TRILOS三辊机在钢筋混凝土结构裂缝监测传感器的应用

TRILOS三辊机在钢筋混凝土结构裂缝监测传感器的应用

钢筋混凝土（RC）结构支撑桥梁、高层建筑和水坝等关键设施，对现代基础设施至关重要。尽管它们具有高强度和耐用性，但这些结构容易因环境因素，负载变化和材料老化而开裂。所以这些裂缝的早期检测和监测对于保持结构完整性和确保安全至关重要。传统结构健康监测（SHM）方法，如目视检查和标准传感技术，已被证明是不够的。这些方法很难检测可能导致重大后果的小裂缝，且不能进行持续的实时监测。因此，迫切需要先进的实时监控RC结构的SHM技术，来确保基础设施的安全。

近年来，随着碳基纳米复合材料的智能传感技术的发展，SHM技术取得了显著进展。碳纳米材料，如碳纳米管（CNTs）、石墨烯、石墨碳和混合纳米结构，因其热稳定性和机械稳定性以及电气和电子性能而得到广泛使用。其中，碳纳米管以其独特的细长束形状的结构特征，可提供更高的机械强度和弹性。此外，与其他材料相比，它的成本效益可使其作为关键纳米材料应用于大型结构，如民用、航空和空间基础设施中的SHM应用。其中，一种由CNT/PU复合材料组成的智能皮肤，可用于检测钢筋混凝土结构中的裂缝。但是CNT在PU材料中的分散性是一大难题。与其他混合技术相比，三辊机具有明显的优势。在分散过程中使用三辊机能确保产品通过两个剪切区。要制作CNT/PU复合材料，没有比三辊机更有效的工具了。所以我们采用TRILOS TR50M三辊机来分散CNT/PU复合材料。

TRILOS TR50M三辊机为基本型三辊机。特别针对处理量相对较少，精度要求相对较低的客户而进行开发的超小型研磨设备。结构设计简洁，尺寸较小，体积轻便，采用无极调速控制流量，机械方式调节间距。

图1 TRILOS TR50M 三辊机

实验步骤：

智能皮肤是通过将CNT均匀分散在PU基质中制成的，如图2所示。首先，用50ml丙酮作为分散剂溶解高粘度PU树脂，使用超声波破碎仪，以脉冲模式（打开15s，关闭15s）运行80min，将CNT分散在PU基质中。为了尽量减少超声波破碎仪的过热影响，将含混合物的烧杯放置在装满冰的大烧杯中。然后，将分散后的混合物放置在60℃的加热板上24h，以蒸发丙酮。将PU硬化剂加入到混合物中，并使用TRILOS TR50M三辊机将其充分分散。将混合物涂覆至0.7 mm的厚度，并将其真空干燥24h。最后，将硬化后的样品切成70mmⅹ10mm的样品。我们制备了CNT浓度在0-7 wt%范围内变化的样品，并对智能皮肤进行电导率等性能的测量。

图2 智能皮肤的制备过程

结果与讨论：

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