【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于混凝土，具体涉及一种环保型自感知混凝土及其制备方法。
技术介绍
1、建筑工程的发展离不开材料科学的推动。随着城市化和基础设施建设的不断扩张，对建筑材料性能的需求也日益迫切。普通混凝土是一种脆性材料，在裂缝形成后会突然失去承载能力，工程水泥基复合材料(以下简称ecc)的出现填补了这一不足，与传统混凝土相比，ecc具有类似金属的应力-应变响应，其应变硬化发生在屈服强度之后。ecc的高延展性使其能够承受较大的形变而不会出现严重的破坏，这为传感器的设计提供了有利条件。通过将导电材料整合到ecc中，利用导电性能来监测材料内部的应变和变化。当外部力或形变作用于ecc传感器时，导电材料内部的电阻值会发生变化。通过测量电阻值的变化，推断出材料所受的力或形变程度，便于对结构的健康进行实时监测。相比于嵌入式传感器，ecc传感器的检测范围更广，耐久性更长，因材料本身就是传感器，所以不会破坏结构的完整性，对力学性能没有负面影响。
2、通常在ecc的制备中应避免使用大尺寸骨料，大尺寸骨料的堆积会降低界面摩擦力，从而降低产生应变硬化的可能性，影响ecc的力学性能。因此ecc中常用超细硅砂作为骨料，但硅砂的造价高昂，且生产过程复杂会加大碳排放。玻璃砂的出现恰好解决了这一问题。废旧玻璃需要一百万年才能自然分解，这不仅造成资源浪费，而且污染环境。将废旧玻璃制成玻璃砂，既解决了废旧玻璃二次回收使用的问题，又解决了ecc中硅砂价格高昂的问题，且废旧玻璃砂替代超细硅砂大大减少了碳排放。
3、因此，有必要研发一种环保型自感知混凝土，
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种环保型自感知混凝土及其制备方法。本专利技术通过在原有工程水泥基复合材料的基础上加入碳纤维，既可以增加混凝土的导电性，又增加了混凝土的力学性能。碳纤维的加入使混凝土具有一定自感知能力，可代传统传感器，弥补传统传感器造价高、感知范围小、破坏结构完整性的等缺陷。同时本专利技术使用玻璃砂代替传统硅砂，大大减少了碳排放，同时也增加废旧玻璃的二次使用率，降低了环境污染。与普通混凝土相比本专利技术提供的产品在保证基本力学性能的同时大大提高了混凝土的弯曲韧性，为结构设计、结构补强、结构检测提供一种新的选择。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、本专利技术技术方案之一：提供一种环保型自感知混凝土，原料包括：水泥、粉煤灰、硅灰、玻璃砂、聚丙烯纤维、碳纤维、水、减水剂、分散剂和消泡剂。
4、优选地，所述原料按质量份数计，包括：水泥480份、粉煤灰576份、硅灰144份、玻璃砂1～432份、聚丙烯纤维2.275～13.65份、碳纤维12.53～19.69份、水360份、减水剂15～20份、分散剂0.42份和消泡剂0.18份。
5、粉煤灰的加入可以提高混凝土的后期强度，这得益于粉煤灰的水化反应较慢。在混凝土使用过程中产生细微裂缝时，未反应的粉煤灰遇水后会继续水化修补裂缝。粉煤灰的低活性会导致混凝土的早期强度较低，原因是粉煤灰与水泥的二次水化反应有限，因其低活性可以有效降低水化热，防止构件在养护过程中开裂，同时粉煤灰可以提高ecc的弯曲韧性，降低混凝土的弹性模量。适量的粉煤灰会提升混凝土的弯曲韧性，当粉煤灰含量为60％到65％时，基体的断裂韧性降低，极限拉伸应变有所提高，极限弯曲荷载逐渐下降，同时试件挠度则表现出增大的趋势，因此本专利技术将粉煤灰用量控制为在胶凝材料中占比48％。
6、本专利技术中的聚丙烯纤维具有弹性模量低、强度高、延展性好、耐久性好、熔点低、化学性质稳定、价格低廉等特点，以其作为主要受力纤维，在混凝土变形时起到荷载传递的作用，当混凝土开裂时聚丙烯纤维会有效桥接裂缝，抑制裂缝的扩展，使混凝土表现出类似金属的应力-应变响应，此外当纤维掺量较高时，纤维内部会相互桥接，进一步提升混凝土的弯曲韧性，减少裂缝的产生。
7、硅灰的加入能够有效提升混凝土的早期强度，硅灰的高活性会促进水化反应加速进行，使混凝土早期强度迅速上升，弥补ecc早期强度过低的问题。过量的硅灰对弯曲韧性有较大影响，当硅灰含量超过胶凝材料体积分数的13％时，ecc弯曲韧性明显降低，原因是水化产物与纤维过度融合，当混凝土受到外力时纤维拔出现象减弱，无法有效桥接裂缝。
8、碳纤维的加入可以有效提高混凝土的机械性能，当碳纤维掺量为0.9％时，混凝土的抗压、劈拉、抗折性能有明显提高。同时碳纤维作为导电媒介可以有效降低混凝土的电阻率，本专利技术选用的碳纤维用量在混凝土中表现出良好的压敏和弯敏特性。在弯曲韧性方面，碳纤维可以有效地提高初裂强度，这与碳纤维的高弹性模量有关。
