[發明專利]一種彎敏混凝土及其制備方法

在審

• 申請號: 202010817521.1
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111892356A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 孫亞飛;周天舒;彭月月;吳發紅
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B111/90
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

本發明公開了一種彎敏混凝土及其制備方法，彎敏混凝土包括水泥和導電功能填料，所述導電功能填料包括碳纖維、鋼纖維、多壁碳納米管、炭黑；所述碳纖維的摻量為水泥質量的0.3~1.2%；所述鋼纖維的摻量為水泥質量的2~6%；所述多壁碳納米管的摻量為水泥質量的0.25~1%；所述炭黑的摻量為水泥質量的1~4%。將多種導電功能填料引入混凝土，形成完善導電網絡，使其電阻率低、彎阻響應靈敏度高，同時荷載能力強、抗折強度高，可用于長期監測建筑結構的彎曲荷載情況。

技術領域

本發明屬于導電混凝土領域，尤其涉及一種彎敏混凝土及其制備方法。

背景技術

隨著建筑和基礎設施行業的大型化與服役環境的復雜化，人們對材料的要求向多功能化、智能化方向發展，具有自診斷、自調節、自愈合的智能混凝土是建筑材料的一種發展趨勢。混凝土結構，尤其是大跨度、大懸挑結構，在服役過程中承受外部荷載產生損傷、承載力下降，容易引起突發性事故，因此實時監測混凝土結構的損傷程度具有很大意義。傳統的監測方法是內置傳感器，但是存在結構復雜，與水泥基材料相容性較差，在復雜的使用環境下長期穩定性不高，使用壽命短，損壞后難以維修與替換等問題。

導電混凝土為實時監測混凝土結構內部損傷提供了新的可能性。導電混凝土就是在素混凝土中摻入導電功能材料，在內部形成連續不間斷的導電網絡，電阻率會隨應力(應變)的變化而變化，使混凝土具備感應自身變形和損傷的功能。國內外學者對導電混凝土受壓機敏性、熱電效應、溫敏性研究較多，但對于彎敏性的研究少有涉及。《碳纖維-石墨導電混凝土力學性能及受彎機敏性研究》（《混凝土與水泥制品》 2016年12期）公開了一種在混凝土中摻入碳纖維和石墨以改善其力學及機敏性能的的導電混凝土，并建立了導電混凝土在受彎過程中荷載-撓度-電阻變化率的關系。在導電混凝土中適量用石墨代替碳纖維袁可在不影響其力學性能的同時提高導電混凝土機敏性，且撓度與電阻變化相關性較好。但是，其荷載能力和彎阻響應靈敏度還有待提高。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種彎敏混凝土及其制備方法，將導電功能填料碳纖維（CF）、鋼纖維（SF）、多壁碳納米管（MWCNTs）、炭黑（CB）引入混凝土，多種功能填料的復摻完善導電網絡，使其電阻率低、彎阻響應靈敏度高，同時荷載能力強、抗折強度高，可用于長期監測建筑結構的彎曲荷載情況。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：一種彎敏混凝土，包括水泥和導電功能填料，所述導電功能填料包括CF、SF、MWCNTs、CB，所述CF的摻量為水泥質量的0.3~1.2%；所述SF的摻量為水泥質量的2~6%；所述MWCNTs的摻量為水泥質量的0.25~1%；所述CB的摻量為水泥質量的1~4%；所述導電功能填料在形成完整導電網絡，降低電阻率，提高受彎過程中電阻最大變化率。

優選的，所述彎敏混凝土的開裂荷載為3.4~5.37KN，電阻率為888~14677Ω?cm，受彎過程電阻最大變化率為11.36~158%。

優選的，所述碳纖維的直徑≤8mm，含碳量≥95%，拉伸強度≥3500MPa。

優選的，所述多壁碳納米管的直徑為10~20nm。

導電功能填料應具有良好的導電性能，在混凝土內部形成均勻分布的致密的導電網絡，在受彎過程中，受拉區纖維與基體間逐漸脫粘，接觸電阻逐漸增加；當纖維完全拔出或斷裂時，電阻趨于無窮大；當外部荷載減小或取消時，纖維與基體間電阻逐漸降低，表現出一定的彎敏特性。此外還應具有一定的力學強度和化學穩定性，且要保證與混凝土擁有相似的線膨脹系數。