復(fù)摻碳纖維和納米二氧化硅的復(fù)合砂漿及其制備工藝和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及復(fù)滲碳纖維和納米二氧化娃的復(fù)合砂漿 及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維作為新一代水泥基復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維，因其具有低密度、較高的抗拉強(qiáng) 度、耐腐蝕性、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能等優(yōu)異的特性而成為理想的水泥基增強(qiáng)材料。在水泥基 復(fù)合材料中加入短切碳纖維，不僅可W明顯提高水泥基復(fù)合材料的抗剪強(qiáng)度和彈性模量等 力學(xué)性能，而且可W賦予碳纖維水泥基材料某些功能/智能特性，極大的擴(kuò)展了水泥基材 料的應(yīng)用范圍。
[0003] 單滲碳纖維的水泥基材料不僅抗折強(qiáng)度、彎曲初性等力學(xué)性能有很大程度的提 高，而且具有某些功能特性。碳纖維主要通過橋聯(lián)、拔出、拔斷、抑制裂紋擴(kuò)展等提高水泥基 材料的力學(xué)性能。由于碳纖維具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，水泥基材料滲加碳纖維后電阻率將大大 降低。碳纖維對(duì)水泥基材料的增強(qiáng)W及對(duì)其導(dǎo)電性能的提升和碳纖維在水泥基體中的分散 W及碳纖維和水泥基體的粘結(jié)強(qiáng)度密切相關(guān)。
[0004] 但是由于碳纖維是直徑極細(xì)的疏水纖維，不容易分散且甲基纖維素等分散劑的使 用會(huì)引入大量的空氣，運(yùn)不僅減弱碳纖維的增強(qiáng)效果，甚至?xí)档退嗷牧系膹?qiáng)度。在宏 觀上的表現(xiàn)為：碳纖維對(duì)水泥基材料抗折強(qiáng)度的提高會(huì)在一定程度上降低水泥基材料的抗 壓強(qiáng)度。另外，碳纖維分散不均勻還會(huì)使碳纖維復(fù)合水泥基材料的電阻率即使在相同配比 的情況下離散性也較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為提供一種力學(xué)性能優(yōu)良、電阻率離散性小的水泥基材料，本發(fā)明制備了復(fù)滲碳 纖維和納米二氧化娃的復(fù)合砂漿，技術(shù)方案如下：
[0006] 復(fù)滲碳纖維和納米二氧化娃的復(fù)合砂漿，原材料包括水泥、碳纖維、納米二氧化 娃、水、砂和減水劑。
[0007] 所述碳纖維優(yōu)選為聚丙締臘基碳纖維。所述砂為河砂或標(biāo)準(zhǔn)砂（水泥領(lǐng)域通用材 料）。所述的水泥優(yōu)選為普通娃酸鹽水泥。
[0008] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，復(fù)滲碳纖維和納米二氧化娃的復(fù)合砂漿的原材料包括W下 重量比的水泥1份、碳纖維0. 004-0. 04份、納米二氧化娃0. 01-0. 02份、水0. 35-0. 38份和 砂2-3份。 陽(yáng)009] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述納米二氧化娃的粒徑為12nm-40nm。
[0010] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述碳纖維的長(zhǎng)度為3-6mm。
[0011] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述原材料還包括0. 008-0.012份的減水劑。
[0012] 本發(fā)明還提供所述復(fù)滲碳纖維和納米二氧化娃的復(fù)合砂漿制備工藝，包括W下步 驟：（1)取所述重量比的原材料，在容器中加入：水、減水劑、碳纖維和納米二氧化娃，攬拌 均勻，在不高于30°C溫度下超聲25-35min，得到混合物，然后在水泥膠砂攬拌鍋中加入所 述混合物、水泥、砂，攬拌均勻，得到拌合物；
[0013] (2)把所述的拌合物誘注到模具中，再將模具置于振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)至表面冒漿；
[0014] 做根據(jù)模具內(nèi)拌合物的尺寸，插入用于連接外部電路的電極巧稍微振動(dòng)，確保 電極和拌合物接觸良好即可。本發(fā)明所述的電極為導(dǎo)電的網(wǎng)狀電極，優(yōu)選不誘鋼絲網(wǎng)。
[0015](4)將模具放入養(yǎng)護(hù)箱中，在溫度為20±rc，濕度大于95%的條件下養(yǎng)護(hù)24小時(shí) 后拆模，得試件。
