一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土及其制备方法，该混凝土包括以下原料组分：水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维、减水剂和碳纳米材料，按重量份数计，水泥用量为600

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术属于建筑材料
，涉及一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着世界范围内混凝土基础设施设计龄期的增长，包括实时状态评估和无损检测技术在内的结构健康监测逐渐引起人们的关注。采用昂贵技术进行的结构健康监测能够提供关于混凝土结构服役状态的有用信息，而一项技术的成功应用往往涉及到灵敏度、稳定性、兼容性甚至成本的综合考虑。
[0003]智能水泥基传感器一般通过向水泥基材料的原有组分中添加导电材料加以制备，其具有易与被监测混凝土结构耦合、使用寿命长和价格合理的优点，可用来监测混凝土结构的受力、受冲击、振动和损伤程度等情况。智能水泥基传感器往往通过嵌入、分布粘贴和加固传感等方式实现与被监测混凝土结构的耦合，其拥有的较被监测混凝土结构更高的力学强度能够使传感器在被监测结构破坏后仍然正常工作。高强和高耐久混凝土应用于基础结构工程数量的上升趋势对水泥基传感器的研究提出了更高的要求，故亟需开发一种导电性、压阻敏感性、压阻可重复性和压阻稳定性强，同时具有较高的强度、韧性和抗渗性的水泥基自感知材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土及其制备方法，在克服现有技术中自感知混凝土的力学性能或耐久性能不足等缺陷的同时，制得具有良好导电性、压阻敏感性、压阻可重复性和压阻稳定性的水泥基传感器。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术的技术方案之一在于提供了一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土，包括以下原料组分：水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维、减水剂和碳纳米材料，按重量份数计，水泥用量为600
‑
900份，硅灰用量为70
‑
100份，石英粉用量为150
‑
300份，石英砂用量为800
‑
1200份，减水剂用量为6
‑
15份，钢纤维的体积掺量为1.0％
‑
2.0％，碳纳米材料用量为水泥和硅灰总用量的0.1％
‑
0.8％。
[0007]进一步的，所述碳纳米材料包括多层石墨烯、少层石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米纤维、多壁碳纳米管或表面处理多壁碳纳米管的一种或多种。
[0008]更进一步的，所述多层石墨烯的层数为5
‑
10层，片层直径为10
‑
50μm，比表面积为360
‑
450m2/g，纯度大于95％。
[0009]更进一步的，所述多层石墨烯为黑色粉末状。
[0010]更进一步的，所述少层石墨烯的层数为1
‑
5层，片层直径为10
‑
50μm，比表面积为360
‑
450m2/g，纯度大于98％。
[0011]更进一步的，所述少层石墨烯为黑色粉末状。
[0012]更进一步的，所述还原氧化石墨烯的纯度大于95％。
[0013]更进一步的，所述碳纳米纤维的外径为200
‑
600nm，长度为5
‑
50μm，纯度大于70％。
[0014]更进一步的，所述碳纳米纤维为黑色粉末状。
[0015]更进一步的，所述多壁碳纳米管的内径为5
‑
10nm，外径为20
‑
30nm，长度为10
‑
30μm，纯度大于95％。
[0016]更进一步的，所述多壁碳纳米管为黑色粉末状。
[0017]更进一步的，所述表面处理多壁碳纳米管为石墨化多壁碳纳米管或镀镍多壁碳纳米管，所述石墨化多壁碳纳米管中多壁碳纳米管的纯度大于99.9％，所述镀镍多壁碳纳米管中镍的质量分数大于50％。
[0018]进一步的，所述水泥为P
·Ⅱ52.5硅酸盐水泥。
[0019]进一步的，所述硅灰为970U硅灰，比表面积为21.36m2/g，密度为2.2g/cm3。
[0020]进一步的，所述石英粉的粒径为8000目，所述石英粉中SiO2的含量大于99.9％。
[0021]进一步的，所述石英砂的粒径为0.250
‑
0.595mm或0.147
‑
0.210mm中的一种或两种，所述石英砂中SiO2的含量大于99.9％。
[0022]所述钢纤维为平直型镀铜钢纤维，长度为5～20mm，长径比为30～90，抗拉强度为2850MPa，弹性模量为200GPa。
[0023]进一步的，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其中活性成分质量分数大于90％，减水率大于21％。
[0024]更进一步的，所述聚羧酸减水剂为白色粉末状。
[0025]本专利技术的技术方案之二提供了上述自感知超高性能混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0026](1)取碳纳米材料、减水剂分散于一部分水中，得到碳纳米材料悬浮液；
[0027](2)取水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维均匀混合，得到混合料；
[0028](3)将所得碳纳米材料悬浮液、混合料与剩余水混合，即得目的产物。
[0029]进一步的，步骤(1)中，将碳纳米材料、减水剂加入一部分水中，然后搅拌、超声，得到碳纳米材料悬浮液。
[0030]更进一步的，搅拌速度为900
‑
1100rpm，搅拌时间为5
‑
10min。
[0031]更进一步的，超声功率为130
‑
170W，超声波频率为30
‑
50kHz，超声时间为10
‑
20min。
[0032]进一步的，步骤(2)中，通过搅拌使水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维均匀混合。
[0033]更进一步的，使用水泥胶砂搅拌机进行搅拌，水泥胶砂搅拌机自转140
±
5r/min、公转62
±
5r/min，搅拌时间为10min。
[0034]进一步的，步骤(3)中，先加入混合料，后加入碳纳米材料悬浮液和剩余的水。
[0035]更进一步的，通过搅拌使所得碳纳米材料悬浮液、混合料与剩余水混合。
[0036]更进一步的，使用水泥胶砂搅拌机进行搅拌，先低速搅拌5min，后高速搅拌10min。
[0037]更进一步的，低速为水泥胶砂搅拌机自转140
±
5r/min、公转62
±
5r/min；高速为水泥胶砂搅拌机自转285
±
10r/min、公转125
±
10r/min。
[0038]进一步的，水的总质量与水泥质量的比例为(180
‑
200)：(600
‑
900)。
[0039]进一步的，步骤(1)和步骤(3)中的水的质量比为1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土，其特征在于，包括以下原料组分：水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维、减水剂和碳纳米材料，按重量份数计，水泥用量为600
‑
900份，硅灰用量为70
‑
100份，石英粉用量为150
‑
300份，石英砂用量为800
‑
1200份，减水剂用量为6
‑
15份，钢纤维的体积掺量为1.0％
‑
2.0％，碳纳米材料用量为水泥和硅灰总用量的0.1％
‑
0.8％。2.根据权利要求1所述的一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土，其特征在于，所述碳纳米材料包括多层石墨烯、少层石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米纤维、多壁碳纳米管或表面处理多壁碳纳米管的一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土，其特征在于，所述多层石墨烯的层数为5
‑
10层，片层直径为10
‑
50μm，比表面积为360
‑
450m2/g，纯度大于95％；所述少层石墨烯的层数为1
‑
5层，片层直径为10
‑
50μm，比表面积为360
‑
450m2/g，纯度大于98％。4.根据权利要求2所述的一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土，其特征在于，所述碳纳米纤维的外径为200
‑
600nm，长度为5
‑
50μm，纯度大于70％。5.根据权利要求2所述的一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土，其特征在于，所述多壁碳纳米管的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，朱合华，宋法成，蒋正武，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：