本發(fā)明屬于電子元器件
技術(shù)領(lǐng)域：
和材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種水泥基復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
：混凝土廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑、道路與橋梁工程、機(jī)場(chǎng)、港口與水利工程?；炷两Y(jié)構(gòu)建筑物，特別是超大跨度橋梁、重點(diǎn)水利工程、重點(diǎn)體育場(chǎng)館、大型海洋平臺(tái)、核電站工程和高速鐵路建設(shè)等重大工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命一般長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，甚至上百年。其間長(zhǎng)期反復(fù)承受各種荷載、酸雨等自然環(huán)境的長(zhǎng)期侵蝕以及材質(zhì)自身老化，不可避免地導(dǎo)致土木工程結(jié)構(gòu)損傷，可能引起突發(fā)性災(zāi)難，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大的損失。為此已開展了諸如工程結(jié)構(gòu)群體健康監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究、材料安全服役行為和新型功能材料制備基礎(chǔ)與性能調(diào)控相關(guān)方面的研究。重大土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)施健康監(jiān)測(cè)與荷載控制技術(shù)已成為土木工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題，是未來經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展迫切需要解決的問題。高性能智能傳感元件是重大工程結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測(cè)與健康診斷的重要組成部分。近年來，用作土木工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)的傳感器主要有光纖傳感器和水泥基復(fù)合材料壓敏傳感器，光纖傳感器雖然耐久性和穩(wěn)定性較好，但是價(jià)格高昂，難以大規(guī)模推廣使用。而水泥基復(fù)合材料壓敏傳感器由于埋設(shè)工藝簡(jiǎn)單，耐久性好，與土木工程結(jié)構(gòu)相容性好，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，成為土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與健康診斷領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。以水泥(砂漿或混凝土)為基體的水泥基復(fù)合材料壓敏傳感器，復(fù)合部分是導(dǎo)電相，是借助電學(xué)性質(zhì)的變化反映其力學(xué)特性變化的復(fù)合材料?，F(xiàn)有技術(shù)已對(duì)包括碳纖維、納米碳黑，碳納米管等導(dǎo)電性能進(jìn)行了不同角度的嘗試。1993年，D.D.L.Chung教授及她的課題組提出了機(jī)敏混凝土(Smartconcrete)的概念。1996年，李卓球等研究表明，碳纖維水泥基復(fù)合材料在逐漸加壓直至破壞的過程中，其間的電阻率隨壓應(yīng)力的增加呈現(xiàn)顯著下降、平穩(wěn)過渡和迅速上升三個(gè)階段，這三個(gè)階段分別與碳纖維混凝土的彈性、塑性及崩潰三個(gè)階段相對(duì)應(yīng)。2000年，歐進(jìn)萍等提出開發(fā)小尺寸、精度高、可重復(fù)性好、造價(jià)低、耐久性好、埋設(shè)工藝簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)碳纖維水泥石傳感器。將其埋設(shè)于混凝土構(gòu)件中形成智能混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，具有耐久性好、造價(jià)低、與混凝土相容性好等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)披露了用于水泥基體的納米材料填充材料有：納米SiO2，納米CaCO3，納米TiO2，碳納米管，納米炭黑和納米Fe2O3等。