[发明专利]一种定向镀镍碳纤维的机敏水泥基材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种定向镀镍碳纤维的机敏水泥基材料，其由定向镀镍碳纤维、表面改性剂、水和水泥组成，其中镀镍碳纤维为水泥质量的0.2%~0.9%，表面改性剂的掺量为水泥质量的0.4%~0.8%，水灰比0.35~0.65；该复合材料先将水与表面改性剂充分混合，将水泥与定向镀镍碳碳纤维干混均匀，随后将水和表面改性剂混合溶液加入搅拌，所制拌合物注入塑料模具，置于磁线圈诱导装置中进行3min‑10min，养护到一定龄期后即得。碳纤维表面镀镍不仅提高了纤维的浸润性、导电和导热性能，还可以使其具有磁性在磁场中发生偏转。所制备的定向镀镍碳纤维的机敏水泥基材料导电性能得到了增强，在压敏性能上具有更好的稳定性和灵敏性。

技术领域

本发明涉及一种定向镀镍碳纤维的机敏水泥基材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

许多大型土木工程建筑长期遭受疲劳载荷、环境腐蚀的影响以及缺乏实时监测工程结构健康的工具等原因而处于极度失修状态，时刻危害着人们的生命安全。以导电纤维为填料的自感知水泥基复合材料具有灵敏度高、力学性能好、安装维护方便等优点可以开发出传感和健康监测能力相结合的智能基础设施，从而达到提高其可用性、安全性和可靠性的目的。但是现有的机敏水泥基复合材料导电性能差，灵敏性和稳定性都不高。

发明内容

本发明的是为了增强机敏水泥基复合材料导电性能，改善机敏水泥基材料压敏性能的灵敏性和稳定性，通过改变导电填料的取向，提供了一种定向镀镍碳纤维的机敏水泥基材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种定向镀镍碳纤维的机敏水泥基材料，包括定向镀镍碳纤维、表面改性剂、水和水泥，所述定向镀镍碳纤维掺量为水泥质量的0.2%~0.9%。

优选地，所述定向镀镍碳纤维长度为1~10μm，长径比为500~600。

优选地，所述表面改性剂为聚羧酸型减水剂，掺量为水泥质量的0.4%~0.8%。

优选地，所述定向镀镍碳纤维的机敏水泥基材料中的水灰比为0.35~0.65。

本发明还提供上述的定向镀镍碳纤维的机敏水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：

将水与表面改性剂充分混合备用；

将水泥与定向镀镍碳纤维干混均匀；

将水和表面改性剂混合溶液加入到水泥与定向镀镍碳纤维混合物中搅拌；

所制拌合物注入塑料模具，置于磁场装置中诱导3~10min，从而达到镀镍碳纤维定向效果。

优选地，所述磁场装置的内部磁场强度为1.0×10 ³~1.0×10⁴ Gs。

纤维增强水泥基复合材料不仅具有良好的力学性能，当填充如钢纤维、碳纤维、碳纳米管及镍纳米纤维等导电填料时，具有压敏性、温敏性、湿敏性、电热性和电磁屏蔽等功能特性。纤维取向是影响纤维增强水泥基复合材料的导电性及压敏性的一个重要因素。将磁场诱导定向技术与纤维增强水泥基复合材料的制备工艺结合，研发出定向纤维增强水泥基复合材料。具有定向分布的纤维增强水泥基复合材料沿着施加磁场的方向上有更多的纤维，不仅能极大地提高了其抗折、抗裂能力，还能有效地降低其电阻率使其展现出更灵敏，且稳定的压阻特性。定向纤维增强水泥基复合材料作为一种新型自感知水泥基复合材料与混凝土结构具有天然的相容性，通过检测复合材料的电压、电阻和电容等电学特性变化，能及时有效的监测混凝土结构的应力、应变和损伤等情况。

碳纤维具有优良的性能非常适合作为导电填料，但其本身不具有磁感特性无法在磁场中形成定向分布。金属镍具有良好的电学性能、耐腐蚀性能和铁磁性。碳纤维表面镀镍不仅提高了纤维的浸润性、导电和导热性能，还使其具有磁性可以在磁场中发生偏转，达到定向效果。