专利名称：：一种压敏水泥基复合材料的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种水泥基复合材料。技术背景1989年，美国D.D丄.Chung教授发现传统的水泥基材料掺入短切碳纤维后，所制成的碳纤维水泥基复合材料在力场或温度场的作用下，体积电阻会产生有规律的变化，因此碳纤维水泥基材料能够通过电阻率的变化感知自身的应力、应变、损伤和温度，即具有力-电耦合效应、热-电耦合效应(力-电耦合效应、热-电耦合效应统称为机敏性).。通过研究还发现功能组分(碳黑、钢渣及纳米粒子等一中或几种混合)与水泥基材料复合也同样具有力-电耦合特性。由于水泥基材料具有感知灵敏度高、耐久性好、造价低等特点，利用其既可开发水泥基传感元件，也可发展结构与自感知功能一体化的本征智能结构。因此在混凝土结构的应力、应变、钢筋锈蚀监测，车辆称重，交通测速等领域均有着广泛的应用前景。目前压敏水泥基材料所用的功能组分，主要包括碳纤维、碳黑、钢渣和纳米二氧化钛。其中碳纤维由于微细、憎水，难于在水泥基材料中分散，导致力-电耦合性能的重复性和稳定性较难控制；碳黑由于受水泥基材料内部水含量的影响，力-电耦合性能受环境变化影响较大；钢渣由于自身导电性能较差，电学信号测试易受基体极化影响；纳米二氧化钛为半导体材料，其掺入水泥基材料中同样存在电学信号测试受复合材料极化作用的影响显著而不利于测试的缺点。
发明内容本发明的目的是为了解决现有压敏水泥基材料存在力-电耦合效应灵敏度低及受湿度影响大、基体极化易影响电学信号测试等缺陷，而提供一种压敏水泥基复合材料。本发明的压敏水泥基复合材料由功能组分和水泥基材料组成，功能组分为镍粉或者镍粉与碳纤维、碳黑、石墨、钢渣中一种或几种的混合物，水泥基材料是胶凝材料或者胶凝材料与骨料的复合材料；其中功能组分占总重量的180%，其余为水泥基材料；当功能组分为镍粉与碳纤维、碳黑、石墨、钢渣中一种或几种的混合物，镍粉占功能组分重量的195%。所述的胶凝材料为水泥或水泥与矿物掺合料的混合物，其中矿物掺合料为硅灰、粉煤灰、沸石粉、石英粉中一种或几种的混合；所述的骨料为砂或砂与粒径为520mm石的混合物。本发明的压敏水泥基复合材料采用与普通水泥基材料相同的制作方法制成首先通过分散、搅拌设备将功能组分和水泥基材料均匀混和，然后成型、养护而成。本发明压敏水泥基复合材料的力-电耦合效应灵敏度高(应力灵敏度可达0.0328/MPa)，应变灵敏度可达几百至上千(如电阻应变片的应变传感灵敏系数仅为2~3)，也远高于现有以碳纤维、碳黑、钢渣等为功能组分的压敏水泥基复合材料力-电耦合效应的灵敏度，并且力-电耦合效应受湿度影响小、电学信号测试不易受基体极化影响。本发明的具有力-电耦合效应的压敏水泥基复合材料制作的压敏水泥基传感元件不仅可用于土木工程、水工、核设施等领域混凝土结构应力/应变的监测，还可用于其它工业领域的应力、应变测量。图1是本发明具体实施方式九的压敏水泥基复合材料在弹性阶段的电阻率变化率与压应力的关系曲线图。具体实施方式具体实施方式一本实施方式的压敏水泥基复合材料由功能组分和水泥基材料组成，功能组分为镍粉，水泥基材料是胶凝材料或者胶凝材料与骨料的复合材料；其中功能组分占总重量的180%，其余为水泥基材料。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一不同点在于功能组分占总重量的4070%。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一不同点在于功能组分占总重量的55%。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一不同点在于功能组分中还包括碳纤维、碳黑、石墨、钢渣中一种或几种物质，其中镍粉占功能组分重量的195%。其它与具体实施方式一相同。本实施方式当增加的碳纤维、碳黑、石墨、钢渣几种混合时，按任意比混合。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式四不同点在于镍粉占功能组分重量的6090%。其它与具体实施方式四相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式四不同点在于镍粉占功能组分重量的80%。