装配式工程用自感知高强连接材料及其制备方法

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及为一种装配式工程用自感知高强连接材料及其制备方法。

背景技术：

1、国内的装配式建筑正处于高速发展阶段，装配式工程是一种节能高效的建造技术，促进工程工业化，具备提高建筑使用年限、节约资源、符合绿色建筑的要求。

2、鉴于现阶段国内外对装配式工程的深入探究，套筒灌浆连接是现阶段装配式混凝土工程的主要连接方式，节点处是整个装配式工程的传力枢纽，节点连接的耐久性及有效性关乎装配式工程的安全性。对装配式建筑结构节点连接处的实时监测是结构健康监测领域尚待解决的重要问题，各组成成分对其导电性能的影响具备现实意义，目的在于提高装配式工程的安全水平。

3、例如，专利cn106673532b中提供一种自感知镍纳米纤维水泥基复合材料，该文献解决了已有自感知水泥基复合材料由于导电填料掺量大、与水泥基材料相容性差，导电填料分散困难等问题。该文献所用的镍纳米纤维属于合成材料，成本很高，不利于大规模运用基础设施及结构工程。镍纳米纤维的导电效果不如粉末状导电材料(如炭黑)及纤维状导电材料(如碳纤维)好，并且导电填料掺量低，水泥基复合材料的压敏性能及灵敏度有待考量。

4、专利cn 216410934u提供一种碳纳米管纤维混掺混凝土用抗冲击检测装置，该装置通过伸缩导杆和弹簧拉伸，通过毛刷作用，将粉末和碎屑清扫，之后放松手柄，在弹簧的弹力作用下，便可使连接板和刷杆复位，对混凝土冲击过程产生的粉末和碎屑进行清理。该装置依靠弹簧的弹力作用进行清理，混凝土冲击过程冲击力大，使用弹簧耐久性无法保证。

5、故研制出一种耐久性好，强度高及导电性能优越的连接材料，对装配式建筑具有重要意义。

技术实现思路

1、鉴于现有的装配式工程用的连接材料在建筑、桥梁、风力发电等基础设施工程中得到广泛应用，其安全性能直接决定了装配式工程的整体安全性。随着智能建造与智慧建筑的发展需求，对装配式工程连接节点提出了更高的要求。同时，由于传统应变片或光纤与混凝土材料存在兼容性及寿命不匹配等问题，基础设施的长期安全监测面临巨大挑战。本发明的目的在于提供一种装配式工程用自感知高强连接材料，通过赋予灌浆连接材料感知功能，以解决装配式工程节点服役性能难以检测与监测等工程问题，同时提升灌浆材料的力学性能，保障装配式工程的连接节点结构安全性，为装配式工程智能建造提供关键材料。

2、为实现上述目的，本发明提供的方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种装配式工程用自感知高强连接材料，其特征在于：按质量份计，所述连接材料包含如下组成：水泥600～900份，功能膨胀剂20～30份，微细钢纤维体积分数为4～6份，炭黑6～8份，硅灰20～28份，砂720～1160份，消泡剂1～3份，减水剂3～4.5份，水150～220份。

4、作为优选方案，所述功能膨胀剂为原位生产cnts@mgo/cao；

5、所述炭黑的中值粒径d50＝110～140nm；

6、所述减水剂为粉体聚羧酸系减水剂，减水率≥25％；

7、所述硅灰的密度≥2.33g/cm3，sio2含量为88～99％，中值粒径为0.1～0.3μm；

8、所述水泥为硅酸盐水泥52.5级，比表面积≥369m2/g；

9、所述消泡剂为粉末状有机硅类消泡剂，密度为240～300g/l；

10、所述砂为石英砂，其最大粒径≤2.36mm，含泥量≤1％；

11、所述微细钢纤维的直径≤0.12mm，长径比≤69，长度为8～12mm。

12、进一步地，所述功能膨胀剂，由如下方法制备得到：

13、1)将100份mgo或cao膨胀剂与2～8份纯度为98.5～99.7％的ni(no3)3·9h2o混合；

14、2)将上述混合料置于cvd反应器中，以乙炔和甲烷按照1:1的比例以5l/min的速率通入反应器中，650～850℃煅烧60～120min，得到功能膨胀剂。

15、第二方面，本发明提供一种如上述装配式工程用自感知高强连接材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

