CN108439908B - 一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料 - Google Patents

一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料 Download PDF

Info

Publication number
CN108439908B
CN108439908B CN201810396628.6A CN201810396628A CN108439908B CN 108439908 B CN108439908 B CN 108439908B CN 201810396628 A CN201810396628 A CN 201810396628A CN 108439908 B CN108439908 B CN 108439908B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cement
pressure sensitivity
high pressure
composite material
based composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810396628.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108439908A (zh
Inventor
韩宝国
张立卿
欧进萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN201810396628.6A priority Critical patent/CN108439908B/zh
Publication of CN108439908A publication Critical patent/CN108439908A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108439908B publication Critical patent/CN108439908B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/90—Electrical properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • C04B2201/52—High compression strength concretes, i.e. with a compression strength higher than about 55 N/mm2, e.g. reactive powder concrete [RPC]

Abstract

本发明公开了一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料，所述具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料的原料包括水泥、硅灰、静电自组装碳纳米管/氧化钛、减水剂、砂和水。与现有技术相比，本发明提供的具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料，较好地解决了纳米级填料在水泥基材料中的分散问题，且碳纳米管和微米级别的氧化钛组装吸水性小，这使得小掺量的静电自组装碳纳米管/氧化钛的具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料在保持力学性能的基础上具有稳定且高灵敏度的压敏性。

