纖維增強復合筋智能網格及其制作方法

纖維增強復合筋智能網格及其制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種纖維增強復合筋智能網格及其制作方法，是在網格的經緯向絲束的鋪設過程中，將光纖光柵傳感器埋設在同向的纖維絲束中；該光纖光柵傳感器用纖維套管封裝，并在鋪設后與經緯向纖維絲束一同浸漬樹脂、固化成型，對光纖光柵傳感器與經緯向纖維絲束起始接觸部位采用金屬軟管保護，形成具有自監測功能的智能網格。本發明提供的制作方法可根據要求制作經緯向任意方向具有光柵光纖自監測功能的網格，適合工業化批量生產，制成的網格信號傳輸穩定，監測精度高。
【專利說明】纖維増強復合筋智能網格及其制作方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種智能結構材料及其制作方法，具體涉及一種纖維增強復合筋智能網格及其制作方法。

【背景技術】
[0002]現有技術中的纖維增強復合筋網格是將碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維等高性能連續纖維浸漬于環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂等形成網格狀的整體復合材料。這種纖維增強復合筋網格具有輕質、高強、雙向受力、施工方便、適用于普通環境、惡劣環境的優點，并能克服傳統建筑材料的缺點，具有更多的應用優勢，具體表現在:
由纖維增強復合筋網格同時具有兩個方向的增強效果，其可以方便地應用于混凝土板的增強加固，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；纖維增強復合筋網格通過砂漿或樹脂粘貼于砌體墻體側面，可以顯著提高墻體的抗剪承載力，增強墻體的整體性，低周反復荷載試驗表明了其對延性、耗能的明顯提高；纖維增強復合筋網格可彎成適宜形狀，并易于保持，其用于加固修復隧道頂部混凝土結構老化、混凝土脫落等病害具有很好的適用性；當然，纖維增強復合筋網格也可用于普通梁的抗剪、抗彎加固，效果及成本優于粘貼纖維布加固分布式光纖傳感技術因其測試的分布性、網絡性、穩定性等優點，近年來在被不斷應用于結構健康監測。目前國際上分布式光纖傳感技術一句其測試原理的差異主要分為強度型、干涉型和散射型等。其中基于布里淵散射機理的8010尺、80丁0八等傳感技術由于其在溫度、應變測試精度高，測試距離長等方面的巨大優勢，受到國內外學者的青睞。
[0003]將分布式傳感光纖復合進纖維復合筋網格中，可以形成一種智能結構材料。這樣不僅使得脆弱的光纖在實際使用時得到很好的保護，同時在用這種纖維增強復合筋智能網格加固土木領域結構時，在實現結構補強的同時還能對結構實時監測，更好的評價結構的安全性能。開發一種保證精度、適合工業化批量生產的纖維增強智能網格制作方法已成為亟待解決的技術問題。