[0016] 本發(fā)明還提供所述復(fù)滲碳纖維和納米二氧化娃的復(fù)合砂漿在低溫施工建筑用材 料、發(fā)熱材料、電磁材料或混凝±結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)材料中的應(yīng)用。
[0017] 本發(fā)明結(jié)合納米二氧化娃和碳纖維兩者的優(yōu)點(diǎn)，利用納米二氧化娃和碳纖維的自 身增強(qiáng)機(jī)理W及相互協(xié)同的促進(jìn)增強(qiáng)作用，最終制備了抗折和抗壓性能良好、電阻率離散 性小的復(fù)滲碳纖維和納米二氧化娃的復(fù)合砂漿。
[0018]1、納米二氧化娃，具有高的比表面積和反應(yīng)活性，其可W通過火山灰效應(yīng)、填充效 應(yīng)和晶核效應(yīng)等來增加水化產(chǎn)物，使水泥基體更加密實(shí)，同時(shí)促進(jìn)水泥水化W及優(yōu)化界面 過渡區(qū)（例如，減小氨氧化巧的尺寸W優(yōu)化界面過渡區(qū)，比較圖1和圖2可知）。
[0019] 2、納米二氧化娃的高火山灰活性可W優(yōu)化纖維和水泥基體的結(jié)合界面（如圖3)。
[0020] 3、納米二氧化娃和碳纖維還能起到相互促進(jìn)分散的作用，納米二氧化娃可W很好 地吸附在碳纖維上，促進(jìn)碳纖維分散，同時(shí)碳纖維也促進(jìn)了納米二氧化娃的分散，降低了納 米二氧化娃結(jié)團(tuán)的概率。
[0021] 4、復(fù)滲碳纖維和納米二氧化娃的復(fù)合砂漿的具有優(yōu)越力學(xué)性能，抗壓強(qiáng)度大大提 高，其中3天抗壓強(qiáng)度可達(dá)46. 6-50. 3MPa(與空白件相比增加60. 1 % -72. 9 % )。
[0022] 5、本發(fā)明復(fù)滲碳纖維和納米二氧化娃的復(fù)合砂漿的電阻率離散性（變異系數(shù)： 0. 012-0. 036)小，同組試件的電阻率更穩(wěn)定。
【附圖說明】 陽(yáng)〇2引本發(fā)明附圖4幅，
[0024]圖1試件1中氨氧化巧的掃描電鏡照片；
[00巧]圖2試件3中氨氧化巧的掃描電鏡照片；
[00%] 圖3試件3中纖維拔出時(shí)表面附著水化產(chǎn)物的電鏡照片；
[0027] 圖4試件尺寸及電極布置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下述非限制性實(shí)施例可W使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不W 任何方式限制本發(fā)明。
[0029] 實(shí)施例1-3復(fù)滲碳纖維和納米二氧化娃的復(fù)合砂漿
[0030] 表1原材料重量比配比
[0031]
陽(yáng)0巧 （1)取表1所述配比的原材料；在容器中加入冰、減水劑、碳纖維和納米二氧化 娃，攬拌均勻，在25°c下超聲30min，得到混合物，冷卻至常溫；然后在水泥膠砂攬拌鍋中加 入所述混合物、水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂，攬拌均勻，得到拌合物；
[0033] (2)把所述的拌合物誘注到模具（40mmX40mmX160mm)中，再將模具置于振動(dòng)臺(tái) 上，振動(dòng)20秒；
[0034] (3)根據(jù)模具內(nèi)拌合物的尺寸，插入用于連接外部電路的電極（如圖4所示），振 動(dòng)10秒；
[00對(duì) （4)將模具放入養(yǎng)護(hù)箱中，在溫度為20 ±rc，濕度大于95 %的條件下養(yǎng)護(hù)24小時(shí) 后拆模，得試件。
[0036] 拆模后養(yǎng)護(hù)：拆模W后將試件立即放入到2〇±rc的水中養(yǎng)護(hù)。
[0037] 抗折強(qiáng)度：用膠砂抗折儀進(jìn)行抗折強(qiáng)度測(cè)試。
[0038] 抗壓強(qiáng)度：用萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，位移控制方式，加載速率為 1.2mm/min。
[0039] 電阻：用萬用表進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方法為，交流，兩電極。
[0040] 電阻率通過公式P=RS^計(jì)算得到。
[0041] 表2抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及其增長(zhǎng)率
[0042]
陽(yáng)0創(chuàng) 由表2可知，1 %納米二氧化娃和1. 1 % 3mm碳纖維復(fù)合砂漿比空白砂漿的3天和 28天抗折強(qiáng)度分別提高了 34. 8%和25. 9%，而3天和28天抗壓強(qiáng)度分別提高了 60. 1%和 21. 2%。1%納米二氧化娃和1. 1% 6mm碳纖維復(fù)合砂漿比空白砂漿的3天和28天抗折強(qiáng) 度分別提高了 24. 6%和18. 5%，而3天和28天抗壓強(qiáng)度分別提高了 72. 9%和19. 3%。納 米二氧化娃和碳纖維復(fù)滲不僅提高了砂漿的抗折強(qiáng)度，而且大幅度提高了其抗壓強(qiáng)度，尤 其是復(fù)合砂漿的早期抗壓強(qiáng)度，提高程度高達(dá)72. 9%。