Description

一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料
技术领域
本发明的涉及建筑材料技术领域，具体涉及多功能、智能水泥基复合材料，特别涉及高压敏灵敏度的静电自组装碳纳米管/氧化钛复合水泥基材料。
背景技术
水泥基材料是应用最为广泛的建筑材料。但是随着结构的大型化、服役环境的复杂化和多条件耦合化，水泥基材料的发展面临着巨大的挑战。而高性能、多功能水泥基材料成为其可持续发展的有效途径之一。纳米技术作为新工业革命的主导技术，其向土木工程领域的渗透为水泥基材料的高性能、多功能化提供了新的发展动力。
碳纳米管由于具有优越的机械性能、优良的电磁性能以及稳定的化学性能，且其尺寸小、长径比高(一般>1000)，是水泥基材料改性的一种优异纳米填料。但是由于热力学不稳定性，碳纳米管在水泥基材料中的分散存在问题。目前用于分散碳纳米管的方法主要有：超声分散、共价键改性分散和非共价键改性分散。超声分散和共价键改性分散会损害碳纳米管的结构，进而降低其机械和电学性能。而非共价键改性所用的表面活性剂和水泥基材料存在相容性问题，会影响水泥的水化，最终影响水泥材料的力学性能甚至耐久性能。静电自组装静电作用力使基本结构单元(纳米、微米或更大尺度物质)自发形成有序结构的一种技术。它具有环保、工艺简单、静电自组装单元体的稳定性好的优点。可以利用静电碳纳米管填料来促进碳纳米管在水泥基体中的分散。
虽然已经有静电自组装碳纳米管/纳米炭黑用来促进碳纳米管在水泥基材料中的分散。但是这种静电自组装体中，促进碳纳米管分散的是纳米炭黑，其吸水性强导致复合材料压敏性受环境湿度影响大。另外，静电自组装碳纳米管/纳米炭黑掺量高时，水胶比需要提高以满足水泥基材料成型所需的流动性。这会降低水泥基材料的力学性能。
发明内容
本发明的目的是解决静电自组装碳纳米管/纳米炭黑填料吸水性高和需水量导致的水泥基复合材料力学性能急剧降低的问题，提供一种易于分散、吸水性低、掺量低、高压敏性的静电自组装碳纳米管氧化钛复合水泥基材料。本发明采用的技术手段如下：
一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料，所述具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料的原料包括水泥、硅灰、静电自组装碳纳米管/氧化钛、减水剂、砂和水。
所述水泥的质量占所述原料中胶凝材料质量的80％-90％；
所述硅灰的质量占所述原料中胶凝材料质量的10％-20％；
所述静电自组装碳纳米管/氧化钛的体积掺量为所述原料的0.19-5.78％；
所述减水剂的质量为所述原料中胶凝材料质量的0-3％；
所述砂的质量为所述水泥质量的1倍～2倍；
所述水的质量为所述水泥质量的30％-40％。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
所述水泥为普通硅酸盐水泥。
所述砂为河砂或标准砂。
所述静电自组装碳纳米管/氧化钛中的碳纳米管的体积掺量为所述原料的0.04-1.16％。由于静电自组装碳纳米管/氧化钛中的氧化钛的粒径为微米级别且吸水性小，这使所述具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料在制备时基本不会改变水泥基材料的水胶比。且微米尺寸的氧化钛可以有效地分散碳纳米管，小掺量的碳纳米管即可赋予水泥基材料良好的压敏性。静电自组装碳纳米管/氧化钛中碳纳米管的比重小而氧化钛的比重大，有利于成本的降低。而且复合制备工艺简单易于实现。
与现有技术相比，本发明提供的具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料，较好地解决了纳米级填料在水泥基材料中的分散问题，且碳纳米管和微米级别的氧化钛组装吸水性小，这使得小掺量的静电自组装碳纳米管/氧化钛的具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料在保持力学性能的基础上具有稳定且高灵敏度的压敏性，具体包括以下有益效果：
(1)微米级别的氧化钛可以有效促进碳纳米管的分散；
(2)静电自组装碳纳米管/氧化钛吸水量低，填料的添加对具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料的水胶比影响小，则可保持水胶比不变的情况下制备具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料；同时使压敏性受环境湿度影响降低，而具有稳定的压敏性；
(3)具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料的制备工艺简单，仅采用传统的搅拌工艺就可以制备。
(4)具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料在极限荷载情况下具有高的电阻率变化率；
(5)碳纳米管掺量小，经济性好。
基于上述理由本发明可在建筑材料等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式中静电自组装碳纳米管/氧化钛与静电自组装碳纳米管/纳米炭黑在常温下的吸附水量对比图。
图2是本发明的具体实施方式中试件1电阻率变化率对压应力的响应。
图3是本发明的具体实施方式中试件1电阻率变化率对应变的响应。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料，所述具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料的原料包括水泥、硅灰、静电自组装碳纳米管/氧化钛、减水剂、砂和水。
所述水泥的质量占所述原料中胶凝材料质量的80％-90％；
所述硅灰的质量占所述原料中胶凝材料质量的10％-20％；
所述静电自组装碳纳米管/氧化钛的体积掺量为所述原料的0.19-5.78％；
所述减水剂的质量为所述原料中胶凝材料质量的0-3％；
所述砂的质量为所述水泥质量的1倍～2倍；
所述水的质量为所述水泥质量的30％-40％。
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
所述水泥为普通硅酸盐水泥。
所述砂为河砂或标准砂。
所述静电自组装碳纳米管/氧化钛中的碳纳米管的体积掺量为所述原料的0.04-1.16％。
上述一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料通过以下方法制备：
S1、根据表一，取具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料的原料，将其中的静电自组装碳纳米管/氧化钛和硅灰混合后倒入搅拌锅，以140±5r/min的转速搅拌30s；
将水或水和减水剂的混合溶液倒入搅拌锅，以140±5r/min的转速搅拌30s；
将一半水泥倒入搅拌锅，以140±5r/min的转速搅拌60s，再以285±10r/min的转速搅拌30s；
将剩下的水泥倒入搅拌锅，以140±5r/min的转速搅拌60s，再以285±10r/min的转速搅拌30s；
将砂倒入搅拌锅，以140±5r/min的转速搅拌60s，再以285±10r/min的转速搅拌30s；
停拌30s，并把搅拌锅的锅壁及搅拌叶片上的拌合物刮到搅拌锅中；
以140±5r/min的转速搅拌60s，再以285±10r/min的转速搅拌30s；
S2、把步骤S1得到的拌合物浇注到模具(40mm×40mm×80mm)中，再将模具置于振动台上，振动至表面冒浆，为了检测需要，在距离拌合物一端30mm和50mm的位置插入不锈钢网状电极，之后，再振动10s；
S3、将模具放入胶砂养护箱中，在温度为20±1℃，湿度>95％的条件下养护24h后脱模，脱模后的试件1放到20±1℃的水中养护。
表一
Figure BDA0001644729600000041
由图1可知相同条件下静电自组装碳纳米管/氧化钛的吸水量远比静电自组装碳纳米管/纳米炭黑低。则静电自组装碳纳米管/氧化钛的添加基本不会改变水泥基复合材料的水胶比。这就保证了具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料的力学性能。此外，微米级别的氧化钛可以有效的防止碳纳米管团聚、促进碳纳米管分散，从而使小掺量的碳纳米管赋予具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料稳定且高灵敏度的压敏性。
在28d龄期，对试件1进行压敏性测试。所用的测试仪器分别为：万用表、动态应变采集仪、WDW-200E微机控制电子式万能试验机。试验所用的加载速率为0.4mm/min。
测试结果如图2和图3所示。由图可知，试件1的电阻率变化率随着压应力/应变的变化而同步变化。试件1的电阻率变化率可以达到83.12％，为目前同类自感知水泥基材料中电阻率变化的最大值，即其压敏性灵敏度最高。此外，由图可知，试件1的抗压强度可达80.2MPa。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料，其特征在于，所述具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料的原料包括水泥、硅灰、静电自组装碳纳米管/氧化钛、减水剂、砂和水；
所述水泥的质量占所述原料中胶凝材料质量的80%-90%；
所述硅灰的质量占所述原料中胶凝材料质量的10%-20%；
所述静电自组装碳纳米管/氧化钛的体积掺量为所述原料的0.19-5.78%；所述静电自组装碳纳米管/氧化钛中的碳纳米管的体积掺量为所述原料的0.04-1.16%，所述静电自组装碳纳米管/氧化钛中的氧化钛的粒径为微米级别；
所述减水剂的质量为所述原料中胶凝材料质量的0-3%；
所述砂的质量为所述水泥质量的1倍~2倍；
所述水的质量为所述水泥质量的30%-40%。
2.根据权利要求1所述的具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
3.根据权利要求1所述的具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料，其特征在于，所述砂为河砂或标准砂。
CN201810396628.6A 2018-04-28 2018-04-28 一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料 Active CN108439908B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810396628.6A CN108439908B (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810396628.6A CN108439908B (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108439908A CN108439908A (zh) 2018-08-24
CN108439908B true CN108439908B (zh) 2020-09-29