【發明內容】

[0004]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種纖維增強復合筋智能網格及其制作方法。以發揮纖維復合筋網格在結構補強中的優勢，同時實現對用該智能網格加固的結構實時監測，從而對結構安全性能進行可靠評價。
[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本發明提供的纖維增強復合筋智能網格，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的纖維網格，所述樹脂包覆于纖維網格上，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]作為優選，為了保護傳感器引線的信號的良好傳輸，所述高精度光纖傳感器與纖維絲束端部的接觸部位套設有金屬軟管。
[0007]作為優選，所述金屬軟管埋入纖維絲束的長度不小于2挪，露出纖維絲束的長度不小于201110
[0008]作為優選，為了使傳感器對網格的形變量進行高精度的監測，所述高精度光纖傳感器位于纖維網格橫斷面的中心位置。并在高精度光纖傳感器放置過程中對其牽拉繃緊。
[0009]作為優選，為了使整個傳感器柔軟，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]作為優選，所述高精度光纖傳感器呈3型布設在纖維網格內。
[0011]所述光纖優選為無滑移光纖光纖或長標距光纖。
[0012]制造時，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)根據所設計纖維增強復合筋網格的間距，選擇填充模尺寸，并將填充模通過螺栓安裝于底模上，形成網格槽道；
3)在所述底模周圍，網格槽道延長線上確定纖維絲束固定卡；
4)調配樹脂，將纖維絲束浸漬樹脂；
5)沿網格槽道鋪設經瑋向纖維絲束，并將端部固定于所述的固定卡上；
6)在纖維絲束鋪設到設計量的一半時，放置高精度光纖傳感器；
7)鋪設剩余的一半纖維絲束；
8)采用樹脂將形成的網格狀纖維絲束完全浸潤，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)在上述纖維網格范圍內鋪設導流網與導流管；
11)在底模固定卡的外圍不少于5(3111處設置密封膠泥；
12)將整個模具覆蓋真空袋，且真空袋四周與密封膠泥粘結密實，開始抽真空；
13)真空度達到規定值后，在真空袋表面鋪設電加熱毯，設置加熱溫度；
14)持續加熱與抽真空1~2小時，樹脂固化，網格制作完成。
[0013]有益效果:本發明通過用纖維套管對光纖進行封裝，制成光纖傳感器克服了光纖的實際操作過程中容易脆斷的問題，大大提高了在工程應用、生產過程中存活率。本發明生產的制品具有分布式的傳感和穩定的長期監測性能，具有很高的性價比。同時利用真空成型工藝，體系中不留有多余的樹脂，氣泡少，纖維含量高強度更高，性能更加穩定；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密實，樹脂含量比較均衡，性能比較穩定；樹脂的流動及固化過程在相對密閉的空間內進行，不會有大量的刺激性氣味散出，比較環保；制作工藝操作簡單，便于掌握，適合工業化批量生產。
[0014]除了上面所述的本發明解決的技術問題、構成技術方案的技術特征以及由這些技術方案的技術特征所帶來的優點外，本發明的纖維增強復合筋智能網格及其制作方法所能解決的其他技術問題、技術方案中包含的其他技術特征以及這些技術特征帶來的優點，將結合附圖做出進一步詳細的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發明實施例中光纖傳感器結構示意圖； 圖2是本發明實施例中底模及填充模的結構示意圖；
圖3是本發明實施例中纖維絲束在槽道中的鋪設示意圖；
圖4是本發明實施例中光纖傳感器的布置示意圖；
圖5是本發明實施例中纖維絲束鋪設完成的示意圖；
圖6是本發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導流網、9導流管、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。

【具體實施方式】
[0016]實施例:
為了對本發明的工藝特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照【專利附圖】

