[发明专利]一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土及其制备方法，该混凝土包括以下原料组分：水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维、减水剂和碳纳米材料，按重量份数计，水泥用量为600‑900份，硅灰用量为70‑100份，石英粉用量为150‑300份，石英砂用量为800‑1200份，减水剂用量为6‑15份，钢纤维的体积掺量为1.0％‑2.0％，碳纳米材料用量为水泥和硅灰总用量的0.1％‑0.8％。本发明超高性能混凝土原料组分中碳纳米材料可显著提高混凝土材料的强度、韧性和抗变形能力。与现有技术相比，本发明超高性能混凝土具有较强的导电性、压阻敏感性、压阻可重复性和压阻稳定性，同时具有较高的强度、韧性和抗渗性，且制备方法简单，易于操作实施，可在新型建筑材料以及重要基础设施等领域推广应用。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土及其制备方法。

背景技术

随着世界范围内混凝土基础设施设计龄期的增长，包括实时状态评估和无损检测技术在内的结构健康监测逐渐引起人们的关注。采用昂贵技术进行的结构健康监测能够提供关于混凝土结构服役状态的有用信息，而一项技术的成功应用往往涉及到灵敏度、稳定性、兼容性甚至成本的综合考虑。

智能水泥基传感器一般通过向水泥基材料的原有组分中添加导电材料加以制备，其具有易与被监测混凝土结构耦合、使用寿命长和价格合理的优点，可用来监测混凝土结构的受力、受冲击、振动和损伤程度等情况。智能水泥基传感器往往通过嵌入、分布粘贴和加固传感等方式实现与被监测混凝土结构的耦合，其拥有的较被监测混凝土结构更高的力学强度能够使传感器在被监测结构破坏后仍然正常工作。高强和高耐久混凝土应用于基础结构工程数量的上升趋势对水泥基传感器的研究提出了更高的要求，故亟需开发一种导电性、压阻敏感性、压阻可重复性和压阻稳定性强，同时具有较高的强度、韧性和抗渗性的水泥基自感知材料。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土及其制备方法，在克服现有技术中自感知混凝土的力学性能或耐久性能不足等缺陷的同时，制得具有良好导电性、压阻敏感性、压阻可重复性和压阻稳定性的水泥基传感器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一在于提供了一种碳纳米材料复合的自感知超高性能混凝土，包括以下原料组分：水泥、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维、减水剂和碳纳米材料，按重量份数计，水泥用量为600-900份，硅灰用量为70-100份，石英粉用量为150-300份，石英砂用量为800-1200份，减水剂用量为6-15份，钢纤维的体积掺量为1.0％-2.0％，碳纳米材料用量为水泥和硅灰总用量的0.1％-0.8％。

进一步的，所述碳纳米材料包括多层石墨烯、少层石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米纤维、多壁碳纳米管或表面处理多壁碳纳米管的一种或多种。

更进一步的，所述多层石墨烯的层数为5-10层，片层直径为10-50μm，比表面积为360-450m²/g，纯度大于95％。

更进一步的，所述多层石墨烯为黑色粉末状。

更进一步的，所述少层石墨烯的层数为1-5层，片层直径为10-50μm，比表面积为360-450m²/g，纯度大于98％。

更进一步的，所述少层石墨烯为黑色粉末状。

更进一步的，所述还原氧化石墨烯的纯度大于95％。

更进一步的，所述碳纳米纤维的外径为200-600nm，长度为5-50μm，纯度大于70％。

更进一步的，所述碳纳米纤维为黑色粉末状。

更进一步的，所述多壁碳纳米管的内径为5-10nm，外径为20-30nm，长度为10-30μm，纯度大于95％。