Family

ID=63201895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810396628.6A Active CN108439908B (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108439908B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110627431A (zh) * 2019-09-09 2019-12-31 东南大学 一种超高灵敏度压敏水泥基复合材料及其制备方法和应用
CN111579875B (zh) * 2020-06-28 2022-06-21 西南石油大学 一种高温高压水泥浆电导率测试装置及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004083490A2 (en) * 2003-03-21 2004-09-30 The University Of North Carolina At Chapel Hill Methods and apparatus for patterned deposition of nanostructure-containing materials by self-assembly and related articles
CN105060790A (zh) * 2015-08-12 2015-11-18 大连理工大学 静电自组装碳纳米管/纳米炭黑复合砂浆及其制备方法和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004083490A2 (en) * 2003-03-21 2004-09-30 The University Of North Carolina At Chapel Hill Methods and apparatus for patterned deposition of nanostructure-containing materials by self-assembly and related articles
CN105060790A (zh) * 2015-08-12 2015-11-18 大连理工大学 静电自组装碳纳米管/纳米炭黑复合砂浆及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
浅色碳纳米管/钛白导电填料的制备及其在导静电粉末涂料中的应用;刘舒 等;《涂料工业》;20170531;第47卷(第5期);第6-10、16页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108439908A (zh) 2018-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chuang et al. Dispersion of carbon fibers and conductivity of carbon fiber-reinforced cement-based composites
Li et al. Effect of nano-titanium dioxide on mechanical and electrical properties and microstructure of reactive powder concrete
WO2021093445A1 (zh) 一种含多尺度导电材料的智能混凝土及其制备方法
KR102123136B1 (ko) 탄소질 나노충전제 및 초가소제 기재의 마스터 혼합물을 제조하는 방법 및 이의 경화성 무기계 내 용도
Wang et al. Interfacial characteristics of nano-engineered concrete composites
CN103058541A (zh) 氧化石墨烯作为水泥早期强度增强剂的应用
CN104030634A (zh) 一种掺碳纳米管的高强高韧活性粉末混凝土及其制备方法
CN112521091B (zh) 一种修饰的石墨烯改性水泥基复合材料及其制备方法
CN108439908B (zh) 一种具有高压敏灵敏度的智能水泥基复合材料
CN108117365B (zh) 导电材料的制备方法和导电材料
CN108585679B (zh) 一种低收缩绿色uhpc及其制备方法
CN111138136A (zh) 一种抗开裂水泥
Compendex et al. Influence of zinc oxide nanoparticle on strength and durability of cement mortar
CN106673532B (zh) 一种自感知镍纳米纤维水泥基复合材料
Zhang et al. Effect of mix proportion and processing method on the mechanical and electrical properties of cementitious composites with nano/fiber fillers
CN112608051A (zh) 一种利用表面修饰的硅灰-氧化石墨烯混合物制备水泥基复合材料的方法
Nivethitha et al. Effect of zinc oxide nanoparticle on strength of cement mortar
CN112745080A (zh) 一种高透水混凝土及其制备方法
CN105060790B (zh) 静电自组装碳纳米管/纳米炭黑复合砂浆及其制备方法和应用
KR20160127958A (ko) 건축 외벽용 반응성 분체 콘크리트 인조석재 및 이의 제조방법
CN104987001A (zh) 一种内外墙基层及装饰用砂浆的制备方法
Yuan et al. Carbon nanotubes-coated cement particles for cement-based sensors with excellent piezoresistivity
CN114538831B (zh) 一种纳米石墨复合地聚物材料及其制备方法和应用
AU2021106968A4 (en) Low-shrinkage super-high-strength smart concrete and a preparation method and application thereof
CN112010601A (zh) 一种具有高灵敏度的压-阻效应混凝土及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant