本發(fā)明屬于電子元器件
技術領域：
和材料制備
技術領域：
，具體涉及一種壓敏傳感器用水泥基復合材料。
背景技術：
：混凝土廣泛應用于工業(yè)和民用建筑、道路與橋梁工程、機場、港口與水利工程?；炷两Y(jié)構(gòu)建筑物，特別是超大跨度橋梁、重點水利工程、重點體育場館、大型海洋平臺、核電站工程和高速鐵路建設等重大工程結(jié)構(gòu)設計壽命一般長達數(shù)十年，甚至上百年。其間長期反復承受各種荷載、酸雨等自然環(huán)境的長期侵蝕以及材質(zhì)自身老化，不可避免地導致土木工程結(jié)構(gòu)損傷，可能引起突發(fā)性災難，給人民的生命財產(chǎn)安全造成極大的損失。為此已開展了諸如工程結(jié)構(gòu)群體健康監(jiān)測關鍵技術研究、材料安全服役行為和新型功能材料制備基礎與性能調(diào)控相關方面的研究。重大土木工程結(jié)構(gòu)實施健康監(jiān)測與荷載控制技術已成為土木工程領域的熱點研究課題，是未來經(jīng)濟建設和社會發(fā)展迫切需要解決的問題。高性能智能傳感元件是重大工程結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測與健康診斷的重要組成部分。近年來，用作土木工程結(jié)構(gòu)長期健康監(jiān)測的傳感器主要有光纖傳感器和水泥基復合材料壓敏傳感器，光纖傳感器雖然耐久性和穩(wěn)定性較好，但是價格高昂，難以大規(guī)模推廣使用。而水泥基復合材料壓敏傳感器由于埋設工藝簡單，耐久性好，與土木工程結(jié)構(gòu)相容性好，價格低等優(yōu)點，成為土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測與健康診斷領域的熱點課題。以水泥(砂漿或混凝土)為基體的水泥基復合材料壓敏傳感器，復合部分是導電相，是借助電學性質(zhì)的變化反映其力學特性變化的復合材料。現(xiàn)有技術已對包括碳纖維、納米碳黑，碳納米管等導電性能進行了不同角度的嘗試。1993年，D.D.L.Chung教授及她的課題組提出了機敏混凝土(Smartconcrete)的概念。1996年，李卓球等研究表明，碳纖維水泥基復合材料在逐漸加壓直至破壞的過程中，其間的電阻率隨壓應力的增加呈現(xiàn)顯著下降、平穩(wěn)過渡和迅速上升三個階段，這三個階段分別與碳纖維混凝土的彈性、塑性及崩潰三個階段相對應。2000年，歐進萍等提出開發(fā)小尺寸、精度高、可重復性好、造價低、耐久性好、埋設工藝簡單的標準碳纖維水泥石傳感器。將其埋設于混凝土構(gòu)件中形成智能混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，具有耐久性好、造價低、與混凝土相容性好等優(yōu)點。現(xiàn)有技術披露了用于水泥基體的納米材料填充材料有：納米SiO2，納米CaCO3，納米TiO2，碳納米管，納米炭黑和納米Fe2O3等。揭示了納米材料在水泥基體中的均勻分散以及對水泥基體微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能的改善。碳家族的新成員石墨烯，是一種二維的sp2雜化的碳的同素異形體，是最薄的材料-單原子厚度的材料。石墨烯具有優(yōu)異的電學性能，熱學性能,超高的比表面積，楊氏模量和斷裂強度等一系列優(yōu)異的性質(zhì)。石墨烯作為一種高性能的聚合物填充材料，可以顯著提高聚合物的導電性、導熱性和機械性能。申請?zhí)枮?01310233476.5、名稱為“一種氧化石墨烯水泥基復合材料應力傳感器”的專利文件中公開了一種結(jié)構(gòu)工程監(jiān)測用應力傳感器，此傳感器部件是添加0.02%氧化石墨烯的氧化石墨烯水泥基復合材料制備的。但是，雖然石墨烯具有很強的導電能力，但是氧化石墨烯幾乎沒有導電能力，作為石墨烯的衍生物，表面含有大量的含氧官能團，π電子結(jié)構(gòu)被破壞，導電能力幾乎喪失。僅添在添加0.02%的氧化石墨烯下，水泥石的導電能力提高很少，氧化石墨烯水泥基復合材料無法發(fā)揮應力傳感器的作用。專利號為ZL200710072474.7、名稱為“一種壓敏水泥基復合材料”的發(fā)明專利公開了一種用于解決力-電耦合效應靈敏度低及受濕度影響大、基體極化易影響電學信號測試等缺陷的壓敏水泥基復合材料，此材料為由含有1%-80%的功能組分(鎳粉、碳纖維、碳黑、石墨、鋼渣中的一種或幾種的混合物)與水泥基材料組成的復合材料，但用于制備水泥基智能材料時工藝復雜或加入量大、成本高或與水泥基體相容性差的缺陷嚴重制約了水泥基智能材料的應用。本發(fā)明人經(jīng)長期觀察、研究、分析發(fā)現(xiàn)需要提供一種對水泥基材的導電成分種類、分散性進一步優(yōu)化的技術來克服現(xiàn)有技術存在的以下不足的技術方案：（1）碳化硅纖維在水泥基體中的分散性差，填充物與基體相容性不好，初始電阻率和應力感知能力離散高等缺陷；（2）具有很高長徑比的碳化硅納米管在水泥基體中容易纏繞，疏水的表面化學特性導致在水泥基體中的分散性差，最終導致微觀結(jié)構(gòu)和性能的均一性差；（3）納米SiO2或納米CaCO3雖然對改善水泥基體微觀結(jié)構(gòu)和力學性能有重要貢獻，但是不能發(fā)揮水泥基復合材料的功能性，同時納米材料的團聚性也可能導致基體強度下降。