[0044] 表3靜態(tài)電阻率及其變異系數(shù)
[0045]
[0046] 由表3可知，碳纖維可W提高砂漿的導(dǎo)電性。其中復(fù)滲1. 1% 3mm的碳纖維和1% 的納米二氧化娃可W使砂漿的28天電阻率降低71 %。復(fù)滲1. 1 %6mm的碳纖維和1 %的納 米二氧化娃可W使砂漿的28天電阻率降低89%。分析試件的變異系數(shù)可知，試件2和試件 3的變異系數(shù)都小于試件1，運(yùn)說明納米二氧化娃促進(jìn)了碳纖維的分散。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 復(fù)摻碳纖維和納米二氧化硅的復(fù)合砂漿，原材料包括：水泥、碳纖維、納米二氧化 娃、水、砂和減水劑。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合砂漿，其特征在于，原材料包括以下重量比的水泥1份、 碳纖維0. 004-0. 04份、納米二氧化硅0. 01-0. 02份、水0. 35-0. 38份和砂2-3份。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合砂漿，其特征在于，所述納米二氧化硅的粒徑為 12nm-40nm〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合砂漿，其特征在于，所述碳纖維的長(zhǎng)度為3-6mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合砂漿，其特征在于，所述原材料還包括0. 008-0. 012 份的減水劑。6. 權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述復(fù)摻碳纖維和納米二氧化硅的復(fù)合砂漿的制備工藝包 括以下步驟： (1) 取所述重量比的原材料，在容器中加入：水、減水劑、碳纖維、納米二氧化硅，攪拌 均勻，在不高于30°C溫度下超聲25-35min，得到混合物，然后在水泥膠砂攪拌鍋中加入所 述混合物、水泥、砂，攪拌均勻，得到拌合物； (2) 把所述的拌合物澆注到模具中，再將模具置于振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)至表面冒漿； (3) 根據(jù)模具內(nèi)拌合物的尺寸，插入用于連接外部電路的電極，再次振動(dòng)； (4) 將模具放入養(yǎng)護(hù)箱中，在溫度為20 ±I°C，濕度大于95 %的條件下養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后拆 模，得試件。7. 權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述復(fù)摻碳纖維和納米二氧化硅的復(fù)合砂漿在低溫施工建 筑用材料、發(fā)熱材料、電磁材料或混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)材料中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開了復(fù)摻碳纖維和納米二氧化硅的復(fù)合砂漿及其制備工藝，取重量比的原材料，在容器中加入水、減水劑、碳纖維和納米二氧化硅，攪拌均勻，在不高于30℃溫度下超聲25-35min，得到混合物，然后在水泥膠砂攪拌鍋中加入所述混合物、水泥和砂，攪拌均勻，得到拌合物；把所述的拌合物澆注到模具中，再將模具置于振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)至表面冒漿；根據(jù)模具內(nèi)拌合物的尺寸，插入用于連接外部電路的電極；再次振動(dòng)；將模具放入養(yǎng)護(hù)箱中，在溫度為20±1℃，濕度大于95％的條件下養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后拆模，得試件。本發(fā)明結(jié)合納米二氧化硅和碳纖維兩者的優(yōu)點(diǎn)，利用納米二氧化硅和碳纖維的自身增強(qiáng)機(jī)理以及相互協(xié)同的促進(jìn)增強(qiáng)作用，最終制備了抗折和抗壓性能良好、電阻率變異系數(shù)小的復(fù)摻碳纖維和納米二氧化硅的復(fù)合砂漿。
【IPC分類】C04B14/38, C04B28/02, C04B14/06
【公開號(hào)】CN105198304
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510497312
【發(fā)明人】韓寶國(guó), 張立卿, 王云洋, 歐進(jìn)萍
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年8月12日