[发明专利]一种弯敏混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种弯敏混凝土及其制备方法，弯敏混凝土包括水泥和导电功能填料，所述导电功能填料包括碳纤维、钢纤维、多壁碳纳米管、炭黑；所述碳纤维的掺量为水泥质量的0.3~1.2%；所述钢纤维的掺量为水泥质量的2~6%；所述多壁碳纳米管的掺量为水泥质量的0.25~1%；所述炭黑的掺量为水泥质量的1~4%。将多种导电功能填料引入混凝土，形成完善导电网络，使其电阻率低、弯阻响应灵敏度高，同时荷载能力强、抗折强度高，可用于长期监测建筑结构的弯曲荷载情况。

技术领域

本发明属于导电混凝土领域，尤其涉及一种弯敏混凝土及其制备方法。

背景技术

随着建筑和基础设施行业的大型化与服役环境的复杂化，人们对材料的要求向多功能化、智能化方向发展，具有自诊断、自调节、自愈合的智能混凝土是建筑材料的一种发展趋势。混凝土结构，尤其是大跨度、大悬挑结构，在服役过程中承受外部荷载产生损伤、承载力下降，容易引起突发性事故，因此实时监测混凝土结构的损伤程度具有很大意义。传统的监测方法是内置传感器，但是存在结构复杂，与水泥基材料相容性较差，在复杂的使用环境下长期稳定性不高，使用寿命短，损坏后难以维修与替换等问题。

导电混凝土为实时监测混凝土结构内部损伤提供了新的可能性。导电混凝土就是在素混凝土中掺入导电功能材料，在内部形成连续不间断的导电网络，电阻率会随应力(应变)的变化而变化，使混凝土具备感应自身变形和损伤的功能。国内外学者对导电混凝土受压机敏性、热电效应、温敏性研究较多，但对于弯敏性的研究少有涉及。《碳纤维-石墨导电混凝土力学性能及受弯机敏性研究》（《混凝土与水泥制品》 2016年12期）公开了一种在混凝土中掺入碳纤维和石墨以改善其力学及机敏性能的的导电混凝土，并建立了导电混凝土在受弯过程中荷载-挠度-电阻变化率的关系。在导电混凝土中适量用石墨代替碳纤维袁可在不影响其力学性能的同时提高导电混凝土机敏性，且挠度与电阻变化相关性较好。但是，其荷载能力和弯阻响应灵敏度还有待提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种弯敏混凝土及其制备方法，将导电功能填料碳纤维（CF）、钢纤维（SF）、多壁碳纳米管（MWCNTs）、炭黑（CB）引入混凝土，多种功能填料的复掺完善导电网络，使其电阻率低、弯阻响应灵敏度高，同时荷载能力强、抗折强度高，可用于长期监测建筑结构的弯曲荷载情况。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种弯敏混凝土，包括水泥和导电功能填料，所述导电功能填料包括CF、SF、MWCNTs、CB，所述CF的掺量为水泥质量的0.3~1.2%；所述SF的掺量为水泥质量的2~6%；所述MWCNTs的掺量为水泥质量的0.25~1%；所述CB的掺量为水泥质量的1~4%；所述导电功能填料在形成完整导电网络，降低电阻率，提高受弯过程中电阻最大变化率。

优选的，所述弯敏混凝土的开裂荷载为3.4~5.37KN，电阻率为888~14677Ω•cm，受弯过程电阻最大变化率为11.36~158%。

优选的，所述碳纤维的直径≤8mm，含碳量≥95%，拉伸强度≥3500MPa。

优选的，所述多壁碳纳米管的直径为10~20nm。

导电功能填料应具有良好的导电性能，在混凝土内部形成均匀分布的致密的导电网络，在受弯过程中，受拉区纤维与基体间逐渐脱粘，接触电阻逐渐增加；当纤维完全拔出或断裂时，电阻趋于无穷大；当外部荷载减小或取消时，纤维与基体间电阻逐渐降低，表现出一定的弯敏特性。此外还应具有一定的力学强度和化学稳定性，且要保证与混凝土拥有相似的线膨胀系数。