一种基于高韧性混凝土的压电智能骨料

本实用新型涉及了一种基于高韧性混凝土的压电智能骨料。

背景技术：

针对土木工程中的钢筋混凝土结构，传统的结构损伤试验应力测量方法有许多，如在试件表面粘贴应变片、放置位移计、lvdt、光纤光栅等基于变形的方法，都要结合材料的本构关系间接获得应力信息，一旦结构进入非线性阶段，得到的应力信息就不准确了。压电智能骨料与原结构的相容性好，对其周围应力状态影响很小，基于压电智能骨料的应力测量方法有许多优势，如价格低廉、响应速度快、灵敏度高、能耗低、线性度良好，并且可以作为潜在的主动监测传感器。所以将压电智能骨料传感器布置在结构受力的关键部位，一旦结构受到外部动力荷载作用时，即可测得结构内部的应力时程，并可以判断结构的损伤。

然而，不论是在混凝土结构浇筑、养护与使用过程中，还是在用压电智能骨料监测混凝土结构裂缝损伤时，温度对其都会产生较大的影响。首先，混凝土结构在浇筑完成后，由于水化热的影响，会使其内外温差产生较大差距，由于热胀冷缩的作用，使混凝土结构产生裂缝；其次，在施工中往往会出现温度裂缝，影响结构的整体性和耐久性。另外，温度产生的裂缝对压电智能骨料所监测的数据会造成一定的影响，使得最后监测的结果与实际试验结果产生一定的偏差，所以需要提出一种解决方案，使其能够监测混凝土结构在浇筑、养护与使用过程中的温度，以便对监测数据进行温度修正。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种基于高韧性混凝土的压电智能骨料。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于高韧性混凝土的压电智能骨料，半球形压电陶瓷片ⅰ、半球形压电陶瓷片ⅱ、光纤温度传感器、防水层、铜壳、屏蔽导线、屏蔽接头、工程水泥基复合材料外模外包层；

所述半球形压电陶瓷片ⅰ与所述半球形压电陶瓷片ⅱ通过环氧树脂粘贴为球形压电陶瓷体；

所述球形压电陶瓷体的外表面涂设所述防水层，将其设置于所述铜壳内，并用工程水泥基复合材料外包层封装；

所述光纤温度传感器设置于所述球形压电陶瓷体的空腔内，所述空腔内填充环氧树脂；

所述半球形压电陶瓷片ⅰ、所述半球形压电陶瓷片ⅱ和所述光纤温度传感器分别与所述屏蔽导线的一端电连接，所述屏蔽导线的另一端与屏蔽接头相连接。

基于上述，还包括半导体制冷片，所述半导体制冷片设置于所述球形压电陶瓷体的空腔内，与所述屏蔽导线的一端电连接。

基于上述，所述基于高韧性混凝土的压电智能骨料为圆柱体。

基于上述，所述球形压电陶瓷体的直径为10mm，所述基于高韧性混凝土的压电智能骨料的直径和高均为20mm。

基于上述，所述屏蔽导线为四芯的屏蔽导线。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型的有益效果为：

（1）本实用新型内部为两个半球形压电陶瓷片组成的球形压电陶瓷体，在埋入混凝土结构中可以做到全方位的监测混凝土结构的裂缝，不会由于压电智能骨料驱动器和传感器放置的位置和角度偏差而影响最终的监测结果；

（2）本实用新型在球形压电陶瓷体形成的空腔内放置了光纤温度传感器，使得压电智能骨料在监测裂缝的同时还能测量混凝土结构的温度变化，通过温度修正措施，将温度对压电智能骨料监测的数据的影响降低；

（3）本实用新型在球形压电陶瓷体形成的空腔内放置了半导体制冷片，当混凝土结构内外温差大于25℃时，向半导体制冷片通入直流电以达到制冷的目的，使混凝土结构内外温差控制在规定的温差内，以免混凝土产生温度裂缝，影响结构安全；

（4）本实用新型的封装层为工程水泥基复合材料（ecc），其与普通混凝土和水泥砂浆相比，具有耐久性高、抗阻裂能力强、工作性能良好、实用性强以及稳定性好等优点，且与混凝土结构能更好的相容；

