基于壓電效應(yīng)的纖維高性能混凝土損傷監(jiān)測研究

段燕妮，苗 遠(yuǎn)，張繼承，杜國鋒

(長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，荊州 434023)

0 引 言

玄武巖-聚丙烯纖維增強(qiáng)高性能混凝土(basalt-polypropylene fiber reinforced high performance concrete, BPHPC)是通過在高性能混凝土(high performance concrete, HPC)基質(zhì)中添加一定量的玄武巖纖維(basalt fiber, BF)和聚丙烯纖維(polypropylene fiber, PF)而制成的一種特殊混凝土。BF具有高彈性模量和優(yōu)異的耐腐蝕、耐酸、耐堿、耐高溫和低溫等性能[1-2]。PF可以防止混凝土干燥收縮產(chǎn)生裂縫，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命[3]。BF和PF兩者混摻可以更好地改善HPC的力學(xué)性能[4-5]。然而，BPHPC在服役過程中會不可避免地受到荷載破壞，使結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和耐久性降低，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。因此為了預(yù)防事故的發(fā)生，對BPHPC進(jìn)行損傷監(jiān)測是有必要的。

鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate, PZT)是一種具有強(qiáng)壓電效應(yīng)的壓電陶瓷材料，與鈦酸鋇壓電材料和無鉛壓電材料相比，它具有更高的機(jī)械耦合常數(shù)、壓電常數(shù)和居里溫度[6]。此外，因其具有高靈敏度[7]、快速響應(yīng)[8]、兼具傳感和驅(qū)動雙重功能[9]等特點(diǎn)已被應(yīng)用于混凝土早期水化[10]、混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕退化[11]、混凝土組合柱的損傷[12]、木結(jié)構(gòu)損傷[13]、土壤含水率監(jiān)測[14]、地質(zhì)聚合物砂漿早期強(qiáng)度監(jiān)測[15]等方面研究。然而，目前采用壓電陶瓷對BPHPC進(jìn)行損傷監(jiān)測的研究較少。本文通過壓電陶瓷傳感技術(shù)對BPHPC的抗壓過程進(jìn)行了實(shí)時損傷監(jiān)測，通過小波包分析計算出BPHPC損傷前后的應(yīng)力波能量，進(jìn)而獲得損傷指數(shù)(damage index, DI)，揭示BPHPC的損傷規(guī)律。此外，還分析了纖維摻量對BPHPC損傷的影響，得到最佳纖維摻量，并建立不同纖維摻量、荷載下DI變化的三維曲面函數(shù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原理

本文所采用的損傷監(jiān)測方法是通過壓電陶瓷傳感器實(shí)現(xiàn)的?！?br>