂及氣泡排出真空膜。，真空膜11粘結(jié)在密封膠泥10上，完成整個(gè)工藝輔材的安裝。整個(gè)裝備連接完成后開啟真空泵14，多余樹脂導(dǎo)入樹脂收集器13，待真空壓力表讀數(shù)接近0時(shí)，鋪設(shè)電加熱毯12，快速固化。
[0023]圖7作為圖6的剖視圖，能夠比較清晰的反映在網(wǎng)格制作過(guò)程中各步驟的材料鋪設(shè)位置，制作步驟如下:
第一步:先制作一平整光潔、不透環(huán)氧樹脂的底模1，底模1上設(shè)計(jì)有螺栓孔與填充模3螺栓孔4對(duì)應(yīng)，底模表面涂刷一層脫模劑； 第二步:根據(jù)纖維增強(qiáng)復(fù)合筋網(wǎng)格的大小設(shè)計(jì)填充模3。填充模3的長(zhǎng)寬尺寸與復(fù)合筋網(wǎng)格的大小趨于一致，厚度為材質(zhì)為鋼板，形狀根據(jù)制作的網(wǎng)格尺寸，可以是正方形也可以是長(zhǎng)方形。填充模3中心線兩側(cè)打兩個(gè)對(duì)稱錨孔，位置與底模1上的螺栓孔對(duì)應(yīng)。
[0024]第三步:固定填充模3。通過(guò)螺栓4將底模1的和填充模3連接成一整體，填充模3前后左右陣列式布置，相鄰兩填充模邊到邊之間預(yù)留0.8-10.11的槽道，形成網(wǎng)格槽道，用于鋪設(shè)經(jīng)瑋向纖維絲束5。
[0025]第四步:設(shè)置定位卡2。槽道中心線上，且距離最外圈填充模5~10挪，設(shè)置定位卡2。
[0026]第五步:鋪設(shè)纖維絲束5。纖維絲束5先浸漬樹脂，浸漬過(guò)程中重復(fù)多次按壓，以保證樹脂浸透完全。槽道中連續(xù)鋪設(shè)經(jīng)瑋向纖維絲束5，一層徑向一層瑋向交叉鋪設(shè)。鋪設(shè)時(shí)纖維絲束5應(yīng)牽拉繃緊，沿某一槽道鋪設(shè)到達(dá)終點(diǎn)后纖維絲束5繞過(guò)定位卡2，轉(zhuǎn)至相鄰槽道鋪設(shè)，以此方法逐層鋪設(shè)纖維絲束5至完成設(shè)計(jì)層數(shù)的一半。
[0027]第六步:放置光纖傳感器6，使其居中擺放在槽道中，保持傳感器繃直狀態(tài)，繼續(xù)纏繞余下的纖維絲束到設(shè)計(jì)層數(shù)。
[0028]第七步:鋪設(shè)脫模布15。經(jīng)瑋向纖維絲束5鋪設(shè)完成后，在其上表面覆蓋一層脫模布15，脫模布15的大小以覆蓋住槽道內(nèi)纖維絲束5為宜。
[0029]第七步:放置壓條7在脫模布15的上表面，鋪設(shè)經(jīng)瑋向纖維絲束5的槽道內(nèi)放置壓條。第八步:鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)8。壓條鋪設(shè)完成后鋪設(shè)一層導(dǎo)流網(wǎng)8，導(dǎo)流網(wǎng)大小以覆蓋住槽道內(nèi)纖維為準(zhǔn)。
[0030]第九步:鋪設(shè)導(dǎo)流管9。導(dǎo)流網(wǎng)8上表面鋪設(shè)導(dǎo)流管9，一根導(dǎo)流管9的輻射寬度15~20挪，根據(jù)導(dǎo)流網(wǎng)8的面積選擇導(dǎo)流管鋪設(shè)長(zhǎng)度及間距。
[0031]第十步:鋪設(shè)密封膠泥10。底模1四周距離定位卡2所在直線5挪的周長(zhǎng)上粘貼一圈密封膠泥10。
[0032]第十一步:鋪設(shè)真空膜11。真空膜11各邊長(zhǎng)大于底模1各邊長(zhǎng)不小于10^，四條邊粘貼于密封膠泥10上，并按壓密實(shí)。
[0033]第十二步:抽真空模壓。連接真空泵14、樹脂收集器13及導(dǎo)流管9，樹脂收集器13的一端連接導(dǎo)流管9，一端連接真空空壓機(jī)14。