【附圖說明】對本發明的【具體實施方式】進行說明。
[0017]圖1是光纖傳感器封裝結構示意圖，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，制成高精度光纖傳感器。
[0018]圖2是底模1與填充模3的連接結構示意圖，填充模3通過螺栓4固定在底模1上，形成用于鋪設纖維絲束的網格槽道。槽道中線上設置定位卡2。
[0019]圖3是纖維絲束5在槽道中的鋪設示意圖。纖維絲束5在填充模3陣列布置形成的槽道中經瑋向間隔鋪設，始終保持連續繃緊鋪設。
[0020]圖4是光纖傳感器的布置示意圖。纖維絲束5纏繞到設計用量的一半時，停止纏繞。在網格槽道內布置傳感器6，保證傳感器居中放置在槽道內。傳感器呈3型彎曲布設時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度，埋入長度不能低于2挪，外露長度不能低于20111,以確保光纖傳感器的信號線不被折斷，能很好的保護。
[0021〕圖5是鋪設脫模布15，鋪設完成后將壓條鋪設在槽道中，壓條包括橫向壓條7-1和縱向壓條7-2。以便于經瑋向纖維絲束5在真空狀體下自由調節壓縮量，保證纖維絲素的均勻性、密實性。
[0022]圖6是真空模壓工藝輔助材料安裝示意圖。先鋪設導流網8，，再鋪設導流管9，用于將多于樹脂及氣泡排出真空膜。，真空膜11粘結在密封膠泥10上，完成整個工藝輔材的安裝。整個裝備連接完成后開啟真空泵14，多余樹脂導入樹脂收集器13，待真空壓力表讀數接近0時，鋪設電加熱毯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格制作過程中各步驟的材料鋪設位置，制作步驟如下:
第一步:先制作一平整光潔、不透環氧樹脂的底模1，底模1上設計有螺栓孔與填充模3螺栓孔4對應，底模表面涂刷一層脫模劑； 第二步:根據纖維增強復合筋網格的大小設計填充模3。填充模3的長寬尺寸與復合筋網格的大小趨于一致，厚度為材質為鋼板，形狀根據制作的網格尺寸，可以是正方形也可以是長方形。填充模3中心線兩側打兩個對稱錨孔，位置與底模1上的螺栓孔對應。
[0024]第三步:固定填充模3。通過螺栓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留0.8-10.11的槽道，形成網格槽道，用于鋪設經瑋向纖維絲束5。
[0025]第四步:設置定位卡2。槽道中心線上，且距離最外圈填充模5~10挪，設置定位卡2。
[0026]第五步:鋪設纖維絲束5。纖維絲束5先浸漬樹脂，浸漬過程中重復多次按壓，以保證樹脂浸透完全。槽道中連續鋪設經瑋向纖維絲束5，一層徑向一層瑋向交叉鋪設。鋪設時纖維絲束5應牽拉繃緊，沿某一槽道鋪設到達終點后纖維絲束5繞過定位卡2，轉至相鄰槽道鋪設，以此方法逐層鋪設纖維絲束5至完成設計層數的一半。
[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，繼續纏繞余下的纖維絲束到設計層數。
[0028]第七步:鋪設脫模布15。經瑋向纖維絲束5鋪設完成后，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，鋪設經瑋向纖維絲束5的槽道內放置壓條。第八步:鋪設導流網8。壓條鋪設完成后鋪設一層導流網8，導流網大小以覆蓋住槽道內纖維為準。
[0030]第九步:鋪設導流管9。導流網8上表面鋪設導流管9，一根導流管9的輻射寬度15~20挪，根據導流網8的面積選擇導流管鋪設長度及間距。
[0031]第十步:鋪設密封膠泥10。底模1四周距離定位卡2所在直線5挪的周長上粘貼一圈密封膠泥10。
[0032]第十一步:鋪設真空膜11。真空膜11各邊長大于底模1各邊長不小于10^，四條邊粘貼于密封膠泥10上，并按壓密實。
[0033]第十二步:抽真空模壓。連接真空泵14、樹脂收集器13及導流管9，樹脂收集器13的一端連接導流管9，一端連接真空空壓機14。
[0034]第十三步:鋪設電加熱毯12。待真空壓力表讀書接近0時，在真空膜11表面鋪設一層電加熱毯12，設定加熱溫度上限值。邊加熱邊抽真空，直至樹脂完全固化，停止抽真空，網格制作完成。制作完成的智能網格如圖8所示。
[0035]以上結合附圖對本發明的實施方式做出詳細說明，但本發明不局限于所描述的實施方式。對本領域的普通技術人員而言，在本發明的原理和技術思想的范圍內，對這些實施方式進行實施方式進行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種纖維增強復合筋智能網格，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的纖維網格，所述樹脂包覆于纖維網格上，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.根據權利要求1所述的纖維增強復合筋智能網格，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有金屬軟管。
3.根據權利要求2所述的纖維增強復合筋智能網格，其特征在于:所述金屬軟管埋入纖維絲束的長度不小于2cm，露出纖維絲束的長度不小于2cm。
4.根據權利要求1所述的纖維增強復合筋智能網格，其特征在于:所述高精度光纖傳感器位于纖維網格橫斷面的中心位置。
5.根據權利要求1所述的纖維增強復合筋智能網格，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.根據權利要求2所述的纖維增強復合筋智能網格，其特征在于:所述高精度光纖傳感器呈S型布設在纖維網格內。
7.根據權利要求1所述的纖維增強復合筋智能網格，其特征在于:所述光纖傳感器是無滑移光纖或長標距光纖。
8.—種纖維增強復合筋智能網格的制作方法，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)根據所設計纖維增強復合筋網格的間距，選擇填充模尺寸，并將填充模通過螺栓安裝于底模上，形成網格槽道； 3)在所述底模周圍，網格槽道延長線上確定纖維絲束固定卡； 4)調配樹脂，將纖維絲束浸漬樹脂； 5)沿網格槽道鋪設經瑋向纖維絲束，并將端部固定于所述的固定卡上； 6)在纖維絲束鋪設到設計量的一半時，放置高精度光纖傳感器； 7)鋪設剩余的一半纖維絲束； 8)采用樹脂將形成的網格狀纖維絲束完全浸潤，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)在上述纖維網格范圍內鋪設導流網與導流管； 11)在底模固定卡的外圍不少于5cm處設置密封膠泥； 12)將整個模具覆蓋真空袋，且真空袋四周與密封膠泥粘結密實，開始抽真空； 13)真空度達到規定值后，在真空袋表面鋪設電加熱毯，設置加熱溫度； 14)持續加熱與抽真空1~2小時，樹脂固化，網格制作完成。
【文檔編號】E04C5/04GK104494167SQ201410768801
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】吳剛, 張敏, 王焰 申請人:東南大學, 北京特希達科技有限公司