揭示了納米材料在水泥基體中的均勻分散以及對(duì)水泥基體微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能的改善。碳家族的新成員石墨烯，是一種二維的sp2雜化的碳的同素異形體，是最薄的材料-單原子厚度的材料。石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)性能，熱學(xué)性能,超高的比表面積，楊氏模量和斷裂強(qiáng)度等一系列優(yōu)異的性質(zhì)。石墨烯作為一種高性能的聚合物填充材料，可以顯著提高聚合物的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和機(jī)械性能。申請(qǐng)?zhí)枮?01310233476.5、名稱為“一種氧化石墨烯水泥基復(fù)合材料應(yīng)力傳感器”的專利文件中公開了一種結(jié)構(gòu)工程監(jiān)測(cè)用應(yīng)力傳感器，此傳感器部件是添加0.02%氧化石墨烯的氧化石墨烯水泥基復(fù)合材料制備的。但是，雖然石墨烯具有很強(qiáng)的導(dǎo)電能力，但是氧化石墨烯幾乎沒有導(dǎo)電能力，作為石墨烯的衍生物，表面含有大量的含氧官能團(tuán)，π電子結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)電能力幾乎喪失。僅添在添加0.02%的氧化石墨烯下，水泥石的導(dǎo)電能力提高很少，氧化石墨烯水泥基復(fù)合材料無(wú)法發(fā)揮應(yīng)力傳感器的作用。專利號(hào)為ZL200710072474.7、名稱為“一種壓敏水泥基復(fù)合材料”的發(fā)明專利公開了一種用于解決力-電耦合效應(yīng)靈敏度低及受濕度影響大、基體極化易影響電學(xué)信號(hào)測(cè)試等缺陷的壓敏水泥基復(fù)合材料，此材料為由含有1%-80%的功能組分(鎳粉、碳纖維、碳黑、石墨、鋼渣中的一種或幾種的混合物)與水泥基材料組成的復(fù)合材料，但用于制備水泥基智能材料時(shí)工藝復(fù)雜或加入量大、成本高或與水泥基體相容性差的缺陷嚴(yán)重制約了水泥基智能材料的應(yīng)用。本發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期觀察、研究、分析發(fā)現(xiàn)需要提供一種對(duì)水泥基材的導(dǎo)電成分種類、分散性進(jìn)一步優(yōu)化的技術(shù)來克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以下不足的技術(shù)方案：（1）碳化硅纖維在水泥基體中的分散性差，填充物與基體相容性不好，初始電阻率和應(yīng)力感知能力離散高等缺陷；（2）具有很高長(zhǎng)徑比的碳化硅納米管在水泥基體中容易纏繞，疏水的表面化學(xué)特性導(dǎo)致在水泥基體中的分散性差，最終導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)和性能的均一性差；（3）納米SiO2或納米CaCO3雖然對(duì)改善水泥基體微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能有重要貢獻(xiàn)，但是不能發(fā)揮水泥基復(fù)合材料的功能性，同時(shí)納米材料的團(tuán)聚性也可能導(dǎo)致基體強(qiáng)度下降。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種水泥基復(fù)合材料，以解決現(xiàn)有壓敏傳感器用水泥基復(fù)合材料制備工藝復(fù)雜、成本高、應(yīng)力感知能力和靈敏度低，穩(wěn)定性差等問題。本發(fā)明的水泥基復(fù)合材料具有抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度大，應(yīng)力感知能力高，穩(wěn)定性好，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種水泥基復(fù)合材料，以重量為單位，由以下原料制成：水泥108-195份、爐渣粉9-13份、尾礦砂粉9-12份、蒙脫石粉7-10份、二維碳材料20-24份、碳化硅纖維10-15份、玻璃纖維6-10份、聚羧酸減水劑0.4-0.6份、三乙烯二胺·六水催化劑0.4-0.6份、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑0.5-0.7份、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑0.4-0.8份、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑0.2-0.4份、乳化硅油消泡劑0.2-0.4份、己烯基雙硬脂酰胺分散劑0.5-0