【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及混凝土，特别是涉及一种自感知水泥基复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、防撞护栏最早是伴随高速公路的快速发展而出现，由于路旁缺乏防护设施致使交通事故频发，为加快经济发展和保障行驶安全，安全护栏的研究逐渐提上日程。最早使用的防撞护栏多为钢、铁制造，铁质护栏表面通常采用喷漆来做防锈处理，但缺点是寿命短、变形能力差、受冲击后容易断裂。混凝土防撞墙具有较为优异的性能，然而随着时间的推移，混凝土防撞墙的缺点也日益显露，其主要为普通钢筋混凝土制成，刚性大，基本上没有韧性，耐久性较差，缺少吸收能量的能力，发生撞击事故时极易对司乘人员造成伤害。同时，防撞墙墙体也存在易损害的问题，针对防撞墙墙体损害问题，目前常采取预埋钢板、砂浆抹面等措施进行修复，虽有所改善，但都未能从根本上解决该问题，效果有限。
2、研究发现，碳纤维(carbon fiber，简称cf)对混凝土抗冲击效果提升显著，添加到工程水泥基复合材料(ecc)后更可有效地提高其压阻率，从而衍生出自感知等特殊性能，可利用电敏性感知结构内部应力、应变等变化。
3、因此，制备一种既能实现混凝土结构内部损伤自感知，同时又能保持混凝土结构具有高强度、高韧性、耐久性好的自感知水泥基复合材料，对于实现防撞墙自感知具有重要的现实意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种自感知水泥基复合材料及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，使得自感知水泥基复合材料具有优异的使用性能。
2、为实现
3、本专利技术提供一种自感知水泥基复合材料，每立方米自感知水泥基复合材料中包括如下配比的原料：480-481kg水泥、684-685kg粉煤灰、36kg硅灰、0～9kg炭黑、0～19.25kg碳纤维、9.2kg聚丙烯纤维、432kg机制砂、360-384kg水、14.4～18.6kg减水剂；且炭黑和碳纤维含量不为0。
4、作为本专利技术的进一步优选，本专利技术每立方米自感知水泥基复合材料中包括如下配比的原料：480kg水泥、684kg粉煤灰、36kg硅灰、0～9kg炭黑、0～19.25kg碳纤维、9.2kg聚丙烯纤维、432kg机制砂、360-384kg水、14.4～18.6kg减水剂；且炭黑和碳纤维含量不为0。
5、作为本专利技术的进一步优选，所述水泥为p042.5水泥，烧失量≤3.5％；所述粉煤灰的细度为10.6％，烧失量为0.77％，强度活性指数为74％。
6、在混凝土中添加粉煤灰，混凝土的水化反应被加入的粉煤灰促进加速反应。硅灰作为胶凝材料，可有效促进自感知水泥基复合材料的早期水化反应，使浇筑前期材料强度增长迅速，还能够加强混凝土基体与纤维间的粘结应力，密实基体，增强耐久性能。
7、作为本专利技术的进一步优选，所述硅灰的sio2含量≥90％，ph值4.0～8.5，烧失量≤2％；所述炭黑的ph值为8.5，电阻为0.13ω·m。
8、将炭黑颗粒加入ecc中，ecc的体积电阻率降低，从而促进绝缘体到导体的过渡。随着炭黑颗粒加入量的增加，炭黑颗粒间的间距减小，从而形成了更多的连接来传导电流，可以进一步降低其体积电阻率。将炭黑添加到ecc中，可以增强其压阻性能，同时保持其拉伸应变硬化性能，实现自感知能力。
9、作为本专利技术的进一步优选，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。所述聚丙烯腈基碳纤维的电阻率为1.0-1.6ω·cm3，拉伸强度3950mpa，长度为6mm。
10、碳纤维具有较高的强度、较低的重量，搬运省力，可以承受非常高的温度，即使是在酸性环境下也不会发生锈蚀的问题，而且导电性能优异，在水泥基复合材料中掺入适量碳纤维可以显著改善电学性能，从而衍生出电敏性，本专利技术采用碳纤维作为增强纤维的一部分，用于制备自感知混凝土。
11、作为本专利技术的进一步优选，所述聚丙烯纤维长12mm，直径200μm，密度0.91g/mm3，断裂伸长率38％，断裂强度800mpa。
12、合成有机纤维有很多优秀的特性，例如低的弹性模量、很高的抗拉强度、有效的延展性能、可以保持长时间使用、费用低廉等特点。
13、在混凝土中掺加聚丙烯纤维使得其提高了抗压、弯曲延性和拉伸性，而且也提高了混凝土的抗冲击和塑性收缩开裂，主要是因为在混凝土基体中，纤维与纤维之间相互桥接，形成纵横交错的网状结构，防止了混凝土当中的细小裂缝进一步发展形成较大的裂缝，延缓了产生新的混凝土裂缝。
14、作为本专利技术的进一步优选，所述机制砂的细度模量为2.66，机制砂粒径范围为0～4.75mm，石粉含量≤2％。
15、作为本专利技术的进一步优选，所述减水剂包括木质素磺酸盐减水剂、萘系减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族系减水剂及聚羧酸系减水剂。
16、优选聚羧酸系减水剂，更优选的，聚羧酸系减水剂的ph值为5.9，密度1.04g/cm3，减水率28.5％，含气量2.7％。
17、普通混凝土相关的自感知性能研究由于在弯曲荷载和拉伸荷载下混凝土材料的脆性过大，目前主要被限制于压应变和压应力之间，难以进一步发展。本专利技术制备的水泥基复合材料具有出色的弯曲韧性，所以研究自感知性能有很重要的价值和意义。
18、本专利技术还提供上述自感知水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
