[發明專利]一種定向鍍鎳碳纖維的機敏水泥基材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010883766.4
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112358237A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 徐金霞;劉力源;汪洋
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;B28B1/52;B28B1/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 王玉

本發明提供一種定向鍍鎳碳纖維的機敏水泥基材料，其由定向鍍鎳碳纖維、表面改性劑、水和水泥組成，其中鍍鎳碳纖維為水泥質量的0.2%~0.9%，表面改性劑的摻量為水泥質量的0.4%~0.8%，水灰比0.35~0.65；該復合材料先將水與表面改性劑充分混合，將水泥與定向鍍鎳碳碳纖維干混均勻，隨后將水和表面改性劑混合溶液加入攪拌，所制拌合物注入塑料模具，置于磁線圈誘導裝置中進行3min?10min，養護到一定齡期后即得。碳纖維表面鍍鎳不僅提高了纖維的浸潤性、導電和導熱性能，還可以使其具有磁性在磁場中發生偏轉。所制備的定向鍍鎳碳纖維的機敏水泥基材料導電性能得到了增強，在壓敏性能上具有更好的穩定性和靈敏性。

技術領域

本發明涉及一種定向鍍鎳碳纖維的機敏水泥基材料及其制備方法，屬于建筑材料技術領域。

背景技術

許多大型土木工程建筑長期遭受疲勞載荷、環境腐蝕的影響以及缺乏實時監測工程結構健康的工具等原因而處于極度失修狀態，時刻危害著人們的生命安全。以導電纖維為填料的自感知水泥基復合材料具有靈敏度高、力學性能好、安裝維護方便等優點可以開發出傳感和健康監測能力相結合的智能基礎設施，從而達到提高其可用性、安全性和可靠性的目的。但是現有的機敏水泥基復合材料導電性能差，靈敏性和穩定性都不高。

發明內容

本發明的是為了增強機敏水泥基復合材料導電性能，改善機敏水泥基材料壓敏性能的靈敏性和穩定性，通過改變導電填料的取向，提供了一種定向鍍鎳碳纖維的機敏水泥基材料及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種定向鍍鎳碳纖維的機敏水泥基材料，包括定向鍍鎳碳纖維、表面改性劑、水和水泥，所述定向鍍鎳碳纖維摻量為水泥質量的0.2%~0.9%。

優選地，所述定向鍍鎳碳纖維長度為1~10μm，長徑比為500~600。

優選地，所述表面改性劑為聚羧酸型減水劑，摻量為水泥質量的0.4%~0.8%。

優選地，所述定向鍍鎳碳纖維的機敏水泥基材料中的水灰比為0.35~0.65。

本發明還提供上述的定向鍍鎳碳纖維的機敏水泥基材料的制備方法，包括如下步驟：

將水與表面改性劑充分混合備用；

將水泥與定向鍍鎳碳纖維干混均勻；

將水和表面改性劑混合溶液加入到水泥與定向鍍鎳碳纖維混合物中攪拌；

所制拌合物注入塑料模具，置于磁場裝置中誘導3~10min，從而達到鍍鎳碳纖維定向效果。

優選地，所述磁場裝置的內部磁場強度為1.0×10 ³~1.0×10⁴ Gs。

纖維增強水泥基復合材料不僅具有良好的力學性能，當填充如鋼纖維、碳纖維、碳納米管及鎳納米纖維等導電填料時，具有壓敏性、溫敏性、濕敏性、電熱性和電磁屏蔽等功能特性。纖維取向是影響纖維增強水泥基復合材料的導電性及壓敏性的一個重要因素。將磁場誘導定向技術與纖維增強水泥基復合材料的制備工藝結合，研發出定向纖維增強水泥基復合材料。具有定向分布的纖維增強水泥基復合材料沿著施加磁場的方向上有更多的纖維，不僅能極大地提高了其抗折、抗裂能力，還能有效地降低其電阻率使其展現出更靈敏，且穩定的壓阻特性。定向纖維增強水泥基復合材料作為一種新型自感知水泥基復合材料與混凝土結構具有天然的相容性，通過檢測復合材料的電壓、電阻和電容等電學特性變化，能及時有效的監測混凝土結構的應力、應變和損傷等情況。

碳纖維具有優良的性能非常適合作為導電填料，但其本身不具有磁感特性無法在磁場中形成定向分布。金屬鎳具有良好的電學性能、耐腐蝕性能和鐵磁性。碳纖維表面鍍鎳不僅提高了纖維的浸潤性、導電和導熱性能，還使其具有磁性可以在磁場中發生偏轉，達到定向效果。