.8份、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑0.6-0.9份、聚合硫酸鋁聚凝劑0.3-0.5份、701粉強(qiáng)化劑0.1-0.2份、乙二醛15-20份、雙氧水20-30份、水500-800份；所述水泥基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：S1：用濃度為10%-14%的鹽酸浸泡碳化硅纖維4-10h，然后用水沖洗至pH為6.8-7.2，制得酸化碳化硅纖維；S2：將水泥、爐渣粉、尾礦砂粉、蒙脫石粉、二維碳材料、乙二醛、雙氧水、水在轉(zhuǎn)速為100-400r/min下攪拌10-30min，制得漿料；S3：將步驟S1制得的酸化碳化硅纖維、步驟S2制得的漿料、玻璃纖維、聚羧酸減水劑、三乙烯二胺·六水催化劑、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑、乳化硅油消泡劑在溫度為140-180℃，轉(zhuǎn)速為90-140r/min下攪拌3.5-5h，制得泡沫液；S4：將步驟S3制得的泡沫液、己烯基雙硬脂酰胺分散劑、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑、聚合硫酸鋁聚凝劑、701粉強(qiáng)化劑在溫度為85-92℃，轉(zhuǎn)速為150-180r/min下攪拌2.5-3.5h，裝模，烘干至含水量≤4%，制得水泥基復(fù)合材料。進(jìn)一步地，所述爐渣粉和尾礦砂粉的目數(shù)均為200-400。進(jìn)一步地，所述蒙脫石粉為納米級(jí)蒙脫石粉。進(jìn)一步地，所述二維碳材料為石墨烯。進(jìn)一步地，所述碳化硅纖維的長(zhǎng)度為0.1-2.8mm。進(jìn)一步地，所述玻璃纖維的長(zhǎng)度為0.4-2.5mm。進(jìn)一步地，所述雙氧水的濃度為28%-32%。本發(fā)明具有以下有益效果：（1）本發(fā)明的水泥基復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度達(dá)到123.22MPa以上，抗折強(qiáng)度達(dá)到26.61以上，附著力為靈敏度達(dá)到2.21%/MPa以上，電阻率達(dá)到42.79以下，變異系數(shù)達(dá)到0.026以下，現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的水泥基復(fù)合材料具有抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度大，應(yīng)力感知能力高，穩(wěn)定性好，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)；（2）采用本發(fā)明的水泥基復(fù)合材料制成的壓敏傳感器具有初始電阻率穩(wěn)定、應(yīng)力感知能力高、傳感器靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；（3）采用爐渣粉、尾礦砂粉作為本發(fā)明的水泥基復(fù)合材料的原材料，不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且可以為爐渣粉、尾礦砂粉的有效處理提供新途徑。【具體實(shí)施方式】為便于更好地理解本發(fā)明，通過以下實(shí)施例加以說明，這些實(shí)施例屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，但不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)施例中，所述水泥基復(fù)合材料，以重量為單位，由以下原料制成：水泥108-195份、爐渣粉9-13份、尾礦砂粉9-12份、蒙脫石粉7-10份、二維碳材料20-24份、碳化硅纖維10-15份、玻璃纖維6-10份、聚羧酸減水劑0.4-0.6份、三乙烯二胺·六水催化劑0.4-0.6份、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑0.5-0.7份、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑0.4-0.8份、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑0.2-0.4份、乳化硅油消泡劑0.2-0.4份、己烯基雙硬脂酰胺分散劑0.5-0.8份、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑0.6-0.9份、聚合硫酸鋁聚凝劑0.3-0.5份、701粉強(qiáng)化劑0.1-0.2份、乙二醛15-20份、雙氧水20-30份、水500-800份；所述爐渣粉和尾礦