[发明专利]一种传感材料的制备方法、传感材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感材料的制备方法、传感材料及其应用，特别是用于监测混凝土硫酸盐侵蚀的传感材料的制备方法、传感材料及其应用。

背景技术

混凝土是土木工程中应用最为广泛的结构材料，混凝土结构除了受到外界荷载影响外，还面临着碱－集料反应、混凝土碳化、冻融循环破坏、化学侵蚀和钢筋锈蚀等众多耐久性问题。人们对于混凝土耐久性的研究大多停留在对其发生机理、性能变化规律及寿命预测等理论的研究阶段，这对满足今后智能化工程的发展需求是远远不够的。

在硫酸盐侵蚀环境下的混凝土结构，硫酸盐侵蚀是造成混凝土耐久性劣化的最主要原因之一。当外界的硫酸根离子侵入到混凝土内部后，与混凝土内的氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硅酸钙等发生化学反应生成石膏、钙矾石等结晶产物，产生体积膨胀，膨胀应力达到混凝土的抗拉强度，混凝土开裂破坏。硫酸盐侵蚀混凝土是混凝土内部膨胀应力不断变化的过程，同时伴随着混凝土内孔结构、微裂缝、界面过渡区等微观结构的不断的变化，进而影响混凝土的电化学参。了解混凝土内部微观结构的变化有助于预测混凝土结构的寿命，而现有技术缺乏能有效监测混凝土内部微观结构的变化的方法、手段。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决上述背景技术中提到的问题，提供一种与混凝土材料弹性模量相当、性能稳定的传感材料的制备方法，还提供了按照该制备方法制得的传感材料及其应用。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种传感材料的制备方法，所述方法步骤为：

（1）制备石墨烯和纳米导电炭黑的水溶液：将分散剂加入到蒸馏水中搅拌使分散剂溶解在水中，将称量好的石墨烯和纳米导电炭黑加入，继续搅拌，使石墨烯和纳米导电炭黑被分散剂水溶液完全润湿，不是浮在表面；用超声波粉碎机振荡，优选5～10min，使石墨烯和纳米导电炭黑均匀分散于水中；

（2）以水泥为胶凝材料，加入水和砂子，水灰比为0.28～0.7，胶砂比为1:8～1:3，将水泥和砂子用搅拌器搅拌，优选2～5min，同时倒入步骤（1）制得的石墨烯和纳米导电炭黑的水溶液，继续搅拌后将混合物倒入模具成型即制得所述传感材料。

在将传感材料作为试件时，在传感材料较长一边试件两侧距端头5mm埋设不锈钢网作为测试电极，试件成型1天后，拆模并放入标准养护箱养护90天。

由于石墨烯和纳米导电炭黑比表面积很大，具有一定的疏水效应，所以在水中的分散效果很差。为降低石墨烯和纳米导电材料的聚集效应和缠绕现象，需事先在溶剂蒸馏水中加入适量的分散剂；加入石墨烯及纳米导电炭黑的目的是改善传感材料的内部电路结构，增加其导电性能，进而增强传感材料的灵敏性和导电稳定性。

所述水泥为42.5级硅酸盐水泥或42.5级普通硅酸盐水泥。

所述分散剂为乳化剂，掺量为蒸馏水质量的0.05%～0.5%。

所述石墨烯掺量为水泥质量的0.01%～5.00%、纳米导电碳黑掺量为水泥质量的0.01%～5.00%

所述石墨烯的控制指标为：平均厚度0.8～5nm；直径为1～10μm；电导率为500S/cm～1500S/cm；比表面积为120～200cm²/g；松装密度为0.020～0.027g/cm³。

所述纳米导电炭黑的控制指标为：表观比容为4.0～5.0cm³/g；吸碘值为600g/kg～1000g/kg；电阻率为0.5～1.2Ω·m；pH值为7～8；加热减量为0～0.5%；灰分为0～1.5%。

所述分散剂为壬基酚与环氧乙烷缩合物。

所述分散剂的控制指标为：1%水溶液的浊点为68～78℃；羟值为87±5mgKOH/g；水分为0.1～1.0%；pH值为5.0～7.0；HLB值为13.3～14.0。

所述传感材料的制备方法制成的传感材料。

所述传感材料在监测混凝土硫酸盐侵蚀上的应用。

本发明制得的传感材料试件的弹性模量与普通钢筋混凝土的弹性模量相当，因此可以作为传感材料埋置于混凝土内部。本发明通过将传感材料设计成规定的形状和尺寸，两头埋置导线用以传导材料的电化学特征信号，再将传感材料元件埋置于混凝土结构的不同位置，即可实现硫酸侵蚀混凝土的监测。