[发明专利]一种具有导电性和机敏性的超高性能混凝土材料、其制备方法和机敏性检测方法

说明书

本发明属于土木工程材料技术领域，公开了一种具有导电性和机敏性的超高性能混凝土材料及其制备方法，包括如下重量份的组分：水泥100份、硅灰21.4～37.5份、钢渣粉21.4份～112.5份、细集料142.8～250份、减水剂2～3.75份、水25.7～45份，体积掺量1.5～2.0％的钢纤维。还公开了一种混凝土材料的机敏性检测方法。本发明通过在超高性能混凝土原材料中引入导电颗粒钢渣粉，使其与超高性能混凝土中已有的钢纤维形成导电通路，弥补超高性能混凝土孔溶液极少、无法形成完整的导电网络的缺陷，提高材料的导电性；对导电颗粒钢渣粉的最低含铁量及最低掺量进行限制，保证混凝土具有良好的导电性和机敏性。

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，涉及建筑材料，具体涉及一种具有导电性和机敏性的超高性能混凝土材料、其制备方法和机敏性检测方法。

背景技术

在当前智慧建筑产业蓬勃发展的形势下，普通水泥混凝土材料功能单一，难以满足人们对智慧材料日益增长的需求。超高性能混凝土(Ultra-High PerformanceConcrete,UHPC)是一种具有超高强度(抗压强度、抗拉强度、抗折强度)、超高韧性、超高耐久性等特点的先进土木工程材料，具有极为广阔的应用前景。

为充分发挥并利用超高性能混凝土的优异性能，一般将超高性能混凝土应用到对材料力学性能、耐久性能及结构减重需求极高的关键部位。考虑到关键部位的重要性及其对结构安全的决定性作用，赋予关键部位材料荷载自感知、损伤自诊断的功能，符合智慧材料作为智慧建筑物质基础的发展趋势。

当前，赋予混凝土材料荷载自感知、损伤自诊断的功能主要通过制备导电混凝土的方式来实现。具体来讲，就是通过往混凝土拌合物中掺加导电性纤维或导电性颗粒，使其在混凝土基体中与内部孔溶液一道，形成导电网络，最终实现导电性，并通过建立材料所受荷载与电阻率或电导率的关系实现机敏性，最终达到荷载自感知、损伤自诊断的目的。需要指出的是，混凝土孔溶液的存在对混凝土导电性的影响是极其关键的，有研究表明，在混凝土孔溶液随着水泥水化反应的不断进行而逐渐减少直至消耗殆尽的过程中，混凝土导电性不断降低。

目前关于超高性能混凝土导电性的研究比较少，将以上提及的混凝土中解决方案应用于超高性能混凝土中存在的不足在于：

(1)直接将传统导电混凝土中采用的导电性颗粒作为超高性能混凝土原材料使用，未经颗粒级配最紧密堆积设计，导致制备而成的超高性能混凝土材料各项性能降低；

(2)与传统水泥混凝土及导电混凝土相比，超高性能混凝土材料基体内部孔溶液极少，无法与导电纤维及导电颗粒一道形成导电网络，导致材料导电性降低或完全丧失导电性。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，一方面提供一种具有导电性和机敏性的超高性能混凝土材料：

一种具有导电性和机敏性的超高性能混凝土材料，包括如下重量份的组分：水泥100份、硅灰21.4～37.5份、钢渣粉21.4份～112.5份、细集料142.8～250份、减水剂2～3.75份、水25.7～45份，还包括体积掺量1.5～2.0％的钢纤维，优选减水剂减水剂2～3.5份。

所述水泥为硅酸盐水泥；所述硅灰的比表面积≥15000m²/kg，SiO₂质量含量≥90％。

所述细集料为河砂或石英砂或河砂和石英砂的混合物，河砂的最大颗粒粒径为1mm，石英砂细度为18～100目。

所述钢纤维长度为15～25mm，直径为0.1～0.3mm，钢纤维类型为长直型。

所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率不小于25％；所述钢渣粉含铁量不低于20％。

本发明的另一方面提供一种具有导电性和机敏性的超高性能混凝土材料的制备方法，包括如下步骤：