[0034]第十三步:鋪設(shè)電加熱毯12。待真空壓力表讀書接近0時(shí)，在真空膜11表面鋪設(shè)一層電加熱毯12，設(shè)定加熱溫度上限值。邊加熱邊抽真空，直至樹脂完全固化，停止抽真空，網(wǎng)格制作完成。制作完成的智能網(wǎng)格如圖8所示。
[0035]以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格，包括纖維絲束、樹脂和光纖傳感器，所述纖維絲束形成縱橫交錯(cuò)的纖維網(wǎng)格，所述樹脂包覆于纖維網(wǎng)格上，其特征在于:所述光纖傳感器與包裹于其外的纖維套管形成高精度光纖傳感器，所述纖維套管的端部具有與光纖傳感器粘接的錨固段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格，其特征在于:所述高精度光纖傳感器與纖維絲束端部的接觸部位套設(shè)有金屬軟管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格，其特征在于:所述金屬軟管埋入纖維絲束的長(zhǎng)度不小于2cm，露出纖維絲束的長(zhǎng)度不小于2cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格，其特征在于:所述高精度光纖傳感器位于纖維網(wǎng)格橫斷面的中心位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格，其特征在于:所述高精度光纖傳感器表面的纖維套管不浸漬樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格，其特征在于:所述高精度光纖傳感器呈S型布設(shè)在纖維網(wǎng)格內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格，其特征在于:所述光纖傳感器是無(wú)滑移光纖或長(zhǎng)標(biāo)距光纖。
8.—種纖維增強(qiáng)復(fù)合筋智能網(wǎng)格的制作方法，是將纖維套管封裝的光纖作為高精度光纖傳感器，再使用真空模壓法將其與纖維絲束和樹脂制成纖維筋智能網(wǎng)格，其特征在于包括以下步驟: O制作底模，并在底模上涂刷脫模劑； 2)根據(jù)所設(shè)計(jì)纖維增強(qiáng)復(fù)合筋網(wǎng)格的間距，選擇填充模尺寸，并將填充模通過(guò)螺栓安裝于底模上，形成網(wǎng)格槽道； 3)在所述底模周圍，網(wǎng)格槽道延長(zhǎng)線上確定纖維絲束固定卡； 4)調(diào)配樹脂，將纖維絲束浸漬樹脂； 5)沿網(wǎng)格槽道鋪設(shè)經(jīng)瑋向纖維絲束，并將端部固定于所述的固定卡上； 6)在纖維絲束鋪設(shè)到設(shè)計(jì)量的一半時(shí)，放置高精度光纖傳感器； 7)鋪設(shè)剩余的一半纖維絲束； 8)采用樹脂將形成的網(wǎng)格狀纖維絲束完全浸潤(rùn)，并覆蓋脫模布； 9)在上述脫模布上方纖維絲束位置安放壓條； 10)在上述纖維網(wǎng)格范圍內(nèi)鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)與導(dǎo)流管； 11)在底模固定卡的外圍不少于5cm處設(shè)置密封膠泥； 12)將整個(gè)模具覆蓋真空袋，且真空袋四周與密封膠泥粘結(jié)密實(shí)，開始抽真空； 13)真空度達(dá)到規(guī)定值后，在真空袋表面鋪設(shè)電加熱毯，設(shè)置加熱溫度； 14)持續(xù)加熱與抽真空1~2小時(shí)，樹脂固化，網(wǎng)格制作完成。
【文檔編號(hào)】E04C5/04GK104494167SQ201410768801
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】吳剛, 張敏, 王焰 申請(qǐng)人:東南大學(xué), 北京特希達(dá)科技有限公司