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鋼筋混凝土（RC）結(jié)構(gòu)支撐橋梁、高層建筑和水壩等關(guān)鍵設(shè)施，對現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。盡管它們具有高強度和耐用性，但這些結(jié)構(gòu)容易因環(huán)境因素，負載變化和材料老化而開裂。所以這些裂縫的早期檢測和監(jiān)測對于保持結(jié)構(gòu)完整性和確保安全至關(guān)重要。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）方法，如目視檢查和標準傳感技術(shù)，已被證明是不夠的。這些方法很難檢測可能導致重大后果的小裂縫，且不能進行持續(xù)的實時監(jiān)測。因此，迫切需要先進的實時監(jiān)控RC結(jié)構(gòu)的SHM技術(shù)，來確保基礎(chǔ)設(shè)施的安全。

近年來，隨著碳基納米復合材料的智能傳感技術(shù)的發(fā)展，SHM技術(shù)取得了顯著進展。碳納米材料，如碳納米管（CNTs）、石墨烯、石墨碳和混合納米結(jié)構(gòu)，因其熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性以及電氣和電子性能而得到廣泛使用。其中，碳納米管以其細長束形狀的結(jié)構(gòu)特征，可提供更高的機械強度和彈性。此外，與其他材料相比，它的成本效益可使其作為關(guān)鍵納米材料應用于大型結(jié)構(gòu)，如民用、航空和空間基礎(chǔ)設(shè)施中的SHM應用。其中，一種由CNT/PU復合材料組成的智能皮膚，可用于檢測鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫。但是CNT在PU材料中的分散性是一大難題。與其他混合技術(shù)相比，三輥機具有明顯的優(yōu)勢。在分散過程中使用三輥機能確保產(chǎn)品通過兩個剪切區(qū)。要制作CNT/PU復合材料，沒有比三輥機更有效的工具了。所以我們采用TRILOS TR50M三輥機來分散CNT/PU復合材料。

TRILOS TR50M三輥機為基本型三輥機。特別針對處理量相對較少，精度要求相對較低的客戶而進行開發(fā)的超小型研磨設(shè)備。結(jié)構(gòu)設(shè)計簡潔，尺寸較小，體積輕便，采用無極調(diào)速控制流量，機械方式調(diào)節(jié)間距。

圖1 TRILOS TR50M 三輥機

實驗步驟：

智能皮膚是通過將CNT均勻分散在PU基質(zhì)中制成的，如圖2所示。首先，用50ml丙酮作為分散劑溶解高粘度PU樹脂，使用超聲波破碎儀，以脈沖模式（打開15s，關(guān)閉15s）運行80min，將CNT分散在PU基質(zhì)中。為了盡量減少超聲波破碎儀的過熱影響，將含混合物的燒杯放置在裝滿冰的大燒杯中。然后，將分散后的混合物放置在60℃的加熱板上24h，以蒸發(fā)丙酮。將PU硬化劑加入到混合物中，并使用TRILOS TR50M三輥機將其充分分散。將混合物涂覆至0.7 mm的厚度，并將其真空干燥24h。最后，將硬化后的樣品切成70mmⅹ10mm的樣品。我們制備了CNT濃度在0-7 wt%范圍內(nèi)變化的樣品，并對智能皮膚進行電導率等性能的測量。

圖2 智能皮膚的制備過程

結(jié)果與討論：

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