9、减水剂可以有效降低混凝土的用水量，降低水胶比。同时，减水剂在水泥颗粒表面的吸附膜可以与水分子形成稳定的溶剂化水膜。这种水膜具有良好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而进一步提高混凝土的流动性。当混凝土中的自由水过多时，养护过程中蒸发的自由水会导致混凝土内部形成许多微小气孔，降低混凝土强度，减水剂的加入会有效降低用水量，进而增加混凝土强度。
10、本专利技术的配合比中有大量的纤维加入，过量的纤维会导致纤维凝结成团，降低混凝土机械性能，降低混凝土和易性。分散剂的加入可以有效分散纤维，使纤维充分与胶凝材料结合，提高混凝土强度。而分散剂的加入会使拌合物变稠，在搅拌过程中胶凝材料会包裹空气在混凝土内部形成气孔降低强度，消泡剂的加入可以有效降低内部孔隙形成，提升强度。
11、优选地，所述水泥为po42.5水泥；所述粉煤灰的细度为10.6。
12、优选地，所述玻璃砂的粒径为100目。
13、优选地，所述碳纤维的电阻率为1.2×10-3ω·cm。
14、优选地，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
15、优选地，所述分散剂为甲基纤维素钠；所述消泡剂为磷酸三丁酯。
16、本专利技术技术方案之二：提供一种上述环保型自感知混凝土的制备方法，步骤包括：
17、将水泥、粉煤灰、硅灰、玻璃砂、聚丙烯纤维和碳纤维混合后干拌均匀；将水、减水剂、分散剂和消泡剂搅拌均匀；最后将所有原料混合，搅拌均匀，即得环保型自感知混凝土。
18、纤维的干拌可以有效促进纤维在混凝土中的分散，辅助以分散剂后基本可以使纤维完全分散开，纤维完全分散后均匀分散在混凝土机体内部，在混凝土受到外部荷载时候有效抑制裂缝产生，提高混凝土机械强度。
19、本专利技术的有益技术效果如下：
20、本专利技术用粉煤灰代替部分水泥，粉煤灰的低活性会降低水化反应，防止混凝土养护过程中开裂，粉煤灰降低了纤维-基体界面之间的结合，提高了拉伸应变性能。粉煤灰的水化反应较慢，当混凝土受到荷载产生细微裂缝时，未完全反应的粉煤灰遇水后会继续水化修复裂缝，使混凝土有一定自修复能力。
21、此外本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种环保型自感知混凝土，其特征在于，原料包括：水泥、粉煤灰、硅灰、玻璃砂、聚丙烯纤维、碳纤维、水、减水剂、分散剂和消泡剂。
2.根据权利要求1所述环保型自感知混凝土，其特征在于，所述原料按质量份数计，包括：水泥480份、粉煤灰576份、硅灰144份、玻璃砂1～432份、聚丙烯纤维2.275～13.65份、碳纤维12.53～19.69份、水360份、减水剂15～20份、分散剂0.42份和消泡剂0.18份。
3.根据权利要求1所述环保型自感知混凝土，其特征在于，所述水泥为PO42.5水泥；所述粉煤灰的细度为10.6。
4.根据权利要求1所述环保型自感知混凝土，其特征在于，所述玻璃砂的粒径为100目。
5.根据权利要求1所述环保型自感知混凝土，其特征在于，所述碳纤维的电阻率为1.2×10-3Ω·cm。
6.根据权利要求1所述环保型自感知混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
7.根据权利要求1所述环保型自感知混凝土，其特征在于，所述分散剂为羧甲基纤维素钠；所述消泡剂为磷酸三丁酯。
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...【技术特征摘要】
1.一种环保型自感知混凝土，其特征在于，原料包括：水泥、粉煤灰、硅灰、玻璃砂、聚丙烯纤维、碳纤维、水、减水剂、分散剂和消泡剂。
2.根据权利要求1所述环保型自感知混凝土，其特征在于，所述原料按质量份数计，包括：水泥480份、粉煤灰576份、硅灰144份、玻璃砂1～432份、聚丙烯纤维2.275～13.65份、碳纤维12.53～19.69份、水360份、减水剂15～20份、分散剂0.42份和消泡剂0.18份。
3.根据权利要求1所述环保型自感知混凝土，其特征在于，所述水泥为po42.5水泥；所述粉煤灰的细度为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：马立军，孙蒙，宋欣，张云龙，王静，
申请(专利权)人：吉林建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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