19、按照原料配比，将水泥、粉煤灰、硅灰、和机制砂进行搅拌，加入炭黑，之后再加入碳纤维、聚丙烯纤维，得到干混合料；
20、将减水剂和水混合后，加入所述干混合料，得到流动的奶油状浆体，浇铸、振捣、养护，得到所述自感知水泥基复合材料。
21、本专利技术自感知水泥基复合材料制备过程中，依次添加碳纤维、聚丙烯纤维，边加入边搅拌，使其更加均匀的分布在浆体。没有完全分散的碳纤维、聚丙烯纤维易成团，会导致混凝土内部产生孔隙。
22、本专利技术进一步提供上述自感知水泥基复合材料在道桥防撞墙中的应用。
23、本专利技术的自感知水泥基复合材料能够感知桥梁防撞墙结构自身所存在的损伤，保证桥梁结构安全稳定性。
24、本专利技术采用炭黑、碳纤维作为制备自感知水泥基复合材料的原料。碳纤维是一种抗拉强度高、弹性模量大、重量轻、化学性能稳定、耐高温、耐磨、耐腐蚀、导电性能良好的纤维状材料，其热转换率高达99％，是优秀的导电纤维掺料。研究表明，要想进一步减小cf-ecc电阻率，得到更优异的自感知能力，碳纤维含量必须接近渗滤阈值，但此时ecc基体中纤维含量会过多，存在分散困难、极易成团的问题。本专利技术在适量碳纤维添加的基础上，进一步添加了质量轻、低成本、良好的导电性的炭黑填料，此填料分布在基体内部形成导电网络，使得材料本身具有压敏性可以作为传感器来识别结构损伤。
25、本专利技术采用聚丙烯纤维作为自感知防撞墙水泥基复合材料的原料之一，主要原因为聚丙烯纤维可以提高混凝土的拉伸应变力学性能，在保证混凝土本身的力学性能不变的情况本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自感知水泥基复合材料，其特征在于，每立方米自感知水泥基复合材料中包括如下配比的原料：480-481kg水泥、684-685kg粉煤灰、36kg硅灰、0～9kg炭黑、0～19.25kg碳纤维、9.2kg聚丙烯纤维、432kg机制砂、360-384kg水、14.4～18.6kg减水剂；且炭黑和碳纤维含量不为0。
2.根据权利要求1所述的自感知水泥基复合材料，其特征在于，每立方米自感知水泥基复合材料中包括如下配比的原料：480kg水泥、684kg粉煤灰、36kg硅灰、0～9kg炭黑、0～19.25kg碳纤维、9.2kg聚丙烯纤维、432kg机制砂、360-384kg水、14.4～18.6kg减水剂；且炭黑和碳纤维含量不为0。
3.根据权利要求1所述的自感知水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥为P042.5水泥，烧失量≤3.5％；所述粉煤灰的细度为10.6％，烧失量为0.77％，强度活性指数为74％。
4.根据权利要求1所述的自感知水泥基复合材料，其特征在于，所述硅灰的SiO2含量≥90％，pH值4.0～8.5，烧失量≤2％；所述炭黑的pH值为
5.根据权利要求1所述的自感知水泥基复合材料，其特征在于，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
6.根据权利要求1所述的自感知水泥基复合材料，其特征在于，所述聚丙烯纤维长12mm，直径200μm，密度0.91g/mm3，断裂伸长率38％，断裂强度800MPa。
7.根据权利要求1所述的自感知水泥基复合材料，其特征在于，所述机制砂的细度模量为2.66，机制砂粒径范围为0～4.75mm，石粉含量≤2％。
8.根据权利要求1所述的自感知水泥基复合材料，其特征在于，所述减水剂包括木质素磺酸盐减水剂、萘系减水剂、密胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪族系减水剂或聚羧酸系减水剂。
9.如权利要求1-8任一项所述自感知水泥基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.如权利要求1-8任一项所述自感知水泥基复合材料在道桥防撞墙中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种自感知水泥基复合材料，其特征在于，每立方米自感知水泥基复合材料中包括如下配比的原料：480-481kg水泥、684-685kg粉煤灰、36kg硅灰、0～9kg炭黑、0～19.25kg碳纤维、9.2kg聚丙烯纤维、432kg机制砂、360-384kg水、14.4～18.6kg减水剂；且炭黑和碳纤维含量不为0。
2.根据权利要求1所述的自感知水泥基复合材料，其特征在于，每立方米自感知水泥基复合材料中包括如下配比的原料：480kg水泥、684kg粉煤灰、36kg硅灰、0～9kg炭黑、0～19.25kg碳纤维、9.2kg聚丙烯纤维、432kg机制砂、360-384kg水、14.4～18.6kg减水剂；且炭黑和碳纤维含量不为0。
3.根据权利要求1所述的自感知水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥为p042.5水泥，烧失量≤3.5％；所述粉煤灰的细度为10.6％，烧失量为0.77％，强度活性指数为74％。
4.根据权利要求1所述的自感知水泥基复合材料，其特征在于，所述硅灰...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱雪松，张云龙，刘壮壮，张云龙，王静，艾永明，
申请(专利权)人：吉林建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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