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種壓敏傳感器用水泥基復合材料，以解決現(xiàn)有壓敏傳感器用水泥基復合材料制備工藝復雜、成本高、應力感知能力和靈敏度低，穩(wěn)定性差等問題。本發(fā)明的壓敏傳感器用水泥基復合材料具有抗壓強度、抗折強度大，應力感知能力高，穩(wěn)定性好，靈敏度高等優(yōu)點。為解決以上技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：一種壓敏傳感器用水泥基復合材料，以重量為單位，由以下原料制成：水泥100-200份、礦渣粉8-14份、煤灰粉8-12份、膨潤土6-10份、二維碳材料18-24份、碳化硅纖維10-15份、玻璃纖維6-10份、聚羧酸減水劑0.4-0.6份、三乙烯二胺·六水催化劑0.4-0.6份、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑0.5-0.7份、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑0.4-0.8份、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑0.2-0.4份、乳化硅油消泡劑0.2-0.4份、己烯基雙硬脂酰胺分散劑0.5-0.8份、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑0.6-0.9份、聚合硫酸鋁聚凝劑0.3-0.5份、701粉強化劑0.1-0.2份、乙二醛15-20份、雙氧水20-30份、水500-800份；所述壓敏傳感器用水泥基復合材料的制備方法，包括以下步驟：S1：用濃度為10%-14%的鹽酸浸泡碳化硅纖維4-10h，然后用水沖洗至pH為6.8-7.2，制得酸化碳化硅纖維；S2：將水泥、礦渣粉、煤灰粉、膨潤土、二維碳材料、乙二醛、雙氧水、水在轉(zhuǎn)速為100-400r/min下攪拌10-30min，制得漿料；S3：將步驟S1制得的酸化碳化硅纖維、步驟S2制得的漿料、玻璃纖維、聚羧酸減水劑、三乙烯二胺·六水催化劑、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑、乳化硅油消泡劑在溫度為140-180℃，轉(zhuǎn)速為90-140r/min下攪拌3.5-5h，制得泡沫液；S4：將步驟S3制得的泡沫液、己烯基雙硬脂酰胺分散劑、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑、聚合硫酸鋁聚凝劑、701粉強化劑在溫度為85-92℃，轉(zhuǎn)速為150-180r/min下攪拌2.5-3.5h，裝模，烘干至含水量≤4%，制得壓敏傳感器用水泥基復合材料。進一步地，所述礦渣粉和煤灰粉的目數(shù)均為200-400。進一步地，所述膨潤土為納米級膨潤土。進一步地，所述二維碳材料為石墨烯。進一步地，所述碳化硅纖維的長度為0.1-2.8mm。進一步地，所述玻璃纖維的長度為0.4-2.5mm。進一步地，所述雙氧水的濃度為28%-32%。本發(fā)明具有以下有益效果：（1）本發(fā)明的壓敏傳感器用水泥基復合材料抗壓強度達到123.56MPa以上，抗折強度達到26.78以上，附著力為靈敏度達到2.32%/MPa以上，電阻率達到43.12以下，變異系數(shù)達到0.025以下，現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的壓敏傳感器用水泥基復合材料具有抗壓強度、抗折強度大，應力感知能力高，穩(wěn)定性好，靈敏度高等優(yōu)點；（2）采用本發(fā)明的壓敏傳感器用水泥基復合材料制成的壓敏傳感器具有初始電阻率穩(wěn)定、應力感知能力高、傳感器靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點；（3）采用礦渣粉、煤灰粉作為本發(fā)明的壓敏傳感器用水泥基復合材料的原材料，不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且可以為礦渣粉、煤灰粉的有效處理提供新途徑?！揪唧w實施方式】為便于更好地理解本發(fā)明，通過以下實施例加以說明，這些實施例屬于本發(fā)明的保護范圍，但不限制本發(fā)明的保護范圍。