《基于导电涂料的裂缝检测技术的研究》－第五届－中国宋庆龄基金会少年儿童发明奖

《基于导电涂料的裂缝检测技术的研究》

来源：发布时间：2007-12-30 浏览次数：1345
金奖
作品名称：《基于导电涂料的裂缝检测技术的研究》
湖北陈雪韵
作品说明
混凝土构件在使用过程中，由于材料性质、施工、环境、外力等因素会产生变形和裂缝。裂缝作为混凝土的主要病害之一，是许多重大安全事故的主要诱因。近年来，国内外对于监测混凝土结构裂缝的技术，特别是能够对桥梁、隧道、高层建筑等重大公共工程的安全性进行有效监测预警的技术十分重视，是亟待发展的影响建筑工程安全的关键技术之一。
本研究首创将导电涂料涂刷在结构件的表面（受拉面），制作成应变膜传感器，通过测量应变膜在拉力作用下的电阻变化率，对构件变形、轻微开裂、裂缝发展、严重开裂直至破坏失效均能进行有效监测；应变膜传感器对裂缝的出现还具有记忆的功能，它赋予了混凝土结构具有自我感知、预警的"智能结构"功能。可实现真正意义上的分布式检测，为远程自动预警提供了一项新的技术。鉴于研究成果，以及在南京长虹桥上的应用对比试验，中铁大桥勘测设计院已经接受申请，同意在改造翻新的武汉江汉一桥上进行实桥运用实验；《交通工程建设》已于2005年6月刊载本研究论文。我们的主要研究工作包括：
1．	应变膜传感器的发明与制作及其施工工艺。
2．	研究应变膜传感器受荷载作用的试验。
3．	检测混凝土构件裂缝发生、扩展直至破坏的试验。
4．	确定裂缝发生和监测的判断准则。
5．	与其他检测技术的对比研究。
※其他同类研究调查：
1、传统监测技术，主要靠人工发现问题，再采用贴应变片、回弹法、超声波、电磁波等技术对相应构件进行检测、修补。该技术的最大缺陷是必须靠人工先发现缺陷，往往不够及时，不能实现监测预警。
2、光纤传感器监测技术，不能对结构大面积区域实现"区域监测",获取的信息局限性太大。特别是大型混凝土构件开裂具有时间和空间不可预知性,不能进行面区域监测，会发生漏测,留下严重的安全隐患。光纤本身耐久性很好，但是传感器作为整体器件，光电接口不像普通电信号接口好连接，光纤辅助设备较多，易被损坏，反而故障率高，光纤一旦断裂不能继续监测，因而光导技术成本高、故障率也高。
3、智能混凝土技术，由于混凝土导电率可控性太差，填料类导电混凝土是填料颗粒接触形成通路，一旦开裂，通路会断开，不再具有导电性，只能对构件开裂的第一阶段进行监测，而且要想获得合适的混凝土导电率，导电组分的体积含量要大，不但导致施工非常困难，而且成本过高。所以该技术很不成熟，还处于原理实验阶段，暂不具有实用价值。
4、其他的技术，具有代表性的主要是钢弦丝传感器技术。该技术具有精度高、受外界干扰小、耐久性较好。目前，常用于岩土工程（如山体滑移、锚固件位移）领域监测。