[發明專利]一種碳系微納分級跨尺度纖維增強水泥砂漿及其制備方法

在審

• 申請號: 202110357476.0
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113045254A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 夏偉;許金余;陸松;姚廒;杜宇航
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B20/02;C04B14/02;C04B14/38
• 代理公司: 北京沃知思真知識產權代理有限公司 11942
• 代理人: 高小艷

本發明公開了一種碳系微納分級跨尺度纖維增強水泥砂漿，屬于水泥砂漿制備技術領域，由如下對應重量份的物質制成：1～4份微納分級跨尺度纖維、700～800份水泥、1200～1300份砂、7～8份減水劑、1～2份消泡劑、3～4份分散劑、220～240份水。本發明所制備的碳系微納分級跨尺度纖維增強水泥砂漿具備更加優異的力學和電學特性。

技術領域

本發明屬于水泥砂漿制備技術領域，具體涉及一種碳系微納分級跨尺度纖維增強水泥砂漿及其制備方法。

背景技術

水泥砂漿是當今土木工程建設領域最主要的水泥基復合材料之一，被廣泛應用于國防、人防工程和民用建筑工程。然而，傳統的水泥砂漿存在脆性大、易開裂、抗拉強度低、抗沖擊能力差、功能單一等缺點，難以滿足建筑結構向超高層、大跨度、多功能化方向發展的需求，更無法適應日趨復雜多變的現代戰場環境對軍事防護工程使用性能和安全性能的要求。為了突破傳統砂漿因自身缺陷而導致在工程建設中所面臨的實際應用瓶頸，亟需進一步提升水泥基砂漿材料的力學特性，并積極探索能夠賦予其導電、機敏等功能特性的有效手段。

碳纖維水泥砂漿是對砂漿增強、改性研究的一種重要途徑。將碳纖維加入到水泥基建筑材料基體中，既可以改善傳統砂漿抗拉、抗折等力學性能的缺陷，還能使普通的砂漿具備導電、壓敏、溫敏等一系列優良的功能特性。但是原始碳纖維表面光滑，呈現化學惰性，難以與水泥基復合材料基體實現有效的界面結合，在沖擊荷載作用下，碳纖維與基體之間易發生剝離、拔出破壞，影響碳纖維水泥砂漿的宏觀力學性能；而且在碳纖維摻雜過程中，容易發生團聚纏繞現象，難以在材料基體中實現均勻分散，導致制得的砂漿電導性不穩定，因此碳纖維對水泥砂漿的改良效果有限。

發明內容

本發明的目的是針對現有的問題，提供了一種碳系微納分級跨尺度纖維增強水泥砂漿及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種碳系微納分級跨尺度纖維增強水泥砂漿，由如下對應重量份的物質制成：

1～4份微納分級跨尺度纖維、700～800份水泥、1200～1300份砂、7～8份減水劑、1～2份消泡劑、3～4份分散劑、220～240份水。

優選的，由如下對應重量份的物質制成：

2.64份微納分級跨尺度纖維、766份水泥、1280份砂、7.66份減水劑、1.53份消泡劑、3.06份分散劑、230份水。

進一步的，所述微納分級跨尺度纖維的制備方法包括如下步驟：

(1)碳纖維脫漿處理；

基于索氏提取法，利用丙酮抽提碳纖維絲束，去除其表面的上漿劑，48h后取出碳纖維，然后再放入到無水乙醇中清洗三次，隨后再放入去離子水中清洗三次，最后置于恒溫干燥箱中烘干備用。

(2)碳納米管分散液制備；

將碳納米管與十六烷基三甲基溴化氨溶液對應按照重量體積比0.75g:500mL進行混合，超聲處理1.5h后得碳納米管分散液備用；

(3)微納分級跨尺度纖維制備：

將步驟(2)制備的碳納米管分散液倒入到電泳槽中，然后以不銹鋼片及步驟(1)處理后的碳纖維分別作為兩電極進行電泳沉積，電泳處理1h后即可。

進一步的，步驟(1)中所述干燥箱中的溫度控制為60℃。

進一步的，步驟(2)中所述十六烷基三甲基溴化氨溶液的濃度為0.00092mol/L；所述超聲處理的功率控制為200W。

進一步的，步驟(3)中所述碳纖維作為電極使用前，先將碳纖維收成束狀后再進行使用；所述不銹鋼片和碳纖維的距離控制為2cm；所述電泳處理時的電壓控制為60V。