在實施例中，所述壓敏傳感器用水泥基復合材料，以重量為單位，由以下原料制成：水泥100-200份、礦渣粉8-14份、煤灰粉8-12份、膨潤土6-10份、二維碳材料18-24份、碳化硅纖維10-15份、玻璃纖維6-10份、聚羧酸減水劑0.4-0.6份、三乙烯二胺·六水催化劑0.4-0.6份、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑0.5-0.7份、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑0.4-0.8份、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑0.2-0.4份、乳化硅油消泡劑0.2-0.4份、己烯基雙硬脂酰胺分散劑0.5-0.8份、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑0.6-0.9份、聚合硫酸鋁聚凝劑0.3-0.5份、701粉強化劑0.1-0.2份、乙二醛15-20份、雙氧水20-30份、水500-800份；所述礦渣粉和煤灰粉的目數(shù)均為200-400；所述膨潤土為納米級膨潤土；所述二維碳材料為石墨烯；所述碳化硅纖維的長度為0.1-2.8mm；所述玻璃纖維的長度為0.4-2.5mm；所述雙氧水的濃度為28%-32%；所述壓敏傳感器用水泥基復合材料的制備方法，包括以下步驟：S1：用濃度為10%-14%的鹽酸浸泡碳化硅纖維4-10h，然后用水沖洗至pH為6.8-7.2，制得酸化碳化硅纖維；S2：將水泥、礦渣粉、煤灰粉、膨潤土、二維碳材料、乙二醛、雙氧水、水在轉(zhuǎn)速為100-400r/min下攪拌10-30min，制得漿料；S3：將步驟S1制得的酸化碳化硅纖維、步驟S2制得的漿料、玻璃纖維、聚羧酸減水劑、三乙烯二胺·六水催化劑、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑、乳化硅油消泡劑在溫度為140-180℃，轉(zhuǎn)速為90-140r/min下攪拌3.5-5h，制得泡沫液；S4：將步驟S3制得的泡沫液、己烯基雙硬脂酰胺分散劑、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑、聚合硫酸鋁聚凝劑、701粉強化劑在溫度為85-92℃，轉(zhuǎn)速為150-180r/min下攪拌2.5-3.5h，裝模，烘干至含水量≤4%，制得壓敏傳感器用水泥基復合材料。實施例1一種壓敏傳感器用水泥基復合材料，以重量為單位，由以下原料制成：水泥150份、礦渣粉12份、煤灰粉10份、膨潤土8份、二維碳材料22份、碳化硅纖維12份、玻璃纖維8份、聚羧酸減水劑0.5份、三乙烯二胺·六水催化劑0.5份、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑0.6份、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑0.6份、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑0.3份、乳化硅油消泡劑0.3份、己烯基雙硬脂酰胺分散劑0.6份、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑0.8份、聚合硫酸鋁聚凝劑0.4份、701粉強化劑0.1份、乙二醛18份、雙氧水25份、水650份；所述礦渣粉和煤灰粉的目數(shù)均為200-400；所述膨潤土為納米級膨潤土；所述二維碳材料為石墨烯；所述碳化硅纖維的長度為0.1-2.8mm；所述玻璃纖維的長度為0.4-2.5mm；所述雙氧水的濃度為30%；所述壓敏傳感器用水泥基復合材料的制備方法，包括以下步驟：S1：用濃度為12%的鹽酸浸泡碳化硅纖維7h，然后用水沖洗至pH為7，制得酸化碳化硅纖維；S2：將水泥、礦渣粉、煤灰粉、膨潤土、二維碳材料、乙二醛、雙氧水、水在轉(zhuǎn)速為300r/min下攪拌20min，制得漿料；S3：將步驟S1制得的酸化碳化硅纖維、步驟S2制得的漿料、玻璃纖維、聚羧酸減水劑、三乙烯二胺·六水催化劑、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑、乳化硅油消泡劑在溫度為160℃，轉(zhuǎn)速為120r/min下攪拌4.5h，制得泡沫液；S4：將步驟S3制得的泡沫液、己烯基雙硬脂酰胺分散劑、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑、聚合硫酸鋁聚凝劑、701粉強化劑在溫度為88℃，轉(zhuǎn)速為160r/min下攪拌3h，裝模，烘干至含水量為4%，制得壓敏傳感器用水泥基復合材料。