砂粉的目數(shù)均為200-400；所述蒙脫石粉為納米級(jí)蒙脫石粉；所述二維碳材料為石墨烯；所述碳化硅纖維的長(zhǎng)度為0.1-2.8mm；所述玻璃纖維的長(zhǎng)度為0.4-2.5mm；所述雙氧水的濃度為28%-32%；所述水泥基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：S1：用濃度為10%-14%的鹽酸浸泡碳化硅纖維4-10h，然后用水沖洗至pH為6.8-7.2，制得酸化碳化硅纖維；S2：將水泥、爐渣粉、尾礦砂粉、蒙脫石粉、二維碳材料、乙二醛、雙氧水、水在轉(zhuǎn)速為100-400r/min下攪拌10-30min，制得漿料；S3：將步驟S1制得的酸化碳化硅纖維、步驟S2制得的漿料、玻璃纖維、聚羧酸減水劑、三乙烯二胺·六水催化劑、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑、乳化硅油消泡劑在溫度為140-180℃，轉(zhuǎn)速為90-140r/min下攪拌3.5-5h，制得泡沫液；S4：將步驟S3制得的泡沫液、己烯基雙硬脂酰胺分散劑、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑、聚合硫酸鋁聚凝劑、701粉強(qiáng)化劑在溫度為85-92℃，轉(zhuǎn)速為150-180r/min下攪拌2.5-3.5h，裝模，烘干至含水量≤4%，制得水泥基復(fù)合材料。實(shí)施例1一種水泥基復(fù)合材料，以重量為單位，由以下原料制成：水泥150份、爐渣粉12份、尾礦砂粉10份、蒙脫石粉8份、二維碳材料22份、碳化硅纖維12份、玻璃纖維8份、聚羧酸減水劑0.5份、三乙烯二胺·六水催化劑0.5份、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑0.6份、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑0.6份、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑0.3份、乳化硅油消泡劑0.3份、己烯基雙硬脂酰胺分散劑0.6份、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑0.8份、聚合硫酸鋁聚凝劑0.4份、701粉強(qiáng)化劑0.1份、乙二醛18份、雙氧水25份、水650份；所述爐渣粉和尾礦砂粉的目數(shù)均為200-400；所述蒙脫石粉為納米級(jí)蒙脫石粉；所述二維碳材料為石墨烯；所述碳化硅纖維的長(zhǎng)度為0.1-2.8mm；所述玻璃纖維的長(zhǎng)度為0.4-2.5mm；所述雙氧水的濃度為30%；所述水泥基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：S1：用濃度為12%的鹽酸浸泡碳化硅纖維7h，然后用水沖洗至pH為7，制得酸化碳化硅纖維；S2：將水泥、爐渣粉、尾礦砂粉、蒙脫石粉、二維碳材料、乙二醛、雙氧水、水在轉(zhuǎn)速為300r/min下攪拌20min，制得漿料；S3：將步驟S1制得的酸化碳化硅纖維、步驟S2制得的漿料、玻璃纖維、聚羧酸減水劑、三乙烯二胺·六水催化劑、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑、乳化硅油消泡劑在溫度為160℃，轉(zhuǎn)速為120r/min下攪拌4.5h，制得泡沫液；S4：將步驟S3制得的泡沫液、己烯基雙硬脂酰胺分散劑、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑、聚合硫酸鋁聚凝劑、701粉強(qiáng)化劑在溫度為88℃，轉(zhuǎn)速為160r/min下攪拌3h，裝模，烘干至含水量為4%，制得水泥基復(fù)合材料。實(shí)施例2一種水泥基復(fù)合材料，以重量為單位，由以下原料制成：水泥108份、爐渣粉9份、尾礦砂粉9份、蒙脫石粉7份、二維碳材料20份、玻璃纖維6份、聚羧酸減水劑0.4份、三乙烯二胺·六水催化劑0.4份、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑0.5份、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑0.4份、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑0.2份、乳化硅油消泡劑0.2份、己烯基雙硬脂酰胺分散劑0.5份、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑0.6份、聚合硫酸鋁聚凝劑0.3份、701粉強(qiáng)化劑0.1份、乙二醛15份、雙氧水20份、水500份；所述爐渣粉和尾礦砂粉的目數(shù)均為200-400；所述蒙脫石粉