（5）本实用新型采用屏蔽导线与两个半球形压电陶瓷片相连接，有助于压电陶瓷片在混凝土结构受力过程中减弱噪声的干扰。

附图说明

图1是本实用新型基于高韧性混凝土的压电智能骨料的立体结构示意图。

图2是本实用新型基于高韧性混凝土的压电智能骨料的正剖结构示意图。

图3是本实用新型基于高韧性混凝土的压电智能骨料的俯剖结构示意图。

图中，1-半球形压电陶瓷片ⅰ、2-半球形压电陶瓷片ⅱ、3-环氧树脂、4-光纤温度传感器、5-半导体制冷片、6-防水层、7-铜壳、8-屏蔽导线、9-屏蔽接头、10-工程水泥基复合材料外模外包层。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1-3所示，一种基于高韧性混凝土的压电智能骨料，半球形压电陶瓷片ⅰ1、半球形压电陶瓷片ⅱ2、光纤温度传感器4、半导体制冷片5、防水层6、铜壳7、屏蔽导线8、屏蔽接头9、工程水泥基复合材料外模外包层10；所述半球形压电陶瓷片ⅰ1与所述半球形压电陶瓷片ⅱ2通过环氧树脂粘贴为球形压电陶瓷体；所述球形压电陶瓷体的外表面涂设所述防水层6，将其设置于所述铜壳7内，并用工程水泥基复合材料外包层10封装；所述光纤温度传感器4和所述半导体制冷片5设置于所述球形压电陶瓷体的空腔内，所述空腔内填充环氧树脂3；所述半球形压电陶瓷片ⅰ1、所述半球形压电陶瓷片ⅱ2、所述光纤温度传感器4和所述半导体制冷片5分别与所述屏蔽导线8的一端电连接，所述屏蔽导线8的另一端与屏蔽接头9相连接。

优选的，所述基于高韧性混凝土的压电智能骨料为圆柱体，所述球形压电陶瓷体的直径为10mm，所述基于高韧性混凝土的压电智能骨料的直径和高均为20mm。

所述屏蔽导线为四芯的屏蔽导线，分别电连接所述半球形压电陶瓷片ⅰ1、所述半球形压电陶瓷片ⅱ2、所述光纤温度传感器4和所述半导体制冷片5。

本实用新型中的半球形压电陶瓷片ⅰ、半球形压电陶瓷片ⅱ、免电磁干扰铜壳和外模具需按要求进行加工，将加工符合规格的半球形压电陶瓷片ⅰ和半球形压电陶瓷片ⅱ通过环氧树脂粘贴在一起，待环氧树脂固化后，将半球形压电陶瓷片ⅰ和半球形压电陶瓷片ⅱ与屏蔽导线焊接，完成后，再将光纤温度传感器和半导体制冷片置于半球形压电陶瓷片ⅰ与半球形压电陶瓷片ⅱ形成的空腔内，并用环氧树脂将空腔填充，屏蔽导线中的四芯分别连接半球形压电陶瓷片ⅰ、半球形压电陶瓷片ⅱ、光纤温度传感器和半导体制冷片，待空腔内环氧树脂固化后，在半球形压电陶瓷片ⅰ和半球形压电陶瓷片ⅱ外表面涂一层防水层，并将其置于免电磁干扰的铜壳内，并用工程水泥基复合材料外包层分上下两部分进行封装，先将下半部分工程水泥基复合材料倒入模具内，在其初凝之前将铜壳放入，并倒入上半部分的工程水泥基复合材料在模具内，然后将其放入养护室内养护28天，待骨料达到规定强度且脱模后即为压电智能骨料制作完成。

使用时，将本实用新型的压电智能骨料先固定在要监测的混凝土结构中的钢筋骨架上，然后浇筑混凝土，将与压电智能骨料焊接的屏蔽导线漏出混凝土结构，由屏蔽接头与函数发生器、函数放大器及sdnm-a建筑节能智能化测量设备等外部仪器相连接，在混凝土结构养护时，通过光纤温度传感器测量混凝土结构中的温度变化；养护期满投入使用后，可以监测混凝土结构的裂缝损伤和温度变化。当混凝土结构内外温差大于25℃时，向半导体制冷片通入直流电以达到制冷的目的，使混凝土结构内外温差控制在规定的温差内，以免混凝土产生温度裂缝，影响结构安全。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。