實施例2一種壓敏傳感器用水泥基復合材料，以重量為單位，由以下原料制成：水泥100份、礦渣粉8份、煤灰粉8份、膨潤土6份、二維碳材料18份、碳化硅纖維10份、玻璃纖維6份、聚羧酸減水劑0.4份、三乙烯二胺·六水催化劑0.4份、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑0.5份、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑0.4份、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑0.2份、乳化硅油消泡劑0.2份、己烯基雙硬脂酰胺分散劑0.5份、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑0.6份、聚合硫酸鋁聚凝劑0.3份、701粉強化劑0.1份、乙二醛15份、雙氧水20份、水500份；所述礦渣粉和煤灰粉的目數(shù)均為200-400；所述膨潤土為納米級膨潤土；所述二維碳材料為石墨烯；所述碳化硅纖維的長度為0.1-2.8mm；所述玻璃纖維的長度為0.4-2.5mm；所述雙氧水的濃度為28%；所述壓敏傳感器用水泥基復合材料的制備方法，包括以下步驟：S1：用濃度為10%的鹽酸浸泡碳化硅纖維10h，然后用水沖洗至pH為6.8，制得酸化碳化硅纖維；S2：將水泥、礦渣粉、煤灰粉、膨潤土、二維碳材料、乙二醛、雙氧水、水在轉(zhuǎn)速為100r/min下攪拌30min，制得漿料；S3：將步驟S1制得的酸化碳化硅纖維、步驟S2制得的漿料、玻璃纖維、聚羧酸減水劑、三乙烯二胺·六水催化劑、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑、乳化硅油消泡劑在溫度為140℃，轉(zhuǎn)速為90r/min下攪拌5h，制得泡沫液；S4：將步驟S3制得的泡沫液、己烯基雙硬脂酰胺分散劑、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑、聚合硫酸鋁聚凝劑、701粉強化劑在溫度為85℃，轉(zhuǎn)速為150r/min下攪拌3.5h，裝模，烘干至含水量為3%，制得壓敏傳感器用水泥基復合材料。實施例3一種壓敏傳感器用水泥基復合材料，以重量為單位，由以下原料制成：水泥200份、礦渣粉14份、煤灰粉12份、膨潤土10份、二維碳材料24份、碳化硅纖維15份、玻璃纖維10份、聚羧酸減水劑0.6份、三乙烯二胺·六水催化劑0.6份、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑0.7份、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑0.8份、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑0.4份、乳化硅油消泡劑0.4份、己烯基雙硬脂酰胺分散劑0.8份、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑0.9份、聚合硫酸鋁聚凝劑0.5份、701粉強化劑0.2份、乙二醛20份、雙氧水30份、水800份；所述礦渣粉和煤灰粉的目數(shù)均為200-400；所述膨潤土為納米級膨潤土；所述二維碳材料為石墨烯；所述碳化硅纖維的長度為0.1-2.8mm；所述玻璃纖維的長度為0.4-2.5mm；所述雙氧水的濃度為32%；所述壓敏傳感器用水泥基復合材料的制備方法，包括以下步驟：S1：用濃度為14%的鹽酸浸泡碳化硅纖維4h，然后用水沖洗至pH為7.2，制得酸化碳化硅纖維；S2：將水泥、礦渣粉、煤灰粉、膨潤土、二維碳材料、乙二醛、雙氧水、水在轉(zhuǎn)速為400r/min下攪拌10min，制得漿料；S3：將步驟S1制得的酸化碳化硅纖維、步驟S2制得的漿料、玻璃纖維、聚羧酸減水劑、三乙烯二胺·六水催化劑、偶氮二甲酰胺發(fā)泡劑、丙烯酸酯類發(fā)泡調(diào)節(jié)劑發(fā)泡調(diào)節(jié)劑、硅酮酰胺穩(wěn)泡劑、乳化硅油消泡劑在溫度為180℃，轉(zhuǎn)速為140r/min下攪拌3.5h，制得泡沫液；S4：將步驟S3制得的泡沫液、己烯基雙硬脂酰胺分散劑、過氧化二異丙苯交聯(lián)劑、聚合硫酸鋁聚凝劑、701粉強化劑在溫度為92℃，轉(zhuǎn)速為180r/min下攪拌2.5h，裝模，烘干至含水量為2%，制得壓敏傳感器用水泥基復合材料。檢測實施例1-3制得的壓敏傳感器用水泥基復合材料的性能，結(jié)果如下表所示。實施例抗壓強度（MPa）抗折強度（MPa）靈敏度（%/MPa）電阻率變異系數(shù)（%）1128.3429.112.7841.230.0212123.5626.782.3243.120.0253134.9131.363.3739.450.018由上表可知：本發(fā)明的壓敏傳感器用水泥基復合材料抗壓強度達到123.56MPa以上，抗折強度達到26.78以上，附著力為靈敏度達到2.32%/MPa以上，電阻率達到43.12以下，變異系數(shù)達到0.025以下，說明本發(fā)明的壓敏傳感器用水泥基復合材料性能優(yōu)。以上內(nèi)容不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明，對于本發(fā)明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。當前第1頁1 2 3