為納米級(jí)蒙脫石粉；所述二維碳材料為石墨烯；所述碳化硅纖維的長(zhǎng)度為0.1-2.8mm；所述玻璃纖維的長(zhǎng)度為0.4-2.5mm；所述雙氧水的濃度為28%；所述水泥基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：S1：用濃度為10%的鹽酸浸泡碳化硅纖維10h，然后用水沖洗至pH為6.8，制得酸化碳化硅纖維；S2：將水泥、爐渣粉、尾礦砂粉、蒙脫石粉、二維碳材料、乙二醛、雙氧水、水在轉(zhuǎn)速為100r/min下攪拌30min，制得漿料；S3：將步驟S1制得的酸化碳化硅纖維、步驟S2制得的漿料、玻璃纖維、聚羧酸減水劑、三乙烯二胺·六水催化劑、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑、乳化硅油消泡劑在溫度為140℃，轉(zhuǎn)速為90r/min下攪拌5h，制得泡沫液；S4：將步驟S3制得的泡沫液、己烯基雙硬脂酰胺分散劑、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑、聚合硫酸鋁聚凝劑、701粉強(qiáng)化劑在溫度為85℃，轉(zhuǎn)速為150r/min下攪拌3.5h，裝模，烘干至含水量為3%，制得水泥基復(fù)合材料。實(shí)施例3一種水泥基復(fù)合材料，以重量為單位，由以下原料制成：水泥195份、爐渣粉13份、尾礦砂粉12份、蒙脫石粉10份、二維碳材料24份、碳化硅纖維15份、玻璃纖維10份、聚羧酸減水劑0.6份、三乙烯二胺·六水催化劑0.6份、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑0.7份、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑0.8份、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑0.4份、乳化硅油消泡劑0.4份、己烯基雙硬脂酰胺分散劑0.8份、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑0.9份、聚合硫酸鋁聚凝劑0.5份、701粉強(qiáng)化劑0.2份、乙二醛20份、雙氧水30份、水800份；所述爐渣粉和尾礦砂粉的目數(shù)均為200-400；所述蒙脫石粉為納米級(jí)蒙脫石粉；所述二維碳材料為石墨烯；所述碳化硅纖維的長(zhǎng)度為0.1-2.8mm；所述玻璃纖維的長(zhǎng)度為0.4-2.5mm；所述雙氧水的濃度為32%；所述水泥基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：S1：用濃度為14%的鹽酸浸泡碳化硅纖維4h，然后用水沖洗至pH為7.2，制得酸化碳化硅纖維；S2：將水泥、爐渣粉、尾礦砂粉、蒙脫石粉、二維碳材料、乙二醛、雙氧水、水在轉(zhuǎn)速為400r/min下攪拌10min，制得漿料；S3：將步驟S1制得的酸化碳化硅纖維、步驟S2制得的漿料、玻璃纖維、聚羧酸減水劑、三乙烯二胺·六水催化劑、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑、乳化硅油消泡劑在溫度為180℃，轉(zhuǎn)速為140r/min下攪拌3.5h，制得泡沫液；S4：將步驟S3制得的泡沫液、己烯基雙硬脂酰胺分散劑、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑、聚合硫酸鋁聚凝劑、701粉強(qiáng)化劑在溫度為92℃，轉(zhuǎn)速為180r/min下攪拌2.5h，裝模，烘干至含水量為2%，制得水泥基復(fù)合材料。檢測(cè)實(shí)施例1-3制得的水泥基復(fù)合材料的性能，結(jié)果如下表所示。實(shí)施例抗壓強(qiáng)度（MPa）抗折強(qiáng)度（MPa）靈敏度（%/MPa）電阻率變異系數(shù)（%）1127.8928.852.5841.020.0212123.2226.612.2142.790.0263134.6731.223.2439.260.017由上表可知：本發(fā)明的水泥基復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度達(dá)到123.22MPa以上，抗折強(qiáng)度達(dá)到26.61以上，附著力為靈敏度達(dá)到2.21%/MPa以上，電阻率達(dá)到42.79以下，變異系數(shù)達(dá)到0.026以下，說明本發(fā)明的水泥基復(fù)合材料性能優(yōu)。以上內(nèi)容不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明，對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3