其它与具体实施方式四相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式一和四不同点在于胶凝材料为水泥或水泥与矿物掺合料的复合料，当胶凝材料为水泥与矿物掺合料的复合料时，矿物掺合料为水泥重量的050%，其中矿物掺合料为硅灰、粉煤灰、沸石粉、石英粉中一种或多种的混合。其它与具体实施方式一和四相同。本实施方式中矿物掺合料为混合物时，按任意比混合。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式七不同点在于的骨料为砂或砂与粒径为520mm石的复合料。其它与具体实施方式七相同。本实施方式中骨料为砂与粒径为520mm石的复合料时，按任意比混合。具体实施方式九本实施方式压敏水泥基复合材料由镍粉与水泥石组成，镍粉与水泥石的重量比为3:2。采用与普通水泥基材料相同的制作方法、成型方法和养护工艺制备本发明的具体实施方式九所述的复合材料，电极采用埋入式环状电极，电阻测试采用直流四端电极法。测试在弹性阶段不同外加压应力作用下的电阻，并计算电阻率变化率，本实施方式的复合材料在弹性阶段其电阻率随外加应力的关系曲线如图l。其电阻率变化率与压应力、压应变的对应关系如下表l:表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由测试结果表明，本发明的复合材料的力-电耦合效应灵敏度高应力灵敏度可达0.0328/MPa，应变灵敏度可达500(如电阻应变片的应变传感灵敏系数仅为2~3。具体实施方式十本实施方式压敏水泥基复合材料由镍粉、碳黑和水泥石组成，其中镍粉、碳黑和水泥石的重量比为3:2:15。采用与普通水泥基材料相同的制作方法、成型方法和养护工艺制备本发明的具体实施方式九所述的复合材料，电极采用埋入式环状电极，电阻测试采用直流四端电极法。测试在弹性阶段不同外加压应力作用下的电阻，并计算电阻率变化率，本实施方式的复合材料在弹性阶段其电阻率变化率随外加压应力、应变的变化规律如下表2:表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由测试结果表明，本发明的复合材料的力-电耦合效应灵敏度高应力灵敏度可达0.0122/MPa，应变灵敏度可达119(如电阻应变片的应变传感灵敏系数仅为2~3。权利要求1、一种压敏水泥基复合材料，其特征在于它由功能组分和水泥基材料组成，功能组分为镍粉，水泥基材料是胶凝材料或者胶凝材料与骨料的复合材料;其中功能组分占总重量的180%，其余为水泥基材料。2、根据权利要求1所述的一种压敏水泥基复合材料，其特征在于功能组分占总重量的4070%。3、根据权利要求1所述的一种压敏水泥基复合材料，其特征在于功能组分占总重量的55%。4、根据权利要求1所述的一种压敏水泥基复合材料，其特征在于胶凝材料为水泥或者水泥与矿物掺合料的混合物，当胶凝材料为水泥与矿物掺合料的复合料时，矿物掺合料为水泥重量的050%，其中矿物掺合料为硅灰、粉煤灰、沸石粉、石英粉中一种或几种的混合。5、根据权利要求1所述的一种压敏水泥基复合材料，其特征在于骨料为砂或者砂与粒径为520mm石的混合物。6、根据权利要求1所述的一种压敏水泥基复合材料，其特征在于功能组分中还包括碳纤维、碳黑、石墨、钢渣中一种或几种物质，其中镍粉占功能组分重量的195%。7、根据权利要求6所述的一种压敏水泥基复合材料，其特征在于镍粉占功能组分重量的6090Q%。8、根据权利要求6所述的一种压敏水泥基复合材料，其特征在于于镍粉占功能组分重量的80%。全文摘要一种压敏水泥基复合材料，它涉及一种水泥基复合材料。本发明解决了现有压敏水泥基材料存在力-电耦合效应灵敏度低及受湿度影响大、基体极化易影响电学信号测试等缺陷。本发明由功能组分和水泥基材料组成，功能组分为镍粉或者镍粉与碳纤维、碳黑、石墨、钢渣中一种或几种的混合物，水泥基材料是胶凝材料或者胶凝材料与骨料的复合材料；其中功能组分占总重量的1～80％，其余为水泥基材料。本发明压敏水泥基复合材料的力-电耦合效应灵敏度高，应变灵敏度可达几百至上千，高于现有以碳纤维、碳黑、钢渣等为功能组分的压敏水泥基复合材料力-电耦合效应的灵敏度，并且力-电耦合效应受湿度影响小、电学信号测试不易受基体极化影响。文档编号C04B22/04GK101121582SQ20071007247公开日2008年2月13日申请日期2007年7月6日优先权日2007年7月6日发明者张灵燕,欧进萍,韩宝国,韩宝忠申请人:哈尔滨工业大学