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技术

本发明专利技术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。本发明专利技术还提供了上述电极的制备方法。本发明专利技术还提供了一种包括上述电极的混凝土中硫酸盐侵蚀监测传感装置。该电极制备工艺简单、成本低、性能稳定、响应灵敏、检测数据可靠。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术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。本专利技术还提供了上述电极的制备方法。本专利技术还提供了一种包括上述电极的混凝土中硫酸盐侵蚀监测传感装置。该电极制备工艺简单、成本低、性能稳定、响应灵敏、检测数据可靠。【专利说明】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
本专利技术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
。
技术介绍
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。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术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。本专利技术的第二目的是提供上述电极的制备方法。本专利技术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:本专利技术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I: (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。本专利技术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:(I)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。本专利技术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10-50mmo本专利技术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:本专利技术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。该电极核心元件所用的基体材料为水泥基砂浆材料，硬化后的水泥砂浆弹性模量及热膨胀系数与混凝土相近，这就避免了由于应力变形差异及温度变形差异而产生破坏，从而保证了传感装置的耐久性。本专利技术提供的硫酸盐侵蚀监测传感装置能够对可用于硫酸盐侵蚀混凝土全过程的在线实时监测，在监测过程中不造成结构的破坏，可以服务于混凝土结构服役期的整个过程。通过将监测装置按照一定的方向埋置于受硫酸盐侵蚀的混凝土结构不同部位，实时测试传感电极的电化学特征信号，即可实时掌握混凝土内部硫酸根离子所到达的深度，进而预测混凝土结构在不同服役期间所受的硫酸盐侵蚀程度，合理快速的推断混凝土的内部状态，从而对混凝土构件进行科学的评估诊断，进而预测混凝土结构的使用寿命和状况，确保工程安全。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极结构示意图。图2为本专利技术混凝土中硫酸盐侵蚀监测传感装置结构示意图。下面结合附图对本专利技术做出进一步说明。实施例1混凝土中硫酸盐侵蚀监测传感装置，见图2，该装置由固定支架5以及紫霞而上平行设置于固定支架5上的5个内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极I组成，相邻内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极I之间的中心距离为30mm，可选地，其间距也可以根据检测需要合理设置，优选10-50mm ;内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极I为圆柱体，长度为40cm、底面直径为10mm，可选地，其形状、尺寸可根据需要合理设置，优选长度为30-50mm、底面直径为5_10mm ;内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极I两相对端面利用导电胶3连接有不锈钢网2，各不锈钢网2分别独立连接一条导线4采用环氧树脂封裹。固定支架5为中空的PVC管支架，内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极I的导线4从固定支架5的PVC管中导出。PVC管内部设有环氧树脂，其作用是更为有效地固定传感电极和导线。导线和传感电极上自下而上编相同的编号，分别为电极1、导线-1、导线+1、电极2、导线-2、导线+2、电极3、导线-3、导线+3、电极4、导线-4、导线+4、电极5、导线-5、导线+5 ο内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极1，见图1,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。其制备方法采用以下步骤:(I)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；具体地，按照待制备内掺纳米导电材料的水泥掺量的1.0%和0.5%分别称取石墨烯和纳米导电炭黑加入到质量百分比浓度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内掺纳米导电材料的水泥基砂浆传感电极，其特征在于：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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋林华，熊传胜，宋子健，刘蓉，游渌棽，王涛，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：