16、s1)取炭黑6～8份，水150～220份，减水剂3～4.5份，硅灰20～28份，以500～600r/min的转速磁力搅拌5～10min，再以频率为40～50khz，温度为20～30℃进行超声分散10～20min得到炭黑悬浮液；

17、s2)将上述悬浮液置于搅拌机中，按照水泥600～900份、功能膨胀剂20～30份、消泡剂1～3份称取，依次加入搅拌机中以125±5r/min的速度搅拌1min；

18、s3)将720～1160份砂加入搅拌机中，125±5r/min的速度搅拌1min；

19、s4)将体积分数为4～6份微细钢纤维加入搅拌机中以285±5r/min的速度搅拌3min，得到装配式工程用自感知高强连接材料。

20、本发明的优点及有益效果如下：

21、1、本发明提供的装配式工程用自感知高强连接材料，通过减水剂和超声分散炭黑，超声波使炭黑的分散质量逐步提高，能嫁接更多的羟基、羧基的含氧基团，提高与基体界面的黏合力，有效传递载荷，同时，使其填充凝胶孔，减缓裂纹扩展，提升材料密实性，改善材料的力学性能。

22、2、提供了一种功能膨胀剂材料，通过cvd方法原位生长制备的cnt@mgo/cao复合材料，能提高材料的层间性能。通过处理的碳纳米管能够在水泥基材料的碱性水化环境下，保持良好的分散性与自身良好的特性，并赋予连接材料导电及自感知能力，并结合分散优异的炭黑及钢纤维作用，实现了多尺度导电网络的构筑，从而使材料的压敏性呈现明显的线性响应关系，实现材料的服役状态全时域无损监测及检测。

23、3、本发明提供的装配式工程用自感知高强连接材料，微细钢纤维作为水化产物的连接桥梁，阻止裂缝的形成和扩展；掺入微细钢纤维后1d和28d抗折强度分别增加了47.5％和76.8％，可以说明纳米填料与微米级纤维的协同效应，增加水化产物和纤维之间的粘结应力，提高材料的抗折强度。填料的掺入能够赋予复合材料较高的灵敏度。机理：在外部压力作用下，材料的电阻率随着内部应力变化而有规律的变化；随着内部压应力的增大，纳米填料与微米级纤维之间的间距逐渐减小，电阻变化率随内部应力增大而减小；当内部压应力达到一定临界值时，电阻变化率出现一个平衡阶段，预示着材料即将被破坏；当内部压应力超过临界值后，试件内部裂缝扩展，导电网络被破坏，电阻变化率出现急剧增加，材料被破坏。因此，当外部压力作用时，纳米填料与微米级纤维形成网状体系，能及时感知材料的服役状态，及时进行监测。

技术特征：

1.一种装配式工程用自感知高强连接材料，其特征在于：按质量份计，所述连接材料包含如下组成：水泥600～900份，功能膨胀剂20～30份，微细钢纤维体积分数为4～6份，炭黑6～8份，硅灰20～28份，砂720～1160份，消泡剂1～3份，减水剂3～4.5份，水150～220份。

2.根据权利要求1所述的装配式工程用自感知高强连接材料，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的装配式工程用自感知高强连接材料，其特征在于：

4.一种制备如权利要求1至3中任一种所述装配式工程用自感知高强连接材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种装配式工程用自感知高强连接材料及其制备方法，该连接材料其特征在于：所述连接材料按质量份计，组成为：水泥600～900份，微细钢纤维体积分数4～6份，炭黑6～8份，硅灰20～28份，砂720～1160份，功能膨胀剂20～30份，减水剂3～4.5份，消泡剂1～3份，水150～220份。本发明提供的连接材料具有较高的强度(85MPa以上)，在保障建筑结构安全性和连接节点的有效性的同时，使其具备导电特性，赋予了材料自感知性能，实现了材料的服役状态全时域无损监测及检测；本连接材料广泛应用于装配式桥梁、建筑工程等领域，为智能建造方面提供参考依据。

技术研发人员：李玉博,蔡雅琼,苏骏,贺行洋,苏英,王迎斌,杨进,陈顺,金子豪,戚华辉
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13