[发明专利]一种碳系微纳分级跨尺度纤维增强水泥砂浆及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳系微纳分级跨尺度纤维增强水泥砂浆，属于水泥砂浆制备技术领域，由如下对应重量份的物质制成：1～4份微纳分级跨尺度纤维、700～800份水泥、1200～1300份砂、7～8份减水剂、1～2份消泡剂、3～4份分散剂、220～240份水。本发明所制备的碳系微纳分级跨尺度纤维增强水泥砂浆具备更加优异的力学和电学特性。

技术领域

本发明属于水泥砂浆制备技术领域，具体涉及一种碳系微纳分级跨尺度纤维增强水泥砂浆及其制备方法。

背景技术

水泥砂浆是当今土木工程建设领域最主要的水泥基复合材料之一，被广泛应用于国防、人防工程和民用建筑工程。然而，传统的水泥砂浆存在脆性大、易开裂、抗拉强度低、抗冲击能力差、功能单一等缺点，难以满足建筑结构向超高层、大跨度、多功能化方向发展的需求，更无法适应日趋复杂多变的现代战场环境对军事防护工程使用性能和安全性能的要求。为了突破传统砂浆因自身缺陷而导致在工程建设中所面临的实际应用瓶颈，亟需进一步提升水泥基砂浆材料的力学特性，并积极探索能够赋予其导电、机敏等功能特性的有效手段。

碳纤维水泥砂浆是对砂浆增强、改性研究的一种重要途径。将碳纤维加入到水泥基建筑材料基体中，既可以改善传统砂浆抗拉、抗折等力学性能的缺陷，还能使普通的砂浆具备导电、压敏、温敏等一系列优良的功能特性。但是原始碳纤维表面光滑，呈现化学惰性，难以与水泥基复合材料基体实现有效的界面结合，在冲击荷载作用下，碳纤维与基体之间易发生剥离、拔出破坏，影响碳纤维水泥砂浆的宏观力学性能；而且在碳纤维掺杂过程中，容易发生团聚缠绕现象，难以在材料基体中实现均匀分散，导致制得的砂浆电导性不稳定，因此碳纤维对水泥砂浆的改良效果有限。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种碳系微纳分级跨尺度纤维增强水泥砂浆及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种碳系微纳分级跨尺度纤维增强水泥砂浆，由如下对应重量份的物质制成：

1～4份微纳分级跨尺度纤维、700～800份水泥、1200～1300份砂、7～8份减水剂、1～2份消泡剂、3～4份分散剂、220～240份水。

优选的，由如下对应重量份的物质制成：

2.64份微纳分级跨尺度纤维、766份水泥、1280份砂、7.66份减水剂、1.53份消泡剂、3.06份分散剂、230份水。

进一步的，所述微纳分级跨尺度纤维的制备方法包括如下步骤：

(1)碳纤维脱浆处理；

基于索氏提取法，利用丙酮抽提碳纤维丝束，去除其表面的上浆剂，48h后取出碳纤维，然后再放入到无水乙醇中清洗三次，随后再放入去离子水中清洗三次，最后置于恒温干燥箱中烘干备用。

(2)碳纳米管分散液制备；

将碳纳米管与十六烷基三甲基溴化氨溶液对应按照重量体积比0.75g:500mL进行混合，超声处理1.5h后得碳纳米管分散液备用；

(3)微纳分级跨尺度纤维制备：

将步骤(2)制备的碳纳米管分散液倒入到电泳槽中，然后以不锈钢片及步骤(1)处理后的碳纤维分别作为两电极进行电泳沉积，电泳处理1h后即可。

进一步的，步骤(1)中所述干燥箱中的温度控制为60℃。

进一步的，步骤(2)中所述十六烷基三甲基溴化氨溶液的浓度为0.00092mol/L；所述超声处理的功率控制为200W。

进一步的，步骤(3)中所述碳纤维作为电极使用前，先将碳纤维收成束状后再进行使用；所述不锈钢片和碳纤维的距离控制为2cm；所述电泳处理时的电压控制为60V。