[发明专利]一种内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极，还涉及该电极的制备方法，还涉及一种包括上述电极的混凝土中硫酸盐侵蚀的监测传感装置，属于土木工程材料技术领域。

背景技术

混凝土是土木工程中用量最大、使用范围最广的结构材料。由于混凝土内部本身存在毛细孔、微裂纹、界面过渡区等诸多缺陷，使其容易受到空气、地下水以及土壤中有害离子的侵蚀，从而造成强度和耐久性的降低，最终导致使用寿命的下降和结构的破坏。在诸多的侵蚀类型中，硫酸盐侵蚀是造成混凝土耐久性劣化的最主要原因之一。土壤和地下水中都含有大量的硫酸根离子，这些离子渗入到混凝土内部并与水泥的水化产物发生化学反应生成石膏、钙矾石等产物，产生膨胀、开裂，造成混凝土的破坏；这一破坏过程随着硫酸离子在混凝土内的扩散由混凝土表面向内部不断发生，同时伴随着混凝土内孔结构、微裂缝、界面过渡区等微观结构的不断的变化，进而导致混凝土的电化学特征参数的变化。

在混凝土受硫酸盐侵蚀过程中，尽管侵蚀到一定程度后，混凝土表面会产生裂缝及局部表皮脱落等现象，但是硫酸盐侵蚀所造成的破坏程度、破坏进程以及剩余寿命仅靠外观检查是难以满足要求的。纵观现有国内外混凝土耐久性的监测技术，还不能实现混凝土受硫酸侵蚀破坏程度及破坏进程的实时在线监测和数据采集。为此，研究一套混凝土中硫酸盐侵蚀的监测传感装置及方法，实时监测并掌握混凝土在硫酸盐侵蚀过程中的电化学特征参数的变化和微观结构的变化，这对于掌握混凝土在硫酸盐侵蚀作用下的混凝土性能变化规律，科学评价混凝土受硫酸盐侵蚀的破坏程度以及预测结构的使用寿命，进而确保工程结构的安全使用具有重要的意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种性能稳定、响应灵敏并且检测数据可靠的内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极。

本发明的第二目的是提供上述电极的制备方法。

本发明的第三目的是提供上述一种包括上述电极的混凝土中硫酸盐侵蚀监测传感装置。

技术方案：本发明提供的一种内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极，包括水泥基体以及分散于水泥基体内的石墨烯和纳米导电炭黑。

作为优选，所述水泥基体的水灰比为(0.3-0.6):1，优选0.4:1，胶砂比为1:(3-5)，优选1:4；所述石墨烯掺量为水泥掺量的0.5-1.5%，优选0.8-1.2%，更优选1.0%；所述纳米导电碳黑掺量为水泥掺量的0.2-0.8%，优选0.4-0.6%，更优选0.5%。

作为改进，所述水泥基体为圆柱体，其底面直径为5～10mm、长度为30-50mm。

本发明还提供了上述的内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极的制备方法，包括以下步骤：

（1）将石墨烯和纳米导电炭黑加入分散剂水溶液中，搅拌或超声使石墨烯和纳米导电炭黑均匀分散，得混合溶液；

（2）将水泥、砂子和水混合得到的水泥砂浆，加入步骤（1）的混合溶液中搅拌，得浆体；将浆体倒入模具中静置成型，拆模后于饱和氢氧化钙溶液中养护；切割、打磨即得。

其中，步骤（1）中，所述石墨烯掺量为水泥掺量的0.5-1.5%，优选0.8-1.2%，更优选1.0%；所述纳米导电碳黑掺量为水泥掺量的0.2-0.8%，优选0.4-0.6%，更优选0.5%；所述分散剂水溶液的浓度为0.01%～0.12%，优选0.05%，所述分散剂为壬基酚与环氧乙烷缩合物。

其中，步骤（2）水泥砂浆中，水灰比为(0.3-0.6):1，优选0.4:1，胶砂比为1:(3-5)，优选1:4；静置成型时间为24h；养护时间为90天。

本发明还提供了一种混凝土中硫酸盐侵蚀监测传感装置，包括固定支架以及一组权利要求1-2任一项所述的内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极；所述一组掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极独立地自上而下平行设置于固定支架上；所述掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极相对两端面分别设有不锈钢网，所述不锈钢网与分别连有导线。

作为优选，所述固定支架为中空的PVC管支架。

作为另一种优选，所述相邻内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极间距10-50mm。

本发明还提供了上述的混凝土中硫酸盐侵蚀监测传感装置在监测混凝土结构的硫酸盐侵蚀中的应用。

有益效果：本发明提供的内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极制备工艺简单、成本低、性能稳定、响应灵敏、检测数据可靠。